Вимоги до тонарма
Для виставлення притискної сили тонарм разом зі встановленою в утримувач головкою спочатку слід врівноважити. Балансування можлива за допомогою сили, що діє на кінець тонарма, протилежний голівці. Джерелом цієї сили в найпростіших пристроях є пружинна відтяжка, а на більш якісних тонарма застосовується противагу. Невеликим переміщенням противаги тонарм можна збалансувати, як ваги з коромислом. Статично певне положення рівноваги тільки тоді буде стабільним, якщо центр ваги системи буде знаходитися під лінією опори підшипника. На час балансування регулятор притискної сили слід встановити на нуль і зняти іглозащітний ковпачок звукознімача. Зазвичай тонарм в положенні рівноваги повинен розташовуватися горизонтально, паралельно диску програвача. Після цього слід встановити притискну силу, зазначену в паспорті головки звукознімача.
Для регулювання притискної сили застосовуються різні способи, в одних використовується принцип пружини, в інших - гравітація (сила тяжіння). У пружинних системах притискну ^ силу, як правило, можна встановити регулюючи натяг гнучкою спіральної пружини, прикріпленою до тонарм і підшипника. Натягує пружину барабан в деяких випадках можна закріплювати тільки для певних значень притискної сили (наприклад, 10, 15 і 20 мН) без проміжних значень. У пружинних системах під збалансованим становищем тонарма часто приймають не горизонтальне, а такий стан, при якому вістря голки лежить на поверхні пластинки. Встановлюється за допомогою пружини притискна сила не змінюється, якщо програвач або диск програвача розташовані не зовсім горизонтально, але балансування тонарма завжди слід проводити точно, краще зміною попереднього натягу пружини.
При регулюванні притискної сили пристроями, що використовують силу тяжіння, попередньо слід ретельно виставити диск програвача в горизонтальне положення. Для регулювання притискної сили застосовують або грузик, пересувається між підшипником тонарма і головкою звукознімача, або противагу, зрушуючи який в напрямку підшипника порушується встановлений попередньо рівновагу (баланс).
Грузик, пересувається між підшипником і головкою звукознімача, збільшує інерційність тонарма, тому в конструкціях підвищеного класу грузик розташовується поблизу підшипника.
Якщо для зниження горизонтального кута похибки головка звукознімача розташовується не під кутом до поздовжньої осі тонарма, а сам тонарм зігнутий щодо поздовжньої осі, то виникає крутний момент. Цей момент створює на дві сторони підшипника нерівномірне навантаження, що особливо небажано при підшипниках на лезах. Крім цього, якщо програвач розташований не строго горизонтально, на голку діє додаткова сила. Тонарм буде перебувати в динамічній рівновазі, якщо після встановлення притискної сили рівнодіюча центр ваги всіх деталей, приєднаних до тонарм, розташується на перетині і горизонтальної та вертикальної осей.
Нерівномірність навантаження підшипників може бути усунена вигином тонарма в протилежному напрямку (тонарм, вигнутий у вигляді букви S) або правильно обраним регульованим противагою. Балансування S-подібний тонарм досягається тільки для головок звукознімачів даної маси. При використанні інших типів головок відсутню масу слід відшкодувати, помістивши в утримувач свинцеві пластинки. Hj при цьому збільшується інерційність тонарма. Задана притискної сили можна контролювати вимірником.
Скочується сила. При описі платівок вже згадувалося, що в той час кращі головки звукознімачів працювали з притискною силою близько 100 мН (1947). Природно, при цьому не було необхідності брати до уваги дію невеликої сили тяги, що виникає при програванні пластинок. Приблизно десятьма роками пізніше зі спеціальним тонармом і магнітною головкою звукознімача успішно була досягнута притискна сила в 10 мН. В даний час без перебільшення можна стверджувати, що притискна сила 10 мН зустрічається досить часто. Але при такій притискної сили вже не можна нехтувати силами, що виникають під час програвання і мають порядок декількох мілліньютонов.
Найбільш важливим фактором є скочується сила - поперечно спрямована сила, яка виникає при зігнутих тонарма, що обертаються навколо вертикальної осі. Направлена вона до центру пластинки.
Притискна сила розподіляється порівну на зовнішню і внутрішню стінки канавки, якщо пластинка знаходиться в нерухомому стані. Під час обертання диска через тертя між голкою і платівкою виникає сила тяги спрямована по дотичній до канавці в напрямку обертання пластинки. Якщо поздовжня вісь головки звукознімача не перетинає вертикальної осі повороту тонарма, то підшипник сприймає не силу тяги, що виникає від тертя, а тільки її проекцію (силу реакції) на лінію, що сполучає голку з віссю повороту тонарма.
Перерахуємо фактори, що визначають скочується силу. Зробити це не так просто, оскільки головний фактор - тертя між голкою і матеріалом пластинки - залежить від багатьох причин, як, наприклад, гладкості поверхонь пластинки і голки, чистоти цих поверхонь, геометричної форми голки і канавки і так далі. Крім цього, є зв'язок між притискною і скочується силами і можна показати, що на скочується силу впливає геометрична форма тонарма. Дія перерахованих факторів можна однозначно визначити серією лабораторних вимірювань.
Вимірювання проводились на спеціально розробленому в лабораторіях фірми «Шур» детекторі скочується сили. Він являє собою нульовий індикатор, який встановлюється над головкою звукознімача. Під дією на голку сили в поперечному напрямку головка повертається навколо двох мініатюрних шарикопідшипників. Розмір повороту фіксується зміщенням стрілки, прикріпленою до насадки. Компенсацію скочується сили слід проводити до тих пір, поки стрілка знов не встановиться в нульове положення. Прикладена до голки скочується сила просто розраховується за сумою обертаючих моментів, що діють щодо центру обертання тонарма. Точність цього вимірювального методу в тонарма SME3009 по відношенню до голки вище ± 0,07 мН.
Найбільші труднощі при вивченні скочується сили викликає її залежність від багатьох чинників.
Підтвердилося також припущення, що скочується сила в немодулированной канавці не залежить від частоти обертання диска програвача. Зміни скочується сили, з урахуванням неточностей вимірювального обладнання, всередині зазначених вище граничних значень частоти обертання диска при притискної сили від 10 до 40 мН відзначені були. Така сталість скочується сили обумовлено фізичними закономірностями, за якими сила тертя залежить від коефіцієнта тертя і тиску, але не залежить від швидкості руху.
Можна відзначити, що частина експериментів була проведена при вологого очищення пластинки під час програвання. Їх результати підтвердили значне зниження коефіцієнта тертя. Одночасно істотно зменшився розкид результатів вимірювань. Серія експериментів показала також, що незначне забруднення поверхні пластинки змінює коефіцієнт тертя, а разом з ним і значення скочується сили.
Як уже згадувалося при розгляді явища скочування, значення складової сили, спрямованої до центру, залежить і від геометричної форми тонарма. Для даного програвача відстань між віссю обертання тонарма і центром пластинки постійно, але ефективну довжину тонарма (відстань від голки до центру обертання) в більшості випадків можна регулювати.
Природно, внаслідок діючої на голку скочується сили на зовнішню стінку канавки діє менше навантаження, ніж на внутрішню, і це сильно знижує здатність до огибания голкою сигналу правого каналу.
Відносно терміну служби також були проведені дослідження на кількох звукознімачах з компенсацією і без компенсації скочується сили. Після програвання протягом декількох сотень годин було виявлено, що дві третини голок мали більший знос на внутрішній стороні, у однієї третини голок знос був рівномірний. Останній факт можна пояснити відмінностями матеріалу голок і його кристалічною структурою.
Узагальнюючи сказане, можна зробити висновок, що скочується сила має постійне значення, відповідне обраної притискної сили, і може бути повністю компенсується силою, що має протилежний зміст.