leoniv.diod.club

Доработка тонарма

Регулируемая высота тонарма

При настройке проигрывателя одной из самых важных регулировок является установка вертикального угла слежения (vertical tracking angle, VTA). Регулировка этого угла осуществляется путем изменения высоты установки тонарма. Во многих проигрывателях такая регулировка предусмотрена, но в ЭПУ G-2021 ее нет. Поэтому основная переделка тонарма сводится к добавлению данной регулировки. Для удобства желательно иметь возможность регулировки во время проигрывания тестовой пластинки.

В оригинальном варианте тонарм крепится к шасси ЭПУ с помощью двух винтов через пластиковое основание.

В более ранних экземплярах ЭПУ были еще металлические прокладки, подбором их толщины и количества можно было регулировать высоту установки тонарма. Но такая регулировка не являлась оперативной, так как требовала разборки аппарата.

Чтобы получить возможность оперативной регулировки высоты, для крепления тонарма применил шпильку с резьбой М4. Шпилька вворачивается в латунную пластину, а с другой стороны шасси закрепляется гайкой. На шпильку одевается держатель тонарма, снизу устанавливается пружина, а сверху – латунная гайка со шлицами для отвертки. С помощью этой гайки можно регулировать высоту.

Пластиковое основание немного доработано – удалены ребра, на которые раньше опирался держатель тонарма. В результате появилась возможность опускать его ниже номинального уровня установки. С другой стороны основания удалены утолщения вокруг отверстий, чтобы в существующий паз поместилась латунная пластина.

После регулировки держатель тонарма жестко фиксируется с помощью винта, который вкручивается сбоку.

Позже для повышения жесткости конструкции была добавлена вторая шпилька и второй боковой фиксирующий винт.

Микролифт

Система микролифта не требует особых доработок. Подвижная площадка, которая поднимает тонарм, может иметь повышенный люфт из-за того, что она крепится с помощью резьбы, выполненной прямо в пластмассе.

Для устранения люфта желательно изготовить латунную втулку с резьбой, которую нужно запрессовать в пластмассовую площадку. Резьбу во втулке следует нарезать только первым номером метчика, чтобы обеспечить ее плотную посадку на регулировочный винт.

Магнитопровод электромагнита микролифта необходимо выровнять, чтобы его части плотно прилегали друг к другу по всей длине. Шток электромагнита нужно смазать вязкой смазкой ПМС-200000. Это обеспечит плавный подъем тонарма при срабатывании автостопа. Иначе тонарм будет «подпрыгивать». Дополнительно можно несколько ослабить возвратную пружину. Такой же смазкой нужно смазать и шток площадки микролифта, чтобы получить плавное опускание.

Регулятор антискейтинга

В ЭПУ G-2021 применен пружинный компенсатор скатывающей силы. Работает он вполне нормально и никаких доработок не требует. Единственное, можно несколько улучшить ход его регулировочной ручки. Для этого под зубчатый сектор надо добавить латунную прокладку, чтобы исключить задевание сектора за кронштейн. Вместо фиксирующей пружинной шайбы лучше установить втулку с фиксирующим винтом и пружину. Перед сборкой узла вал необходимо смазать вязкой смазкой ПМС-200000 для получения плавности хода.

Фиксатор тонарма

Незначительным недостатком ЭПУ G-2021 можно считать отсутствие возможности фиксации тонарма на стойке. Хотя этот недостаток проявляет себя в основном при переноске проигрывателя, его нетрудно устранить.

К штатной стойке добавляется дополнительная деталь – пластиковая втулка, которая с некоторым трением может перемещаться вверх и вниз. В бортик втулки запрессован металлический штырь, который в верхнем положении фиксирует трубку тонарма на стойке. Если втулку сдвинуть вниз, штырь прячется и не препятствует снятию тонарма со стойки. Перемещение втулки вниз ограничивает вторая втулка, которая плотно напрессована на металлическую ножку стойки тонарма.

Проводка тонарма

Поскольку уровень сигнала на выходе головки довольно мал (считается, что стандартный уровень составляет 5 мВ), очень важными являются вопросы правильного подключения земли и экранирования. Усилитель-корректор я планирую сделать встроенный (чтобы уменьшить количество внешних коробок), но на всякий случай предусматриваю его отключение (обход). Делаться это будет не заглушкой во внешнем разъеме, как было в «Арктур-006», а перестановкой разъемов на плате встроенного корректора. В результате начертил две схемы сигнальных цепей: с использованием встроенного корректора, и без него.

Часто можно услышать доводы против встроенного корректора. Основной аргумент – невозможность его замены. Но если корректор самодельный, то его вполне можно заменить даже внутри проигрывателя, так как нет проблем сделать новый корректор совместимым по размерам платы. Бесспорным плюсом встроенного корректора является малая (и постоянная) длина проводов от головки до его входа, что позволяет контролировать емкость нагрузки головки, а также способствует уменьшению уровня наводок.

Когда проигрыватель не имеет встроенного корректора, провода с головки обычно приходят на выходные разъемы RCA, причем земляные провода каналов больше ни с чем не соединяются. Заземление трубки тонарма и заземление шасси проигрывателя подключается к отдельной клемме земли на задней панели проигрывателя.

Если проигрыватель имеет встроенный корректор, то отдельной клеммы земли у него нет, так как сигнал на выходе намного выше и можно не так тщательно относиться к вопросам разводки земли. Тогда заземление трубки тонарма и заземление шасси проигрывателя подключается просто к земле выходных разъемов.

Путь сигнала начинается с головки звукоснимателя. У нее есть свой экран, но специального вывода для этого экрана не предусмотрено. Конкретно у AT-95E экран внутри подключен к земле правого канала. Это одна из причин, почему при подключении нельзя путать сигнальный и земляной выводы головки. Дальше провода идут внутри трубок тонарма. К этим проводам предъявляется ряд специфических требований:

  • Высокая гибкость. Провода не должны оказывать высокого сопротивления движению тонарма. Полная сила сопротивления движению тонарма складывается из силы трения в подшипниках и силы упругости проводов (и сил их взаимного трения). Полная сила сопротивления не должна превышать примерно 1% от прижимной силы звукоснимателя. Дальнейшее уменьшение силы сопротивления улучшений не даст. Поэтому искать какой-то сверхгибкий провод для тонарма смысла нет. Достаточно взять любой тонкий многожильный провод.
  • Малая масса. Провода не должны приводить к заметному увеличению эффективной массы тонарма. Это выполняется легко, алюминиевая трубка тонарма имеет массу порядка 10 – 15 грамм, любые тонкие провода будут весить намного меньше.
  • Паразитная емкость проводов суммируется с входной емкостью усилителя-корректора. Обычно это не вызывает проблем, так как провода тонарма составляют всего 5 – 10% номинальной емкости нагрузки головки. Данную емкость просто необходимо учесть.
  • Омическое сопротивление и паразитная индуктивность при работе с MC-головками не вносит сколько-нибудь заметного влияния. С MM-головками с низким выходом это влияние может стать более заметным (увеличение шумов, искажение АЧХ), но я такие головки не рассматриваю из-за их высокой цены.

В результате для тонарма подойдет любой достаточно тонкий провод. Надо сказать, что такой провод встречается не так часто. Можно, например, взять провод из шнура гарнитуры телефона. Иногда используют литцендрат в шелковой оплетке. Наверное, было бы перспективным применить внутри тонарма тонкий печатный шлейф (как делают при подключении головок дисководов и т.д.), но найти его отрезок нужной длины довольно проблематично. Поэтому я ничего не менял. В тонарме G-2021 применен вполне подходящий тонкий многожильный провод диаметром по изоляции около 0.55 мм, его гибкости вполне достаточно.

Провода я не свивал, чтобы не добавлять жесткости. Измеренная относительно земли емкость каждого сигнального провода составляет 15 пФ, а проводов левого и правого каналов относительно друг друга – 8 пФ. Как показывает моделирование с реальными параметрами головки, такая емкость приводит к уменьшению переходного затухания на частоте 1 кГц до 78 дБ, на частоте 10 кГц – до 38 дБ, на частоте 20 кГц – до 27 дБ. Это в любом случае значительно лучше переходного затухания самой головки.

В подшипниках тонарма в G-2021 используются полимерные вставки, поэтому подвижные части тонарма не имеют электрического контакта между собой. Для заземления трубок используется дополнительный провод. Этот провод соединяет горизонтальную и вертикальную трубки тонарма, а затем выходит из тонарма наружу. На выходе из тонарма провода почти неподвижны при его повороте. Они закручиваются в основном внутри вертикальной трубки. Поэтому на открытую часть проводов можно надеть экран. Даже если он относительно жесткий, на подвижность тонарма это не повлияет. Надо лишь следить за тем, чтобы экранирующая оплетка не натягивала провода тонарма.

Подсветка пластинки (target light)

Одним из недостатков проигрывателя «Арктур-006» является отсутствие подсветки пластинки. Так называемого «Target Light». Это затрудняет выбор треков на пластинке, когда проигрыватель эксплуатируется в месте с недостаточным освещением. Внешний светильник установить не всегда получается, лучше, если проигрыватель будет иметь встроенную подсветку.

В некоторых готовых аппаратах такая подсветка есть, хотя далеко не у всех. Чаще всего она есть в аппаратах, которые используют DJ, потому что работать им зачастую приходится при слабом внешнем освещении. Например, у проигрывателя Technics SL-1200 такая подсветка есть. Перед диском поднимается колонна, в которую вмонтирована лампочка. Такое же решение применяется у похожих моделей проигрывателей Audio-Technica, Pioneer и других. Колонну можно спрятать, если она не нужна, но в целом такое решение не могу назвать эстетичным.

Эта колонна имеет довольно сложное внутреннее устройство из-за механизма опускания.

В менее легендарных проигрывателях, таких как Stanton, Numark и подобных, подсветка сделана проще. На верхней панели проигрывателя просто имеется разъем для лампочки подсветки.

Так сделано и в младших моделях Audio-Technica.

Сама лампочка распложена в маленьком цилиндрическом корпусе с разъемом RCA на конце – конструкция весьма незатейливая.

Но опять же, особого изящества здесь нет. В некоторых древних проигрывателях тоже была подсветка, причем более изящная. Пример приведен на фото ниже, там перед диском установлена прозрачная призма. Но кроме подсветки пластинки, она светит во все стороны, да и выглядит несколько громоздко. Возможно, кроме подсветки пластинки она выполняет роль стробоскопа.

Самым изящным решением было бы размещение узла подсветки на тонарме, чтобы точечно подсвечивать только зону иглы и ближайшие окрестности. Именно такую подсветку я и попытался сделать.

Требовалось найти маленький, легкий, но эффективный светодиод. Почему-то SMD-светодиоды, которые продаются на рынке, все какие-то тусклые. Намного лучше работает светодиод, добытый из подсветки дисплея старого мобильного телефона. Светит он ярким белым, даже слегка синеватым светом. Чтобы сделать конструкцию максимально легкой, припаял светодиод на полоску гибкой печатной платы, которую приклеил к узкому латунному лепестку. Этому лепестку можно придать любую нужную форму. Лепесток вместе с платой поместил в термоусадку.

Всю эту конструкцию закрепил на тонарме с помощью штатного винта, которым крепится разъем головки.

Один из выводов сетодиода соединил с лепестком, имеющим контакт с металлической трубкой тонарма. Ко второму выводу подключил дополнительный провод, который пропустил через весь тонарм. Это не очень хорошо с точки зрения гибкости, но разница будет невелика, 5 проводов там, или 6. Масса тонарма также возросла совсем незначительно.

По поводу помех на сигнальные провода тоже беспокоиться не надо, так как подсветка будет работать только при поднятом тонарме, а через короткое время после его опускания будет отключаться. Но ничего страшного не произойдет, если включить подсветку и при опущенной игле. Для исключения наводок со стороны провода светодиода можно зашунтировать его на землю конденсатором.

Резко зажигать и гасить светодиод подсветки не очень красиво. Это надо делать плавно. Управлять яркостью будет микроконтроллер, поэтому первое, что приходит на ум, это ШИМ. Можно включать светодиод импульсно с разной скважностью. Наш глаз интегрирует световой поток, поэтому мы будем наблюдать непрерывное свечение с разной яркостью. Но поскольку это аудиоустройство, импульсный ток светодиода может стать причиной помех. Поэтому питать светодиод надо постоянным током, величина которого будет регулироваться с помощью ШИМ.

Чтобы ШИМ превратить в регулируемое постоянное напряжение, можно сигнал проинтегрировать, например, с помощью RC-цепочки. Но регулируемое постоянное напряжение нам мало что дает. Для регулировки яркости светодиода надо менять протекающий через него ток. А напряжение на светодиоде при этом будет меняться совсем слабо. Например, для выбранного белого SMD-светодиода при изменении тока от 0.3 до 30 мА напряжение меняется всего от 2.7 до 3.3 В. Поэтому потребуется преобразователь напряжение-ток, причем для заземленной нагрузки.

Формировать с помощью ШИМ заданный ток приходилось и раньше. Например, при реализации выхода 4-20 мА в устройствах промышленной автоматизации. Для этого использовалась следующая схема:

Такая схема обладает высокой точностью формирования тока и здесь явно избыточна. В первом приближении преобразование напряжение-ток может выполнить один транзистор, в эмиттер которого включен резистор. Напряжение база-эмиттер приблизительно можно считать постоянным, а ток базы – нулевым. Поэтому ток коллектора будет пропорционален входному напряжению, а коэффициент пропорциональности задается эмиттерным резистором. Но такой генератор тока требует подключения одного из выводов нагрузки к источнику питания. В данном случае нагрузка заземлена, поэтому ток надо «отразить», для чего можно использовать токовое зеркало на двух транзисторах. Схема такого преобразователя напряжение-ток показана ниже:

Входное сопротивление схемы достаточно велико, что упрощает фильтрацию ШИМ. Базовый резистор в сотни кОм требует совсем небольшого фильтрующего конденсатора (порядка 0.1 мкФ) для сглаживания 8-битного ШИМ, частота которого составляет несколько десятков кГц.

При моделировании на вход схемы подавалось нарастающее в течение 5 мс напряжение от 0 до 3.3 В. Зеленый график – это реальный ток нагрузки. Синий график – идеальный ток нагрузки. Красный график сверху – напряжение на нагрузке. Как видно, линейность довольно хорошая, если не считать начального участка графика. Пока входное напряжение не достигнет примерно 0.65 В, входной транзистор закрыт, и ток нагрузки близок к нулю.

Нелинейность начального участка графика можно значительно уменьшить, чуть усложнив схему. На вход можно добавить эмиттерный повторитель на p-n-p транзисторе, коллектор которого заземлен. Этот транзистор будет работать в линейном режиме даже при нулевом напряжении на базе. Такой прием используют в некоторых ОУ, которые при однополярном напряжении питания способны работать по входу от нуля (LM358, например).

У такой схемы нелинейность значительно меньше (желтый график).

Но сформировать для питания светодиода линейно меняющийся ток – это еще не решение задачи. При линейном изменении тока видимая яркость будет меняться очень нелинейно. При малой яркости изменение будет быстым, при большой – медленным. Это связано с тем, что характеристика нашего глаза существенно нелинейна, она близка к логарифмической. Чтобы получить видимое плавное изменение яркости, ШИМ надо менять по закону, напоминающему логарифмический. Как один из вариантов, можно сделать приращение значения ШИМ пропорциональным текущему значению. Коэффициент пропорциональности будет определять скорость процесса включения и выключения светодиода. Ниже приведен код функции, который реализует такой закон изменения ШИМ. Эта функция вызывается по тику системному таймеру с периодом 1 мс, возвращаемое ей значение загружается в ШИМ. Для проверки алгоритма я подключил светодиод через резистор к порту и подал на него нефильтрованный ШИМ. На практике подходящим является значение SLOPE = 200.

char Step_UpDn(bool up)
{
  static unsigned int Acc = 0;
  unsigned int Step = 1 + Acc / SLOPE;
  if(up)
  {
    if((MAX_UINT - Acc) > Step) Acc += Step;
      else Acc = MAX_UINT;
  }
  else
  {
    if(Acc > Step) Acc -= Step;
      else Acc = 0;
  }
  return(Acc >> 8);
}

Но и тут не обошлось без проблем. Оказывается, 8-битный ШИМ имеет недостаточное разрешение, чтобы вблизи нуля яркость менялось плавно. Когда приращение ШИМ уменьшается до единицы, дальше алгоритм начинает делать это приращение не на каждом шаге (так как не может обеспечить дробное приращение). Поэтому на начальном участке ШИМ меняется с пониженной частотой, что хорошо заметно. Наверное, 16-битный ШИМ решил бы проблему. Как еще один вариант, можно ввести некоторый нижний порог для ШИМ (например, 4), ниже которого всегда загружать 0. Тогда загораться светодиод будет чуть более резко, но это менее заметно, чем мерцания.

Следующий этап – переход с сглаженному ШИМ и подключение светодиода через преобразователь напряжение-ток. И это тот случай, когда одна кривизна помогает убрать другую. Я выбрал первую схему, которая имеет нелинейность в начале характеристики. Одним из плюсов такой схемы является то, что она позволяет гарантированно выключить светодиод. Но самое главное, нелинейность в начале характеристики позволяет сделать плавным изменение яркости в самом начале процесса включения. Нелинейность схемы фактически расширяет динамический диапазон ШИМ в начале шкалы. Конечно, часть начального участка надо обрезать, что я сделал, ограничив минимальный код ШИМ значением 32. При этом коде светодиод еще выключен, а дальше он очень плавно включается.

Светодиод очень красиво плавно загорается и гаснет. Тонарм сияет огнями.

Основная часть света отражается от пластинки под тем же углом, под которым падает. Если низко склониться над пластинкой, треки хорошо видны. Но сверху они видны плохо. Я надеялся на рассеяние, но его здесь почти нет. Поэтому подсветка на тонарме не очень эффективна. Утешить себя можно тем, что у систем подсветки в фирменных проигрывателях источник света тоже расположен низко над пластинкой, их эффективность примерно такая же.

Сигнальные провода

С тонких проводов, проложенных внутри тонарма, нужно перейти на более толстые экранированные провода, с которыми удобно работать. Специально для этого перехода изготовил экранированную коробку, которую выфрезеровал из куска алюминия. Коробку можно также согнуть из белой жести.

Внутрь коробки установил контактную гребенку. На ней провода тонарма переходят на витую пару в экране из более толстого провода, сверху изолированную кембриком или термоусадкой. Провод питания светодиода подсветки заблокирован на землю конденсатором внутри коробки. Дальше две витых пары для каждого из каналов приходят на усилитель-корректор.

Изначально я планировал применить витую пару в экране из провода МГТФ. Фторопласт, который здесь используется в качестве изоляции, является одним из лучших диэлектриков практически по всем параметрам. Но в среде аудиофилов почему-то провод МГТФ считается непригодным для звуковых цепей. Я никак не мог понять, в чем дело. Мне предложили провести опыт: подключить кусок МГТФ ко входу усилителя-корректора с чувствительностью 5 мВ, а затем, контролируя выходной сигнал усилителя, стукнуть по проводу. Тогда я понял, о чем речь. Про трибоэлектрический эффект в проводах я знал и раньше, даже когда-то покупал специальный провод, в котором приняты меры по его устранению. Но на практике я редко сталкивался с ситуациями, когда требовалось передавать малые сигналы по проводам, которые в процессе работы могут изгибаться. Для каких-нибудь гитаристов или вокалистов на сцене это может быть актуальным, они знают, какой грохот в колонках создает упавший на сцену провод.

В моем случае провод внутри проигрывателя абсолютно неподвижен, наличие у провода трибоэлектрического эффекта никак не скажется. Но поскольку мне напомнили об этом эффекте, я решил разобраться с ним детальнее. Для начала проделал предлагаемый опыт с двумя типами проводов для сравнения. Взял отрезок около 2 м обычного провода в ПВХ изоляции (две жилы в экране), и отрезок вот такого МГТФЭ:

Для имитации реального выходного сопротивления источника сигнала подключил на вход корректора по двухпроводной схеме негодную головку ГЗМ-055. Хотя аналогичные результаты получаются и с простым резистором. Саму головку держал в руках за экран, чтобы на нее не передавался звук.

Сигнал записал в файл, вот результат с МГТФЭ, вот результат с ПВХ.

Как слышно, для провода ПВХ микрофонного эффекта практически нет. Для провода МГТФЭ слышен сильный микрофонный эффект. Зато качество экранировки у МГТФЭ намного лучше, фона 50 Гц значительно меньше.

По мнению аудиофилов, провод МГТФ непригоден для звука, даже если он неподвижен. Почему-то высокий трибоэффект представлялся как показатель низкого качества изоляции. На самом деле, фторопласт (политетрафторэтилен, тефлон, PTFE) как диэлектрик очень хорош: имеет высокое удельное сопротивление, относительно низкую диэлектрическую проницаемость, низкую ее зависимость от температуры и напряженности электрического поля, низкие потери на высоких частотах, низкую диэлектрическую абсорбцию, высокую термостойкость и стойкость к агрессивным средам. Единственный, пожалуй, его минус – сильный трибоэлектрический эффект.

Бывают, конечно, примеры, что плохими являются сразу многие параметры диэлектрика. Например, у сегнетокерамики, которая используется для изготовления конденсаторов. Такие конденсаторы тоже имеют сильный микрофонный эффект, а вместе с ним еще целый букет недостатков, таких как изменение емкости от приложенного напряжения и от температуры, увеличение потерь с частотой и т.д. Но в случае тефлона природа микрофонного эффекта совсем другая, тут нельзя проводить аналогию.

Пользуясь случаем, решил проверить другие провода на предмет трибоэлектрического эффекта. В коаксиальных кабелях часто применяют полиэтиленовую изоляцию, которая по качеству стоит на втором месте после тефлона. Нашел провод с такой изоляцией, сделал витую пару и втянул ее в экран от МГТФЭ. Микрофонный эффект остался, хоть и заметно меньший, чем у фторопласта.

Еще нашел оставшийся с конверсионных времен провод, то ли серебряный, то ли посеребренный, в тефлоновой изоляции оранжевого цвета. Изучил провод под микроскопом, вроде, изоляция не литая, а обычная навивка. Втянул его в экран и подключил к усилителю. Микрофонный эффект есть, но еще меньший, чем с полиэтиленовым проводом.

Потом взял самую обычную многожильную витую пару с проводами красного и белого цвета с изоляцией ПВХ, которую раньше использовал для монтажа макетов. Втянул в экран и подключил к усилителю. Микрофонный эффект, можно сказать, исчез. Если сильно стукнуть проводом, есть очень слабый щелчок, но он на уровне шумов.

Совершенно нет микрофонного эффекта и на дешевом китайском экранированном проводе. Складывается ощущение, что чем хуже использован диэлектрик, тем меньший наблюдается микрофонный эффект.

Существуют специальные малошумящие (low noise) кабели, которые используются, например, для подключения микрофонов. В них применяется тефлоновая изоляция, но для устанения трибоэлектрического эффекта там приняты специальные меры. Подобный кабель описан здесь. Когда-то я покупал похожий кабель для подключения микрофонов, до сих пор остался его отрезок. Кабель имеет диаметр внешней изоляции 2.2 мм, диаметр изоляции внутренней жилы – около 1 мм, выполнена она из тефлона навивкой. Поверх тефлона нанесен черный проводящий слой. Сопротивление его относительно большое, тестер показывает примерно 30 кОм на 1 мм длины провода. Решил проверить и этот кабель, для чего подключил его к усилителю. Микрофонного эффекта нет совершенно, хоть изоляция – тот же тефлон.

Величину трибоэлектрического эффекта в кабеле можно оценить, используя "Трибоэлектрический ряд материалов кабельной промышленности". Чем дальше расположены в ряду материалы, тем большая величина эффекта будет наблюдаться при их взаимном трении.

Тефлон находится в самом конце ряда, на большом удалении от металлов. Поэтому именно в проводах с тефлоновой изоляцией трибоэлектрический эффект выражен сильнее всего.

Оказывается, трибоэлектрический эффект в кабеле может быть не только вредным, но и полезным. На этом эффекте основаны трибоэлектрические кабельные преобразователи для сейсмических датчиков. Такой кабель, например, используется для охраны периметра важных объектов. Он регистрирует сейсмические колебания, вызванные ходьбой нарушителя или проездом транспорта.

В результате я сделал самодельный кабель в виде экранированной витой пары, в котором использовал провод из многожильного кабеля. У этого провода величина микрофонного эффекта одна из самых малых.

Ридико Леонид Иванович www.leoniv.diod.club e-mail: wubblick@yahoo.com