Phonograph Cartridges

1. Phonograph Cartridges SHURE Europe GmbH Headquarters Europe, Middle East & Africa Applications Wannenäckerstraße 28 D-74078 Heilbronn Tel: +49-7131-7214 - 0 Fax: +49-7131-7214 - 14 eMail: support@shure.de

2. Übersicht • Modulationen der Schallplattenrille • Schneideverfahren / Entzerrung des Signals • Tonarm (verschiedene Prinzipien / Fehler) • „Tracking“ und „Skating“ Kräfte • Verschiedene Tonabnehmer Systeme • Nadelschliff • „Trackability“ • SHURE Produktübersicht

3. Modulation der Rille • Drei verschiedene Modulationsarten • vertikale Modulation - Tiefenschrift • laterale Modulation - Seitenschrift • 45° Stereo Modulation - 45°-Schrift

4. Vertikale Modulation - Tiefenschrift • Variation der Rillentiefe  die Nadel bewegt sich senkrecht zur Schallplatte

5. Laterale Modulation - Seitenschrift • Die Rille wird in der Plattenebene ausgelenkt  Die Nadel bewegt sich auf der Plattenoberfläche Vor der Stereotechnik war diese Modulation üblich

6. Stereo - 45°-Schrift • Eine Rille enthält zwei Audiosignale (L+R)  jede Flanke enthält einen Kanal

7. Warum 45°-Schrift??? • Eine weitere Möglichkeit ein Stereosignal in eine Rille zu schreiben wäre einen Kanal vertikal, den anderen lateral zu schreiben.  nicht Mono - kompatibel zur üblichen Seitenschrift.

8. Stereo - Mono - Kompatibilität • Was passiert, wenn eine Mono-Platte mit einer Stereo-Nadel abgespielt wird? • Das Stereo-System erwartet das Signal unter einem Winkel von 45°. Die Rille wurde jedoch lateral geschnitten.  Das Ausgangssignal erreicht nur 71%vom dem eines Mono-Systems

9. Bilder einer Stereo-Rille

10. Bilder einer Stereo-Rille • Modulation des rechten Kanals • Modulation des linken Kanals

11. Bilder einer Stereo-Rille • Stereo-Signal - Phase  = 0° • Stereo-Signal - Phase  = 180° Eine Stereo-Modulation kann unter bestimmten Umständen gleich aussehen wie eine Tiefen- oder Seitenschrift

12. Bilder eines Schneidstichels

13. Die Drehzahl • Die ersten Schallplattenspieler hatten keine elektrische Verstärkung. Um genügend Ausgangsspannung zu erzielen war eine hohe Umdrehungszahl - 78 rpm - notwendig. • Die heute Übliche Drehzahlen sind: • 33,3rpm - Langspielplatte • 45 rpm - (Maxi) Singles

14. Signal-Entzerrung • Tiefe Frequenzen erfordern eine große Auslenkung der Nadel  großer Rillenabstand • Hohe Frequenzen hätten sehr kleine Auslenkung der Nadel  sehr kleiner Signal-Rauschabstand Ohne Entzerrung des Audiosignals:

15. Signal-Entzerrung • Frequenzgang beim Schreiben und Abspielen

16. Phono - Vorverstärker • Das Signal, das die Tonnadel abtastet muß bei der Wiedergabe entzerrt werden um auf den ursprünglichen Frequenzgang zu kommen. • Dies geschieht gewöhnlich im Vorverstärker des Vollverstärkers oder in einem externen Entzerrer

17. Tonarm Schwenk-Tonarm Nadel bewegt sich auf einer Kreisbahn Tangentialer Tonarm Nadel bewegt sich auf einer Geraden

18. Tonarm Schwenk-Tonarm - Tangesfehler - hohe Masse + kann schnell versetzt werden + einfacher Aufbau Tangentialer Tonarm - kann nur sehr langsam versetzt werden - sehr aufwendiger Aufbau + kein Tangesfehler + geringe Masse

19. Tangensfehler • Der Schreibstichel bewegt sich immer tangential zum Plattenradius. Beim Abspielen mit einem Schwenk-Tonarm ist dies jedoch nur an einem Punkt der Fall. Tangesfehler nur anPunkt A null

20. Tangensfehler • Durch Verwendung eines S- oder J-förmigen Tonarms kann den Tangensfehler verringert werden.

21. Tonarm Ausrichtung • Mit Hilfe eines Winkelmessers kann der Tangesfehler minimiert werden

22. Tonarm Ausrichtung • Einstellung an zwei verschiedenen Punkten. Ist es nicht möglich an beiden Punkten eine parallele Einstellung zu erzielen so ist der innere Punkt zu wählen

23. „Skating Kraft“ • Die Skating Kraft resultiert aus den Geometrien und der Reibungskraft zwischen Nadel und Plattenoberfläche. Sie versucht die Nadel zur Plattenmitte hinzuziehen

24. „Skating Kraft“ • Skating Kraft verstärkt die Wiedergabe des linken Kanals • Abhilfe: Anti-Skating-Kraft

25. „Anti-Skating-Kraft“ • Verschiedene Arten zur Erzeugung der Anti-Skating-Kraft

26. Tonarm Resonanz Dämpfung • Ohne eine Dämpfung der Tonarmresonanz kann die Nadel springen

27. Tonarm Resonanz Dämpfung • Mit einer Dämpfung bleibt die Nadel in der Rille

28. Systeme • Mehrere Tonabnehmersysteme: • Moving Coil (MC) • Moving Magnet (MM) • Halbleitertechnik • Piezoelektrische Systeme

29. Moving Coil • Die Spule bewegt sich in einem homogenen Magnetfeld. Die Ausgangsspannung ist proportional zu der Geschwindigkeit des Spule beziehungsweise der Änderung des magnetischen Flusses.

30. Moving Coil System

31. Moving Magnet • Ein Magnet bewegt sich in einem homogenen Magnetfeld. Bewegt sich der kleine Stabmagnet (2) zwischen den Polen so ändert sich der magnetische Fluß und in der Spule wird eine Spannung induziert.

32. SHURE V15 • Hauptbestandteile: 1. Ausleger 2. Diamantspitze 3. Magnet 4. Magnetpole 5. Spulen für L und R 6. Ausgangsstecker

33. Halbleiter Systeme • Die Nadel überträgt die Schwingungen auf zwei hoch dotierte Halbleiter deren Widerstand sich durch die Verformung ändert. Die Ausgangsspannung ist eine Funktion des Widerstandswertes.

34. Halbleiterelement • Ansicht eines Halbleiterelementes

35. Piezoelektrische Systeme • Ein piezoelektrischer Kristall erzeugt eine elektrische Spannung bei einer Deformation

36. Nadeln • Da die Nadel den einzigen Kontaktpunkt zwischen Platte und Abspielsystem darstellt, kann der Klang nicht besser werden, als vom Tonabnehmer geliefert. • Die Tonqualität hängt daher sehr stark von der Qualität der Nadel ab.Genauer gesagt: hängt davon ab, wie exakt die Nadel dem Schnitt auf der Platte folgen kann.

37. Nadelformen • Die Nadel soll nur die Rillenwände berühren und nicht den Rillenboden: • sphärisch (kugelförmig) • biradial • elliptisch • „micro-ridge“

38. Sphärischer Nadelschliff Frontansicht Querschnitt • Der Rundschliff wurde alserstes entwickeltund wird immernoch amhäufigsten verwendet.

39. Sphärischer Nadelschliff • Grenzen des sphärischen Schliffs: Die Modulation wird im inneren der Platte sehr eng, so dass bei einer kugelförmigen Nadel Verzerrungen auftreten.

40. Biradialer Nadelschliff Frontansicht Querschnitt • Die Auflagefläche wurde verkleinert. • Durch die kleineren Ausmaße in Laufrichtung kann die Nadel schnelleren Modulationen besser folgen.

41. Elliptischer Nadelschliff Frontansicht Querschnitt • Der elliptische Schliff ist eine Weiterentwicklung des biradialen.

42. Micro-Ridge • 1983 entwickelte SHURE die „Micro-Ridge“-Nadel • Durch ihre besondere Form kann diese Nadel der modulierten Rille sehr schnell folgen

43. Footprints Frontansicht Seitenansicht Footprint • Sphärisch • Biradial 18 m 18 m 18 m 10 m

44. Elliptisch • Micro-Ridge 11 m 5 m 75 m 3,8 m

45. Verschlissene Nadeln • Die Nadel wird mit der Zeit an den Berührungsstellen abgeflacht. • Dadurch dringt sie tiefer in die Rille ein was zu größeren Rauschen führt (am Boden der Rille sammeln sich Verschmutzungen). • Scharfe Kanten an der Nadel zerstören die Schallplatte.

46. Verschlissene Nadeln • leicht verschlissene Nadel • stark abgenutzte Nadel • sehr stark abgenutzte Nadelbeschädigt die Schallplatte

47. Trackability • „Trackability“ (Abtastfähigkeit) ist ein Maß für die Gesamtleistungsfähigkeit eines Tonsystems • Die wichtigste Größe ist dabei die Auflagekraft und damit die „Tracking“-Kraft, die durch die Reibung entsteht.  Jede Nadel hat ihre optimale Auflagekraft • Die Form der Abtastnadel wirkt sich ebenfalls auf „Trackability“ aus.

48. Trackability • „Trackability“ - Diagramm der V15 Typ IV

49. Frequenzgang • Zwei physikalische Eigenschaften beeinflussen den Frequenzgang • Die Spule • Die Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems (Ausleger, Dämpfung)

50. Frequenzgang • Die Spule bildet einen Tiefpass (rote Kurve) • Der mechanische Schwingkreis einen Bandpass (blau/türkis)