A hangszedő egy viszonylag összetett elektromechanikus találmány, amely nagy precíziós gyártási technikákat igényel. A belső szerkezet részei rendkívül kicsik, megtekintésükhöz mikroszkópra van szükség. A hanglemezek és a lemezjátszás régebbi szerelmesei is, de a kezdők kiváltképpen sok akadályba, nem egyszerűen megfejthető rejtélybe botlanak. Ez a cikk a mozgó mágneses (Moving Magnet = MM) rendszerű hangszedőkre koncentrál, de a mozgóvas (Moving Iron = MI) hangszedőkre is kitérünk.
Az egyik jellegzetesség, hogy a rendszer minden része valamilyen frekvencián valamilyen eseményt okoz. Bármennyire is próbáljuk megkerülni, a fizika törvényei továbbra is érvényesek. Maga a hangszedő elektromos impedanciával rendelkezik, amelyet megfelelően kell terhelni, ha a gyakorlatban a teljes frekvenciaátvitelt el akarjuk érni. Ott van a hangszedő és a hangkar együttes mechanikai rezonanciája, és számos különböző rezonáns hatás a lemezjátszó-rendszer egészében. A legtöbb hatás a legalacsonyabb frekvenciákon észlelhető, természetesen kívánatos, hogy a rezonancia a lehető legalacsonyabb legyen. Foglalkoznunk kell a tűszárral – a könnyű csővel vagy rúddal – amely a tűt és a mozgó mágnes/vas/tekercs szerelvényt hordozza. Mivel mechanikus eszköz, ennek is van rezonanciája, és ez a spektrum magas frekvenciájú végét érinti. Előnyös, ha a rezonancia jóval a hallható hangok tartományán felül van, de ez a gyakorlatban nem mindig érhető el. A lemezjátszó/kar/hangszedő szerelvény mechanikai rezonanciáival – azon kívül, hogy gondosan megválasztjuk a felhasznált különféle alkatrészeket – nem sokat tehetünk. Szinte minden ilyen alkatrész gyártója azt hiszi, hogy tudja a választ, így nem csoda, hogy a különböző kombinációk nagyon eltérően szólnak. Más zenei forrással (CD, SACD, FM, streaming stb.) ellentétben ezek a különbségek gyakran nem finomak, és több esetben feltűnőek. A mechanikai rezonanciák kezelésének lehetőségei nagyon korlátozottak.
Az elektromos rezonancia(k) esetében azonban ez nem így van, mivel ezeket sokkal könnyebb modellezni. Sajnos ez nem jelenti azt, hogy lenne egy egyszerű megoldás. Egyes hangszedőket úgy terveztek, hogy a kielégítő eredmény elérésére, gyakran a nagyon magas induktivitásuk miatt meghiúsítsanak minden kísérletet. A hangszedő alapvető elektromos modelljét az 1. ábra mutatja, és lényegében egy egyszerű ellenállás, tekercs, kondenzátor (RLC) alapú szűrő. Az induktivitás fel van osztva, és az egyik részt egy ellenállás csillapítja – ez szimulálja a hangszedő félinduktivitását.
Egy hangszedő elektromos modellje (egy csatorna)
Az induktív és kapacitív elemek között elkerülhetetlen de kiszámítható kapcsolat van, és ezt a beépített ellenállások mérséklik. Az induktivitás és a kapacitás értékének növekedésével a rezonanciafrekvencia csökken. Az ideális eredmény az, ha nincs fokozatos lecsengés és nincs nagy csúcs a magas frekvenciasáv végén.
Ez az ábra egy (többé-kevésbé) tipikus, alacsony induktivitással rendelkező hangszedő frekvenciamenetét mutatja, amelynek induktivitása 230 mH, tekercselési ellenállása pedig 1,2 kOhm. A 47 kOhm ellenállás a lemezjátszó előerősítő lezáró impedanciája (ez a szabványos), a 100 pF kapacitás pedig a hangszedő és az előerősítő közötti kábelnek köszönhető. Bizonyos esetekben a gyártók ajánlanak (vagy legalábbis megemlítenek) egy „megfelelő” kapacitástartományt, de sok esetben a felső határ túl magas. Néhány javasolt terhelés olyan, hogy 20 000 Hz alatti frekvencián 4 dB vagy annál nagyobb csúcs is előfordulhat. A modellezett 8 000 Hz-en lévő csúcs aligha hangzáshű – valószínűleg nem lesz jó vétel otthoni zenehallgatásra.
A piros görbe a 100 pF kapacitású átvitelt mutatja (ami az átlagos kábelhosszra jellemző), a zöld görbe pedig azt, hogy mi történik, ha a kapacitást 500 pF-ra növeljük. A kék görbe a hangszedő átvitelét mutatja, amikor a standard 47k ellenállást 100k-ra növeljük, és a kapacitást 100 pF-on tartjuk. Nyilvánvaló, hogy ennél a hangszedőnél (és a legtöbb másnál) a kapacitást alacsonyan kell tartani. Nagyszámú hangszedő esetében – a mozgómágneses és mozgóvasas típusok többségének 400 mH vagy nagyobb az induktivitása a specifikációban előfordul. A specifikációk között látott legmagasabb érték 930 mH. Nagy gondossággal kell eljárni annak érdekében, hogy a mérési eredmények a valóságot tükrözzék.
Ha mérni szeretnénk a hangszedő induktivitását, használjuk a 3. ábrán látható beállítást. A referenciaérték eléréséhez alacsony frekvencián kell mérni. A 10 Hz jó kiindulópont, ezt használjuk a +3 dB frekvencia megtalálásához. Amikor a jelszint 3 dB-lel megnő (a 10 Hz-en mért feszültség 1,414-szerese), az induktív reaktancia (XL) megegyezik a hangszedő egyenáramú ellenállásával.
L = XL / (2π × f)
Feszültség 10 Hz-en = 26,4 mV
Feszültség (+3 dB) = 37,5 mV (26,3 × 1,414)
Frekvencia (+3 dB) = 840 Hz
Induktivitás = 232 mH
Az 1. és 2. ábrán látható, hogy a folyamat működik. A két rajzon a 232 mH értéket 77 mH „tiszta” induktivitás, valamint 155 mH (68 kH-val párhuzamosan) félinduktivitás alkotja. A szimulátorban modellezve ez a kombináció olyan mértékben illeszkedett a hangszedőn mért feszültségekhez, hogy ésszerűen biztosak lehetünk a helyettesítő áramkör helyességében. Bár kissé drasztikusnak tűnhet egy hangszedőt ilyen magas feszültségnek kitenni (az 5 mV-hoz képest), nincs okunk feltételezni, hogy bármilyen károsodás keletkezik. Még ha a tű és a tűszár elmozdul, az sokkal kisebb lesz, mint egy tűecset használata esetén.
A hangszedő paramétereinek mérése nem egyszerű feladat, és a modell meghatározása a mért elektromos paraméterekből némileg nehézkes is. Egy dolog világos, hogy a hangszedő „induktivitása” valójában „félinduktancia”. Ez nem tökéletes, a mágnes/tekercs szerelvényeken belüli örvényáram-veszteségek miatt. Amikor a gyártó megadja az induktivitási adatokat, néha (de nem elég gyakran) a frekvenciát is megadja. Ennek ismerete fontos az elektromos paraméterek megfelelő jellemzéséhez, azonban a legjobb, amit elvárhatunk, az induktivitás egy meghatározatlan frekvencián, valamint az egyenáramú ellenállás értéke. Ez nem elég ahhoz, hogy kiszámítsuk a terhelés valódi hatását a hangszedő frekvenciaátvitelére. Induktivitásmérővel mérni a hangszedő induktivitását nem fog működni! Az egyenáramú ellenállás magas az induktív reaktanciához képest, így a mérő hazudni fog, és azt fogja mutatni, hogy az induktivitás sokkal magasabb, mint amilyen valójában. Ezenkívül a tesztfrekvenciát a mérő határozza meg, és valószínűleg nem megfelelő a feladathoz. A legtöbb mérő nem mutatja, hogy milyen frekvencia van használatban, így nincs lehetőség eldönteni, hogy megfelelő-e vagy sem (a legtöbb megfelel a „nem” kritériumnak). Amikor a hangszedőt mérik, az amplitúdó növekedése a növekvő frekvenciával nem követi a ~6 dB/oktáv értéket, amit egy „tökéletes” induktortól elvárnánk. Ez részben a véges forrásimpedancia miatt van (47 k és 100 k mellett tesztelt), de a hangszedő szerelvényen belüli veszteségek miatt is, amelyek a „félinduktivitás” viselkedését eredményezik.
Mért válasz
A táblázatban említett hibaoszlop azon az értéken alapul, amelyet akkor kellene kapnunk, ha az induktor egy „valódi” induktivitás lenne, amelyet végtelen feszültségről, végtelen impedancián keresztül táplálnánk (ezért ne aggódjunk túlságosan, hogy ez nem érhető el). Az alacsony frekvenciatartománynak nincs jelentősége – az alacsony frekvenciás (LF) tartomány a soros ellenállás miatt tökéletesen modellez. A magasabb frekvenciákon nyilvánvaló, hogy az effektív induktivitás a frekvencia növekedésével csökken. Ennél a konkrét hangszedőnél az induktivitás 2 000 Hz és 5 000 Hz közé valahol finom, a veszteségek a frekvencia további növekedésével egyre hangsúlyosabbá válnak. A teszt hangszedő mért impedanciaválasza az alábbiakban látható.
Ideális és mért válaszidő
A második teszthangszedőt bemeneti jelnek vetettem alá, hogy meghatározhassam a paramétereit. A mérési adatokat az 1. táblázat (fent) mutatja. A piros görbe a szimulált frekvenciaválaszt mutatja (ideális induktivitás alapján), a zöld pedig a mért értékeken alapuló diagram (ezt csak 100 Hz és 20 000 Hz között). A mérések elvégzéséhez egy jelgenerátor jelét juttatjuk a hangszedőbe a normál 47 kΩ ellenálláson keresztül. A feltüntetett feszültségeket a hangszedőn keresztül mérték (lásd a 3. ábrán látható módszertant). Látható, hogy a zöld görbe egy kicsit magasabb szinttel indul, mint a szimulált (ideális) válasz, de ~15 000 Hz-en megegyezik, és magasabb frekvenciákon az ideális válasz alá esik. Ez az örvényáram-veszteségek közvetlen eredménye, ami azt mutatja, hogy a „félinduktancia” egy valós jelenség. Ahogy korábban említettük, ez nem ugyanaz a hangszedő, mint ami az 1–3. ábrákon látható – ez egy teljesen más készülék.
Ne számítsunk arra, hogy a magas frekvenciákon tapasztalható kismértékű induktivitás-veszteség a csillapítás csökkenését okozza majd – a jel amplitúdója is csökkenni fog a veszteségek növekedésével. A hangszedő gyártók gyakran használják a konzolos rezonanciát, hogy megpróbáljanak sík átvitelt elérni a legmagasabb frekvenciákon, de ez további bonyodalmakat okozhat. Például egy piszkos tű nehezebb lesz, mint egy olyan, ahol minden szép és tiszta, és valamivel alacsonyabb lesz a hangszedő rezonanciafrekvenciája. Megváltozik a magas frekvenciájú átvitel, de ez valószínűleg nem lesz hallható a piszkos tű által okozott jelentősen megnövekedett torzítás miatt.
Egy másik figyelembe veendő szempont a kábel, amely a headshell-től a lemezjátszó hátulján található aljzatokig fut, valamint a lemezjátszó és az előerősítő közötti kábel – mindkettő kapacitása. A kábelkapacitással az a probléma, hogy ha túl magas, akkor a csökkentésének egyetlen módja a kábelcsere – legjobb esetben is csak találgatás. Ez vonatkozik azokra a lemezjátszó előerősítőkre is, amelyekbe beépített söntkondenzátor van – ismét, ha ez túl magas, előfordulhat, hogy nincs mód a letiltására – különösen a még garanciális, és kapcsolható kapacitás opcióval nem rendelkező kereskedelmi termékek esetében. A Litze-drót használata gyakori a hangkar kábeleknél, mivel nagyon rugalmasnak kell lennie ahhoz, hogy évekig elbírja az előre-hátra és a fel-le mozgást. Az alacsony kapacitás is nagyon kívánatos – ne feledjük, kapacitást mindig lehet hozzáadni, de nem lehet elvenni. Az érintkezési felületek szempontjából a nemesfémek használata előnyös, különösen az arany.
Bármely hangszedő és kábel összetétel frekvencia átvitelét egy olyan lemez használatával lehet mérni, amelyen különböző frekvenciákon rögzített jelek vannak. A módszer mindent figyelembe vesz: elektromos jellemzőket, mechanikai rezonanciákat és bármi mást, ami befolyásolhatja a hangszedő frekvencia átvitelét. Ide tartozik az RIAA előerősítő is. Bár ez végső soron lehetővé teszi a tökéletesen sík frekvenciaátvitel elérését, de még mindig nem garantálja, hogy audio-rendszerünk jól fog szólni. Az is sajnálatos (de igaz), hogy a hanglemezek nem szeretik, ha sokszor újra és újra lejátsszák őket, és nemtetszésüket azzal fejezik ki, hogy először a magas frekvenciákat veszítik el. Nem csoda, hogy hatalmas eltérés van a gyártó specifikációi és a hallgatói vélemények között számos lemezjátszó hangszedővel kapcsolatban.
Az ellenállásos és kapacitív terhelés a magas frekvenciákon meglehetősen drámaian megváltoztatja a lemezjátszó hangszedő teljesítményét, és a hangkar rezonanciája jelentős hatással van az alacsony frekvenciákon. Mivel ez nyilvánvalóan így van, nagyon nehéz vitatkozni arról, hogy a lemezjátszó előerősítő RIAA szabvány szerinti kiegyenlítésének pontossága különösen jelentős. Természetesen a lehető legközelebb kell lennie az eredetihez, de bármilyen dB-es eltérés bármelyik irányban is csekély jelentőséggel bír. Ez különösen igaz, mivel senki sem tudja (és/vagy akik tudják, nem fogják elárulni), hogy milyen más equalizátort alkalmaztak a master felvételen vagy a lemezvágó gépen. A fontos az, hogy a sztereó kép megőrzése érdekében a két csatorna nagyon jól kövesse egymást.
Most, hogy meghatároztuk a hangszedő paramétereit, elkezdhetjük meghatározni a hangszedő optimális terhelését. Amit nem ismerünk, az a tűszár-rezonancia okozta hatás, így csak az elektromos paraméterek alapján tudunk modellezni. Szinte minden esetben ésszerűen feltételezhetjük, hogy a lehető legalacsonyabb kapacitás adja a leglaposabb frekvencia átvitelt, de erre ne fogadjunk. Amit biztosan tudunk, hogy ha a kapacitás nagyobb a kívánatosnál, a frekvenciamenet a hallható hangsávon belüli frekvencián fog csúcsosodni (lásd a 2. ábrát). Ha ehhez hozzáadjuk a konzolrezonanciát és minden más hatást, amiről senki sem fog beszélni, az eredmények rendkívül kiszámíthatatlanok lesznek. Bizonyos esetekben a hangszedő számára előnyös lehet a normálnál nagyobb terhelőimpedancia használata. Lásd ismét a 2. ábrát, és figyeld meg a kék görbét. Ebben az esetben a nagyobb terhelő ellenállás azt jelenti, hogy még kisebb kapacitás tolerálható. Az árnyékolatlan vezetékek használata általában nagyon rossz ötlet, mert ezek a vezetékek felveszik a helyiségben jelenlévő minden interferenciát. Egy véletlenszerű rádióállomás vagy más zajok hallgatása ritkán ad hozzá bármi hasznosat a felvett anyaghoz.
Mivel a kapacitásnak van egy gyakorlati alsó határa, a viszonylag alacsony induktivitással rendelkező hangszedőkkel könnyebb dolgozni, ezeknek általában alacsonyabb a kimeneti szintjük. Általánosságban azt várjuk, hogy ezek a hangszedők 1000 Hz-en körülbelül 2,5 mV és 4 mV közötti kimeneti szinttel rendelkeznek, 5 cm/sec felvételi sebességgel. A 400 mH vagy annál alacsonyabb induktivitás tűnik a legkívánatosabbnak, de ez drámaian korlátozza a rendelkezésre álló hangszedők választékát, és még mindig nem biztos, hogy optimális eredményt hoz.
Konklúzió
A lemezjátszó hangszedők számos különböző hatást mutatnak, amelyek közül sokat egyáltalán nem tudunk modellezni, mert az ehhez szükséges információk egyszerűen nem állnak rendelkezésre. Egyértelmű, hogy a legtöbb hangszedő valószínűleg legfeljebb 100 pF („tipikus” RCA) söntkapacitással működik a legjobban, bár vannak kivételek. Bizonyos esetekben a személyes preferencia vezérli a döntést, hogy a nagyobb kapacitás vagy a nagyobb terhelési ellenállás szubjektíven jobb eredményt ad. Az is valószínű, hogy egyes hangszedők bizonyos audio-rendszerekben soha nem tudnak teljesen megfelelően szólni. Legalább egy dolognak világosnak kell lennie: az a közhiedelem, miszerint a nagyobb kapacitás tompítja a hangszedők hangzását, nyilvánvalóan téves. Ha a kapacitás túl magas, akkor a hangsáv bizonyos frekvenciáján rezonáns csúcs keletkezik, ami gyakran a „fényesség” illúzióját kelti, de a legmagasabb frekvenciák elvesznek. Valószínűleg ez az egyik oka annak, hogy a (kisjelű) mozgótekercses konstrukciót a mozgómágneses/vas típusoknál sokan „felsőbbrendűnek” tartják. Kevés kétség merül fel afelől, hogy sok mozgótekercses hangszedő rendkívül jó – de még mindig korlátozza az embert a rendelkezésre álló alapanyag, valamint a nagyon alacsony zajszintű head-amp (illesztő-erősítő) vagy egy drága transzformátor iránti igény. A végeredményt valójában csak egy tesztlemez és a választott hangszedő segítségével lehet mérni. A szubjektív „hallgatási teszt” értékelések adhatnak egy olyan eredményt, amely tetszik és amellyel együtt tudunk élni, de nincs garancia arra, hogy ez pontos lesz, vagy összességében egyhangú választ eredményez. Végső soron ez nem igazán számít – meg kell hallgatni az audio-rendszert, és ha tetszik a hangzás, akkor elértük a célt. Bármit is teszünk, lesznek olyan lemezek, amelyek kiválóan szólnak, és olyanok, amelyek pocsékul. Ennek valószínűleg semmi köze az audio-rendszerhez, hanem a mastering vagy vágás során végzett túlzott hangszínszabályozás vagy kompresszió eredménye lehet.
Irreális elvárni, hogy minden jól szóljon.
Cikkünk Rod Elliott (Elliott Sound Products) munkájára támaszkodik –
