Míg az Idler- és a szíjhajtás kitalálói ismeretlenek, a közvetlen (Direct Drive) meghajtás feltalálásának jogára a II. világháború utáni Matsushita Electric Co. (Panasonic/Technics) az 1970-ben megjelentetett SP-10 modellel apellál. Ez, bár nem teljesen képtelenség, szigorúan véve mégsem igaz. A DD egy nagyon egyszerű hajtás-konfiguráció – nagyon furcsa lenne, ha 1970 előtt senki sem próbálja ki. Persze a háború előtti 78 RPM fordulatú sellak-korszakban mindenki (is) csinálta, mind a lemezjátszóknál, mind a lemezvágó gépekben. A Paillard 1963-as kivásárlása után a Thorens prospektusaiban megemlített egy 1928-as Paillard-szabadalmat, amely állítólag egy elektromos grammofon közvetlen meghajtású motorjára vonatkozik. Függetlenül attól, hogy ez a szabadalom releváns-e vagy sem, az 1930-as években a közvetlen meghajtás meglehetősen gyakori volt. Sok lemezjátszó-gyártó cég, köztük a Thorens is, „közvetlen hajtásként” forgalmazta a csiga- és fogaskerék-meghajtókkal készített lemezjátszóit.
Akkor mit talált ki Matsushita(?), és miért nem találunk említést a háború utáni közvetlen meghajtású lemezjátszókról, amíg a Technics meg nem jelent? A válasz az, hogy a korai közvetlen hajtású motorok használhatatlanok voltak lassúbb (45 vagy 33 ford./perc) fordulatszámmal. A motorok a mechanikus kommutációtól függtek – szénkefék, amelyek árammal látták el a forgó kollektort. A hajtás stabilitása megfelelő lendkerékkel nem okozott túl sok gondot 78-as fordulatszámon, de bármennyivel lassabban működtették, a mechanikus kommutáció szaggatottsága elviselhetetlenné vált. A Matsushita feltalálta az elektronikusan kommutált (un. kefe nélküli) motorral ellátott, így közvetlenül meghajtott (DD) lemezjátszót, amelynek tányérja képes folyamatosan(!?) lassabb sebességgel is forogni. A szabadalomban pontosan ez van lefektetve. A félvezetőket arra használták, hogy zökkenőmentesen és zaj nélkül irányítsák az elektromos áramot a motor tekercseire. Minden modern DD lemezjátszó elektronikusan kommutált, mert a közvetlen hajtás előnyeinek és korlátainak megértésében az elektronikus kommutáció a kritikus.
Először határozzuk meg, mi az a közvetlen meghajtású lemezjátszó. A logikus definíció szerint a közvetlen meghajtású lemeztányér esetében a motor és a tányér ugyanazon a tengelyen osztozik, tehát azonos szögsebességgel forog. Egy tipikus DD-hajtású lemezjátszó számos pólussal rendelkező állandó mágneses rotorral rendelkezik. Van egy állórész néhány tekerccsel, ami lehet 8, más cégek 4-től 64-ig tetszőleges számot használnak. A tekercseknek nincs fémmagjuk. A legtöbb DD motor mag nélküli. Az ezeken a tekercseken átfolyó áram határozza meg a forgórész mozgását. A külön hajtott tekercsek kettő vagy három fázisban kapják az áramot. Ahhoz, hogy az elektronika „tudja” a forgórész helyzetét és fordulatszámát, visszacsatoló rendszerekre van szükség. A rotor helyzetét Hall-érzékelők adják meg. A frekvencia-generátor a motor fordulatszámával arányos frekvenciájú impulzusokat generál. Ezt a frekvenciát ezután feszültséggé alakítják: minél nagyobb a fordulatszám, annál nagyobb a feszültség. Az aluláteresztő szűrő elhárítja a nagyfrekvenciás ingadozásokat, és biztosítja a csillapítást, a kapott feszültséget összehasonlítja egy referencia értékkel, a fordulatszám (33/45/78 RPM) kiválasztása általában a referenciafeszültség változtatásával történik.
Az összehasonlítás megadja a hiba-feszültséget. Ez a feszültség hajtja meg magát a motorvezérlőt, és arra utasítja, hogy növelje vagy csökkentse a tekercseken áthaladó áramot. Ha a motor túl gyorsan forog, a referencia alacsonyabb lesz, mint az FG-feszültség. A komparátor így „parancsol” a vezérlőnek, hogy vezessen kevesebb áramot a tekercseken keresztül, ezzel lassítva a motort. Ha a motor túl lassú, a hiba feszültsége megnő, és „üzen” a vezérlőnek, hogy növelje a tekercs áramát. A sebesség visszajelzésére egyes modellekben lágyvas fogaskereket használnak, amelyek a kör alakú többpólusú mágnes belsejében forognak. Az ebből eredő fluxus-változásokat az alatta lévő tekercs regisztrálja. Más cégek egyszerűbb megközelítéseket alkalmaztak, a PCB-tekercstől a mágneses fejig, amely egy báriumcsíkot olvas le a tányérról (pl.: Denon DP-47F). A visszajelzés pontossága kritikus a lemezjátszó teljesítménye szempontjából, ami meglehetősen jellemző volt az 1970-es évekbeli DD motoroknál.
A precíziós feszültség referenciákat meglehetősen nehéz megvalósítani. A későbbi DD motorok gyakran kvarc stabilizált frekvencia-referenciát használtak egy fáziszárt hurkon (PLL) belül. Papíron ez elképesztő előny: egy közönséges olcsó kvarc 50 ppm-ig (0,005%) stabil, míg egy nagyon jó modern feszültségreferencia 50 ppm felett is stabil lehet a környezeti hőmérséklet változásának függvényében! Néhány lemezjátszó, mint például a Micro Seiki DQX-1000, valójában a két vezérlési stratégia közül választhat.
Mi az a fáziszárt hurok? A fáziszárt hurok (PLL) egy elektronikus áramkör feszültségvezérelt oszcillátorral, amely folyamatosan igazodik a bemeneti jel frekvenciájához. A PLL áramköröket arra használják, hogy generálják, stabilizálják, modulálják, demodulálják, szűrjék vagy helyreállítsák a jelet egy „zajos” kommunikációs csatornáról, ahol az adatok megszakadtak. A legegyszerűbb esetben a fáziszárt hurok egy zárt hurkú visszacsatoló vezérlő áramkör, amely frekvencia- és fázisérzékeny egyben. A PLL nem egyetlen komponens, hanem egy rendszer, amely analóg és digitális komponensekből is áll, amelyek „negatív visszacsatolású” konfigurációban vannak összekapcsolva. A PLL mögötti mechanizmus a két jel közötti fáziskülönbségen alapul, érzékeli a különbséget, és visszacsatoló mechanizmust biztosít a feszültségvezérelt oszcillátor frekvenciájának módosításához. A PLL összehasonlítja a feszültségvezérelt oszcillátor jelét a bemeneti/referencia jellel. Mivel a PLL frekvencia- és fázisérzékeny is, a két jel közötti frekvencia- és fázis-különbségeket egyaránt képes érzékelni. Hibajelet generál, amely megfelel a jelek közötti fáziskülönbségnek. Ez a különbség tovább adódik az aluláteresztő szűrőnek, amely eltávolítja a nagyfrekvenciás elemeket, és a hibajelet változó egyenáramú (DC) szintre szűri. Ezt a „visszacsatoló jelet” ezután visszaadják a feszültségvezérelt oszcillátornak, hogy szabályozzák annak frekvenciáját. https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/phase-locked-loop
Első pillantásra a közvetlen hajtás maga a tökéletesség, mechanikájában nincs semmi, ami elromolhat vagy extra zajt kelthet. Az egyetlen „súrlódó” alkatrész a tengelycsapágy, de az amúgy is minden lemezjátszóban van. Csapágy-oldali terhelés, a szíj- és idler hajtások bajai? Nulla. Billenő erők? Nulla. Megmunkálási tökéletlenségek vagy vetemedések? Egyáltalán nem nagy ügy. Öregedő gumik? Nincsenek. Más hajtási módok esetében a hajtáslánc rugalmasságának hiánya a terhelés változásokra való tökéletes reakció hiányát is jelenti – a DD esetében az összes nyomaték egyenesen a tányérba kerül. Az egyszerűség azt is jelenti, hogy a közvetlen meghajtású lemezjátszó nevetségesen olcsóvá tehető. A különböző furfangos megoldásokra, rafinált mechanikára (kényelmi automatikára) el nem költött pénz csupán csak egy csapágyba és egy tökéletesen kiegyensúlyozott tányérba kerül befektetésre. Akkor miért nem dominál a közvetlen meghajtás? Miért hallgat a piac és a szakirodalom a közvetlen meghajtású lemezjátszókról? A Micro Seiki, miután az 1970-es éveket a közvetlen hajtás tökéletesítésével töltötte, miért ment bele az 1980-as években a szíjhajtásba, és soha nem is tért vissza? Jó kérdések.
A közvetlen hajtásnak csak két jelentős problémája van. Az egyik probléma a motorból eredeztethető fluxus szivárgás, ami egy, a motorból kilépő mágneses mező. Ez utat talál a hangszedőbe vagy a vezetékekbe. Ne feledjük, a tipikus hangszedő lényegében egy műszer, amely a mágneses tér változásai alapján működik! A hangszedők még árnyékolt állapotban is nagyon érzékenyek maradnak a mágneses tér változásaira – és a legtöbb mozgó tekercses hangszedő egyáltalán nincs árnyékolva. A fluxus szivárgással szembeni figyelmetlenség sok egyébként jól megtervezett lemezjátszót hangos középszerűségre ítélt. A legszomorúbb és legismertebb példa a csodálatos Trio/Kenwood L-07D, amit a használtcikk piacon „méreg” árban hirdetnek. A legtöbb középkategóriás, 1970-es és 1980-as évekbeli japán direkt-hajtású lemezjátszó kóbor mágneses terei csak epikusnak mondhatók. Miért van ez? Az 1970-es években a két legjobb EMI-ellenes eszközt – a számítógépes mágneses tér szimulációt és az érzékeny, valós idejű szélessávú magnetométert – még nem tökéletesítették. A mérnököknek nem volt módjuk a mágneses terek vizualizálására vagy megbízható mérésére. Most persze mind a két eszköz beszerezhető triviális pénzért. A fluxus szivárgás a hang fátyolosságában és az észlelt felbontás elvesztésében nyilvánul meg. A végfelhasználó nem sokat tehet – a házilag készített árnyékolási megoldások ritkán hoznak jelentős változást.
A másik probléma. Ha a közvetlen meghajtású lemezjátszókról bármilyen reklámot olvasunk, valószínűleg a következő kijelentéseket fogjuk látni. A lemezjátszó wow és flutter mért adata nagyon jó. Tökéletes időzítéssel és metronómiai precizitással játssza le a zenét: a sebesség-hiba az egész LP oldalon kevesebb, mint egy másodperc! A reklámra jellemző módon ezek az állítások megzavarják az embert, miközben technikailag igazak. Megpróbáljuk pontosan és pártatlanul mutatni a közvetlen hajtás sebességi viselkedésének összetettségét. Az ábra a sebességek eloszlását mutatja – egy adott pillanatnyi sebességet hányszor mértek egy adott időtartam alatt. A sebességet másodpercenként 5000-szer vették fel egy szabadalmaztatott, érintés nélküli Korf Audio mérő-rendszerrel, miközben egy popzenei nagylemez szólt. A vékony függőleges szürke vonal 33 1/3 fordulat/perc. A barna oszlopok egy csúcsminőségű, 1970-es évek végi japán DD lemezjátszó, a kék oszlopok egy hasonló árú, ugyanolyan magas színvonalú, szíjhajtású lemezjátszó mérési értékeit mutatják. Mindkettő pontosan ugyanarra az átlagsebességre volt hangolva (kicsit lassú). A DD pillanatnyi sebessége sokkal szélesebb tartományban mozog, és legalább kettő csúcsa van. A szíjhajtású lemezjátszó esetében – a sokkal rosszabb wow és flutter specifikáció ellenére – csaknem kétszer olyan gyakran fordul elő a megfelelő sebesség. Miért van ez így(?)-azt mi sem tudjuk.
