Задача тонарма состоит в том, чтобы поддерживать звукосниматель над поверхностью пластинки и направлять его иглу по канавке с записью. Тонарм должен обеспечивать достаточно неподвижную опору для звукоснимателя и в то же время быть достаточно легким, чтобы следовать всем изгибам и колебаниям звуковой канавки; выполнять движения вверх-вниз, вызванные неровностью поверхности слегка покоробленной грампластинки, а также отслеживать ее эксцентриситет (смещение центрального отверстия пластинки относительно геометрического центра). К тому же он должен оказывать минимальное воздействие на весьма уязвимые звуковые канавки. Как станет ясно из последующего изложения, эта задача не из легких.

Тонармы бывают двух различных видов: рычажные и тангенциальные. Тонармы первого типа имеют неподвижную ось вращения, позволяющую расположенному на конце тонарма звукоснимателю беспрепятственно двигаться по дуге, следуя за звуковой канавкой вращающейся пластинки. В тангенциальных конструкциях (их называют также тонармами с линейным трекингом) относительно пластинки движется весь тонарм с подшипником.

Рассмотрим сначала рычажные тонармы. Они обладают рядом принципиальных недостатков, которые и привели к разработке тангенциальных конструкций.

Идеальный тонарм должен поддерживать головку звукоснимателя в том же положении относительно звуковой канавки, в каком находился резец рекордера (записывающей головки). Во всех профессиональных устройствах грамзаписи используются тангенциальные устройства перемещения записывающей головки, движущиеся по радиусу лакового мастер-диска. Но в рычажных тонармах звукосниматель перемещается по дуге, а значит, положение иглы относительно звуковой канавки постоянно меняется. В результате возникает погрешность слежения (или угол горизонтальной погрешности) как разность между положениями игл относительно канавки при записи и воспроизведении.

Эту погрешность можно минимизировать с помощью определенного изгиба тонарма, называемого горизонтальным углом коррекции. Этот угол может быть обусловлен применением плавно изогнутой J- или S-образной трубки тонарма или изменением углового положения звукоснимателя, закрепленного на конце прямой трубки. Угол коррекции в современных тонармах составляет 25°, что обеспечивает наименьшую погрешность слежения. Следует отметить, что введение угла

коррекции не полностью устраняет погрешность слежения. Вместо этого оно создает небольшую погрешность в направлении к внешнему краю грампластинки, которая постепенно уменьшается по мере приближения звукоснимателя к середине грампластинки. В этой средней точке иглы звукоснимателя и звукозаписывающей головки находятся в одинаковом геометрическом положении относительно звуковой канавки, а следовательно, погрешность слежения равна нулю. По мере того, как звукосниматель продолжает движение по звуковой канавке к центру, эта погрешность снова постепенно возрастает.

Однако введение угла коррекции, необходимого для снижения ошибки слежения, вызывает в рычажных тонармах еще одну проблему, называемую скатыванием. Оно возникает под воздействием силы, направленной к центру грампластинки. Для компенсации скатывающей силы к игле звукоснимателя необходимо приложить равную ей, но противоположно направленную компенсирующую силу. Она противодействует скатывающей силе, обусловленной углом горизонтальной коррекции тонарма. Благодаря этому удается поддерживать одинаковое контактное давление иглы звукоснимателя на обе стенки звуковой канавки, что не дает иглодержателю смещаться из центрального положения в звукоснимателе. Антискатывающие устройства могут быть созданы на основе различного рода пружин, грузиков, подвешенных на нити, перекинутой через блок, или механических связей (более подробно настройку компенсаторов скатывающей силы мы обсудим в разделе "Настройка проигрывателя грампластинок").

Если рассматривать эту проблему с технической точки зрения, то скатывающие силы возникают исключительно из-за трения между звуковой канавкой и иглой звукоснимателя. Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную движению. В случае со звуковой канавкой и иглой силы трения действуют в тангенциальном направлении относительно канавки. Эти силы не воздействуют на неподвижную ось тонарма. Как и любая другая векторная величина, сила трения может быть разложена на две перпендикулярные составляющие. Одна из них совпадает с линией, соединяющей иглу звукоснимателя с осью тонарма, вторая (меньшая), направлена под прямым углом к первой и является причиной скатывания тонарма к центру пластинки.

Совершенно очевидно, что недостатки рычажных тонармов — погрешность слежения и скатывание — отсутствуют у тангенциальных моделей. Поскольку движется весь тонарм, а не только один его конец, взаимное положение иглы и канавки одинаково как при записи, так и при воспроизведении, и не зависит от радиального положения иглы. А поскольку отсутствует угол коррекции тонарма, нет и скатывающей силы. Тангенциальные тонармы имеют и другое преимущество: поскольку их обычно делают достаточно короткими, они имеют и значительно меньшую вертикальную составляющую момента инерции, чем рычажные устройства. Однако тангенциальные тонармы имеют более высокую горизонтальную составляющую момента инерции. Так как ось вращения отсутствует, действующая масса тонарма равна его полной массе и значительно выше, чем у рычажного устройства. Поэтому конструкция тангенциального тонарма обычно представляет собой компромисс между слишком малой вертикальной и слишком большой горизонтальной составляющими момента инерции.

Тангенциальные тонармы имеют гораздо более сложную конструкцию и, соответственно, более высокую стоимость, чем рычажные. Все устройство целиком должно двигаться вдоль канавки в тангенциальном направлении по отношению к пластинке, что представляет собой довольно сложную инженерную задачу. В тангенциальных проигрывателях среднего уровня качества тонарм передвигается с помощью автоматизированного привода, движение которого может не всегда точно соответствовать шагу записи (расстоянию между звуковыми канавками). В итоге, игла звукоснимателя давит на одну сторону канавки сильнее, чем на другую. Хотя можно попытаться исправить эту погрешность, все же следящие

лриводы в принципе устроены так, что исправить ошибку можно лишь после того, как она возникла.

В тангенциальных устройствах класса High-end используют воздушный подшипник. При этом тонарм парит в потоке воздуха, окружающего трубку, по которой он движется; чтобы сдвинуть тонарм с места, достаточно легчайшего усилия, которое исходит от движения иглы звукоснимателя по пластинке. Благодаря использованию воздушного подшипника, трение между тонармом и трубкой сведено практически к нулю. На рис. 9-3 изображен такой проигрыватель, снабженный тангенциальным тонармом с воздушным подшипником.

Тангенциальные тонармы сложнее в настройке, они требуют периодической регулировки. В них применяются воздушные насосы, шум которых, если не принять достаточных мер по звукоизоляции, будет мешать прослушиванию музыки. Приверженцы рычажных тонармов настаивают на том, что свойственные тангенциальным конструкциям геометрические преимущества сводятся на нет необходимостью постоянной заботы о поддержании жесткости тонарма и демпфировании резонанса. По их мнению, искажения, возникающие из-за погрешности слежения, не являются основной причиной ухудшения качества звука.

Давайте подробнее рассмотрим рычажный тонарм. Безусловно, это наиболее популярный тип подобного устройства. Его основные компоненты (по направлению от тылового конца к переднему): противовес, подшипник, трубка и держатель звукоснимателя (см рис. 9-8). Противовес уравновешивает трубку тонарма и звукосниматель. Его вес и положение определяют, с какой силой игла звукоснимателя будет давить на звуковую канавку. Узел подшипника является точкой опоры тонарма, относительно которой он может поворачиваться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Трубка тонарма позволяет разместить звукосниматель на оптимальном расстоянии от оси вращения. Держатель звукоснимателя расположен на конце этой трубки и представляет собой площадку для установки звукоснимателя на тонарме. С помощью небольшого плоского диска рядом с узлом подшипника регулируется компенсатор скатывающей силы.

Важная часть тонарма — узел подшипника. Он должен обеспечивать низкое трение и при этом не ограничивать подвижности тонарма. Слишком тугой подшипник приведет к тому, что игла будет давить на стенку звуковой канавки, тем самым вызывая искажения звука и повышенный износ пластинки. Ослабление подшипника снизит силы трения, но может привести к повышенному люфту тонарма под воздействием возмущений, возникающих при движении иглы по канавке, или каких-либо иных форм вибрации. Помните, что любое смещение тонарма будет восприниматься звукоснимателем точно так же, как модуляции канавки и, соответственно, преобразовываться в электрический сигнал, который наряду с музыкальным сигналом появится на выходе звукоснимателя. Уплотнение подшипника снижает люфт, но одновременно приводит к усилению трения. Поэтому разработчикам тонармов приходится балансировать между двумя этими в равной степени опасными крайностями.

Наиболее популярной конструкцией, применяемой в узле подшипника тонарма, является карданный подвес, позволяющий тонарму беспрепятственно двигаться в любом направлении. Иногда в карданном подвесе устанавливают гироскопы. Еще один вариант конструкции подшипника — использование шарнира. Эта конструкция недавно вновь вошла в моду, отчасти благодаря ее удачному применению в тонарме Грэхема. Узел подшипника с общей осью подобен шарику в чашке, что позволяет ему свободно двигаться в любом направлении. Такая конструкция — простейшая для данного узла, к тому же она обеспечивает наименьшее возможное трение, уступая по этому параметру лишь воздушному подвесу. Узлы подшипника на основе карданного подвеса или шарнира снабжаются внутренней смазкой, а иногда их погружают в силиконовую жидкость для предотвращения резонансов.

Некоторые инновационные конструктивные решения узла подшипника нашли применение в модели "Well Tempered Tonarm" (WTA). Тонарм крепится здесь к вертикальной стойке и горизональной лопатке, которая подвешена в чашке с силиконом на моноволоконной нити. В сущности, в WTA вообще нет никакого подшипника; тонарм движется в жидкости, жесткая связь между трубкой и остальными элементами конструкции отсутствует.

Трубка тонарма должна быть достаточно жесткой, иметь небольшую массу, противостоять вибрации и обладать способностью демпфировать любые резонансные колебания. Такие трубки часто делают из различных экзотических материалов, сочетающих в себе жесткость и малую массу (особенно популярно среди разработчиков углеволокно). Трубки могут быть заполнены различными демпфирующими материалами для борьбы с резонансом. В отдельных случаях (например, в конструкции Грэхема) эта деталь изготовлена в виде двух концентрических трубок, между которыми находится демпфирующий материал, то есть представляет собой демпфер на основе связанных слоев. Цель подобного рода ухищрений — попытаться сделать трубку совершенно нерезонансной, исключить возможность возникновения и передачи к звукоснимателю каких-либо вибраций. Трубка тонарма с хорошим демпфированием способствует передаче мелких музыкальных деталей.

Действующая масса тонарма (это понятие было определено выше в данной главе) тщательно подбирается таким образом, чтобы добиться хорошего баланса между способностью удерживать звукосниматель при движении иглы в горизонтальном направлении (для этого требуется большая масса) и возможностью отслеживать различные неровности самой пластинки (для этого желательно возможно меньшая масса). Когда игла попадает на неровности винилового диска, возникает сначала дополнительное усилие при подъеме звукоснимателя на "горку", а затем соответствуйте ослабление прижимной силы при спуске с нее. В некоторых случаях игла может даже вылететь из звуковой канавки. Хотя этот эффект присущ всем тонармам, при большой действующей массе он усиливается.

Действующая (или рабочая) длина тонарма представляет собой расстояние между осью вращения и концом иглы звукоснимателя. У большинства тонармов она составляет от 210 до 230 мм (действующая длина тонарма меньше полной длины из-за наличия корректирующего угла). Вынос — это расстояние, на которое кончик иглы звукоснимателя заходит за вертикальную ось вращения грампластинки. В обыденном же словоупотреблении под "выносом" понимают расстояние от иглы звукоснимателя до оси вращения тонарма. Вынос можно отрегулировать, передвигая звукосниматель по площадке держателя в ту или иную сторону. В некоторых тонармах можно регулировать длину трубки. Все настроечные процедуры подробно рассматриваются ниже, в соответствующем разделе данной главы.