- היענות קפיצית - (compliance) - היא היכולת של המנוף (cantilever) שעליו מורכבת המחט להתנגד למשקל המונח עליו. המנוף הוא מבנה קפיצי ואם לא יונח עליו משקל, הוא יישאר קשיח. אם יונח עליו יותר מידי משקל הוא יקרוס. המרחק שהמנוף עובר כאשר מופעל עליו כוח נקרא 'היענות'. ראשים שמוגדרים כ-high compliance יכולים לספוג פחות משקל - כלומר הם יותר רכים והמנוף שלהם עלול לקרוס כשמשקל גבוה יונח עליו. המשמעות היא ש-high compliance = קפיצי ו-low compliance = קשיח.
באיור ניתן לראות מנוף המחובר למחט ואת קשת ההיענות המסומנת בבועה
היענות סטטית והיענות דינמית
היענות סטטית (static compliance) היא מקדם הקפיציות של מנוף המחט (cantilever) תחת משקל ידוע וקבוע. זה מופיע לפעמים בנתוני ראשים אך הנתון חסר משמעות אמתית משום שהיענות של מנוף המחט היא לעולם פונקציה של תדר ויברציות מסוים והיא עולה ביחד עם התדר. הנטייה של המנוף היא להתגמש יותר ויותר ככל שהתדר עולה.
היענות דינמית היא הנתון המעניין והיא מצוינת בפרמטרים של הראש, בדרך כלל בתדר של 10Hz. יצרנים רבים (בעיקר יפנים) מתחכמים לעתים ומשמיטים את הנתון הזה. לעתים מציינים אותו בתדר בדיקה של 100 הרץ שהוא גבולי מאוד ופחות רלוונטי (משום שהיענות נוטה לגדול עם העלייה בתדר) וגם משום שנתון זה לא מאפשר חישוב של ההיענות בתדר המקובל של 10Hz. אין נוסחת המרה מדויקת.
כיצד מציינים היענות? הענות מצוינת בדרך כלל ביחידות מיקרו-מטר למילי-ניוטון (µm/mN) ששוות ליחידות cu (שמשמעותן compliance units). יחידת cu אחת שווה ל-1 כפול 10 בחזקת מינוס 6 (מיליונית) של ס"מ\דין (cm/dyne). זוהי דרך מקובלת בפיזיקה וכימיה, לייצג למשל, מתח פני נוזל וזו רק דרך נוספת לייצג בדיוק אותו דבר. Ortofon לדוגמה, מציינים היענות קפיצית של ראש ה-2M Black שלהם כ-22 µm/mN, בעוד ש-Denon מציינים 8x10-6 cm/dyne עבור ה-DL-110. במקרה הראשון מדובר ב-22 cu ובמקרה השני ב-8 cu.
למה מוצגת רק היענות סטטית? יצרנים שמציינים היענות סטטית ומשמיטים את פרמטר ההיענות הדינמית מסתירים, בדרך כלל, נתונים מאכזבים של היענות דינמית ולמעשה, סומכים על כך שהמתעניינים יתבלבלו. היענות סטטית היא לעולם גבוהה יותר מהיענות דינמית ואין נוסחה מדויקת להמרה. כאשר מציגים היענות סטטית מול היענות דינמית בתדר של 10 הרץ, היחס הוא בדרך כלל בין 1.5 ל-2 (למשל, 18cu של היענות דינמית - יניבו משהו כמו 40cu של היענות סטטית). כאמור - היענות סטטית היא אחד הפרמטרים הכי לא רלוונטיים ומדובר בעצם, בסוג של הטעייה.
טווחי היענות דינמית ב-cu
- 8 עד 15 - נחשב ל-low compliance
- בין ל-16 ל-25 - נחשב ל-medium compliance
- מעל 25 (יכול להגיע אפילו עד ל-50) נחשב ל-high compliance
- הנתון הנפוץ והמוכר ביותר הוא משקל העקיבה האנכי (Vertical Tracking Force) - זהו נתון קבוע שמשמעותו היא המשקל המונח על המנוף. כיוון משקל נעשה בד"כ באמצעות איזון המשקולות בחלקה האחורי של הזרוע, למצב שבו בחלקה הקדמי מופעל משקל נתון על גבי הראש. לכל ראש יש טווח VTF שנקבע על ידי היצרן. ראשים מגנטיים מודרניים הם בד"כ בעלי טווח של 0.75 - 1.5 גרם של VTF אופטימלי.
- ל-VTF אין משמעות בחישוב תדר הרעד, או בתהליך התאמת הראש לזרוע, אלא אם כן מדובר ב-VTF גבוה בצורה שחורגת מיכולת הזרוע לאזן למשקל הדרוש.
- המסה האפקטיבית של הזרוע - (Effective Mass) בניגוד ל-VTF זהו נתון דינמי שמשמעותו היא עד כמה 'מתנגדת' הזרוע לשינויים בכיווני התנועה של הראש כתוצאה מתזוזות המחט לאורך מסלול החריץ בתקליט. מסה אפקטיבית של זרוע מושפעת, בין השאר, גם ממשקל הארכות שונות במבנה הזרוע ביחס למרחקן מציר הזרוע. מסה אפקטיבית אינה 'משקל'. היא אמנם נמדדת בגרמים, אך זהו פישוט שנועד להקל על הבנת משמעות הנתון. מדובר למעשה באינרציה ('תנע') או ב'מומנט' ויחידות המדידה האמתיות הן בקילוגרם\מטר בריבוע. כאשר מחלקים ב-1000 כיאה לקנה המידה הזעיר של הכוחות הפועלים בזרוע, מדובר ביחידות של גרם\מילימטר בריבוע.
הדרך הכי פשוטה להבין את המשמעות של מסה אפקטיבית היא להניף פטיש כבד בעל ידית ארוכה ומיד לאחר מכן פטיש במשקל זהה בעל ידית קצרה. ההבדל שבאנרגיה הקינטית בראש הפטיש מורגש בהנפה - ובפגיעת הפטיש. בדומה לכך - בזרועות בפטפונים, ככל שהמשקל מונח רחוק יותר מציר הזרוע - הוא מייצר מסה אפקטיבית גבוהה יותר. לכן, בזרועות, כל החלקים הכבדים (משקולות ומאזנות למיניהן), ימצאו בד"כ בקרבת ציר הזרוע - שאם לא כן הם מייצרים מסה אפקטיבית גבוהה.
היות ומדובר באינרציה, הדרך הנכונה לייצג את הפרמטר של מסה אפקטיבית היא בקג"מ בריבוע. עם זאת, יצרני זרועות מדרגים את תוצרתם בגרמים, שזו צורה מופשטת לייצג את המסה האפקטיבית או כוח ההתמדה של הזרוע. ל-SME 3009, למשל, יש מסה אפקטיבית של 6.5 גרם ול-TP-16 הקלסית של Thorens, יש מסה אפקטיבית של 16.5 גרם. - תדר הרעד (תהודה או 'הדהוד') - Resonant Frequency של המנוף - זהו הפרמטר הכי לא מוכר אך הכי חשוב כאן. מדובר בתדר האקוסטי שבו המנוף יואץ (או 'יולהב') לרעד בלתי ניתן לשליטה. המנוף רועד בתדר מסוים ואי אפשר למנוע זאת. זהו נתון! הדבר היחידי שניתן לעשות הוא לגרום לכך שהתדר שמאיץ את המנוף לרעד לא מבוקר - לא יהיה בטווח השמיעה. זאת ניתן להשיג מעבר לטווח התדרים של 20 עד 20 אלף הרץ (הרץ = תנודה אחת בשנייה אחת).
אבל... לגרום למנוף לרעוד מעל 20 אלף רעידות בשנייה - זהו רעיון ממש לא טוב. בתדר כזה, המנוף יהפוך לרמקול קטן ויזמזם בתדר גבוה. זה גם בלתי אפשרי במגבלות חוזק החומרים. לכן, ההעדפה היא, כמובן, שהמנוף ירעד בתדרים הנמוכים מ-20 הרץ, אך לא יותר נמוכים מהתדרים שמייצרת דריכת כף רגל אדם (footfall = 6Hz), או תדרים שנוצרים ע"י תקליט עקום. למעשה התדר האידאלי הוא בין 6 ל-12 הרץ כאשר רעד דריכת כף רגל אדם נמדד ב-6 הרץ והתו הכי נמוך שיכול אורגן לייצר - נמדד ב-20 הרץ. בטווח הזה - התדרים של 8 עד 10 הרץ הם האידאלים.
המסה האפקטיבית של הזרוע בצירוף ההיענות של המנוף קובעים מה יהיה תדר הרעד של המנוף, ולפיכך את התאמת הראש לזרוע. יש לזכור שעל תדר הרעד ליפול בין טווח התדרים של 6 עד 12 הרץ ורצוי באזור האמצע של 8 עד 10 הרץ.
באופן כללי זרועות בעלות מסה אפקטיבית גבוהה שמותקנים עליהן ראשים בעלי הענות גבוהה (ראשים קפיציים) גורמות לתדרי רעד שנופלים מתחת לטווח האידאלי. האנלוגיה (הלא לגמרי הולמת) לתחום מוכר יותר היא משאית כבדה שיושבת על מערכת מתלים של רכב קליל. מצד שני, זרועות בעלות מסה אפקטיבית נמוכה עם ראשים בעלי הענות נמוכה (ראשים קשיחים) גורמות לתדרי רעד מעל הטווח האידאלי. גם רכב קל בעל מערכת מתלים של משאית אינו מפגין התנהגות כביש נאותה.
שתי האופציות הקיצוניות הללו לא יועילו לנו ולכן אנו מעוניינים למצוא שילוב שיניב טווח תדר רעד אידאלי בין 6 ל-12 הרץ. היה נחמד אם יכולנו לחשב את התדר הזה בהתאם לנתונים שכבר יש בידינו שמפורסמים על ידי היצרנים. זה אפשרי.
ישנה נוסחה לחישוב ההתאמה, שכל מה שצריך לעשות בה, זה להציב את הנתונים הידועים ולקבל תוצאת תדר הרעד. אם התדר נופל בין 6 ל-12 הרץ (רצוי לא בקצוות), יש לנו התאמה.
חישוב תדר הרעד
הנוסחה לחישוב תדר הרעד היא כזו:
תדר הרעד = 159 חלקי השורש הריבועי של ((מסה אפקט' + משקל הראש + משקל הברגים) כפול (הענות המנוף ב-cu))
- תדר הרעד - בהרץ
- המסה האפקטיבית - כפי שציין היצרן בגרמים
- משקל הראש - כפי שציין היצרן, (אך עדיף למדוד אם הראש בידיכם).
- משקל הברגים והשייבות - בד"כ בתחום של 0.5 גרם.
- הענות (compliance) כפי שציין היצרן. לפעמים צריך 'לדוג' את הנתון הזה אך בד"כ אין בעיה למצוא אותו ב-cu או µm/mN
בדוגמה הזו נחשב התאמה של ראש של Shure מדגם V15VxMR לזרוע של טורנס TP-16 Mk-I לפי הנתונים הבאים:
- מסה אפקטיבית - 16 גרם
- משקל הראש - 6.6 גרם
- משקל הברגים - 0.5 גרם
- הענות - cu 25
שורש ריבועי של 590 = 24.2899
ועכשיו ניקח 159 (שהם 1000 חלקי שני פאי) ונחלק ב-24.2899
24.2899 \ 159 = 6.5459 הרץ
מכאן אנו יכולים להסיק שה-V15VxMR יכול להתאים, באופן עקרוני, ל-TP-16 אך אנחנו באיזור המאוד גבולי. 6 הרץ הם תחום התדרים של רעידות דריכת כף רגל אנושית ואנחנו כאן ממש 'הולכים על הקצה'.
בואו נעשה עוד אחת...
בדוגמה הזו נחשב התאמה של ראש של Sumiko מדגם Blue Point לזרוע של טורנס TP-16 Mk-I לפי הנתונים הבאים:
- מסה אפקטיבית - 16 גרם
- משקל הראש - 9 גרם
- משקל הברגים - 0.5 גרם
- הענות -cu 16
שורש ריבועי של 312 = 17.6635
ועכשיו ניקח 159 (שהם 1000 חלקי שני פאי) ונחלק ב-17.6635
17.6635 \ 159 = 9.0016 הרץ
הנה, אנחנו מתקדמים עם התאמה כמעט מושלמת. מה הפלא שהראש הזה כל כך פופולרי אצל בעלי הטורנסים?!
נעבור על עוד דוגמה - אחרונה...
בדוגמה הזו נחשב התאמה של אותו ראש של Shure מדגם V15VxMR אך הפעם לזרוע של SME מדגם 3009 II משופר - לפי הנתונים הבאים
- מסה אפקטיבית - 6.5 גרם
- משקל הראש - 6.6 גרם
- משקל הברגים - 0.5 גרם
- הענות - cu 25
שורש ריבועי של 340 = 18.4391
ועכשיו ניקח 159 (שהם 1000 חלקי שני פאי) ונחלק ב-18.4391
18.4391 \ 159 = 8.6230 הרץ
ואנחנו רואים שהראש של Shure הולך מצוין עם ה-SME.
לסיכום
משמעות האמור באה לידי ביטוי ביכולת של הפטפון לבודד את עצמו מהסביבה. כאשר אין התאמה בין הזרוע לראש, הפטפון מתקשה להשמיע את המידע בחריץ התקליט ללא הפרעות חיצוניות הנובעות מוויברציות נישאות אוויר (רמקולים לדוגמה) או רעידות מולכות כמו אלה שנוצרות בקלות ברצפות עץ 'צפות'.
חוסר התאמה בין ראש לזרוע מתבטא ברוב המקרים בתנודות בולטות ובלתי נשמעות של הוופרים ברמקולים. אלה הם תדרים סאב-סוניים (מתחת לטווח השמע) שנובעים למעשה מתדר רעד בטווח בלתי הולם. תדרים סאב סוניים הם בעיה אמתית משום שעל אף שאינם נשמעים, הם דורשים מהמגבר אנרגיה רבה, וזו אנרגיה שבאה על חשבון התדרים האחרים שנופלים בטווח השמע.
אפשר לצמצם את השפעת הסביבה על הפטפון גם בדרכים אחרות (בידוד ושיכוך לדוגמה, או הרחקת הרמקולים מהפטפון) ולהגיע לתוצאות הולמות - אך מבחינה מכנית הכל מתחיל מהתאמת הראש לזרוע. לא תמיד שומעים חוסר התאמה בין זרוע לראש, ובאופן מטעה, חוסר התאמה כזו עשוי גם להישמע טוב.
תקליט טסט בעל רצועות מתאימות - הוא אחד האמצעים היעילים ביותר כדי לוודא התאמת ראש לזרוע (לאחר החישובים התאורטיים). רצועות כאלו כוללות תדר הולך ויורד בטווח התדרים הסאב סוניים, בתוספת תדר pilot שמיע וקול קריין שמכריז על התדר הנוכחי. כאשר התדר הבלתי-שמיע שברצועה מאיץ את מנוף המחט, ניתן לחזות בתופעה באופן ויזואלית ולדעת מהו התדר שגרם לכך.
כל עוד תדר הרעד של המנוף (cantilever) שלכם, בשילוב הזרוע שבחרתם (או יש לכם) נופל בין 6 ל-12 הרץ (ורצוי לא בקצוות הקיצוניים) אתם בסדר - ויש לכם התאמה. את רוב הנתונים אפשר לשאוב מהיצרנים ואת מה שחסר אפשר לבדוק ב-google או במסד הנתונים של vinyl engine. יש מעט מאוד סודות בעסק הזה היום.
בהצלחה!