DE2516512A1 - Huelse fuer tonabnehmer-patrone - Google Patents
Huelse fuer tonabnehmer-patroneInfo
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Description
It 3199
Sony Corporation, Tokyo / Japan
Hülse für Tonabnehmer-Patrone
Die Erfindung betrifft eine Hülse zur Halterung einer Tonabnehmer-Patrone eines Plattenspielers. Im einzelnen
befaßt sich die Erfindung mit der Auswahl geeigneten Materiales und einer zweckmäßigen Konstruktion, durch
die die Hülse einer erhöhte Steifigkeit und eine verbesserte Frequenz-Charakteristik erhält.
Die bekannten Tonabnehmer-Systerne verwenden einen
Tonarm, der in einer Lagerstelle schwenkbeweglich gelagert ist und eine Patrone trägt, die einen frei auskragenden
Nadelträger enthält, üblicherweise besteht die Hülse, an der die Tonabnehmer-Patrone befestigt ist,
aus Stahl oder Aluminium. Diese Materialien sind jedoch mit dem Nachteil einer ungenügenden Steifigkeit behaftet,
so daß sie keine ausreichenden Vibrations-Dämpfungseigenschaften besitzen.
Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde bereits eine Hülse vorgeschlagen, die aus Kohlenstoff-Fasern zusammengesetzt
ist, die mittels eines Kunstharzes, beispielsweise eines Phenolharzes, Epoxyharzes oder dgl., gebunden sind (vgl.
US-Anmeldung Ser.No. 489 073 der Anmelderin).
5098U/0383
Gemäß diesem früheren Vorschlag besteht die Hülse aus einer großen Zahl feiner Kohlenstoff-Pasern, die je einen
Durchmesser von etwa 7 mikron und eine Länge von 3 bis H mm aufweisen. Wird aus diesen Pasern eine Bahn hergestellt,
so werden dadurch die Wiedergabe-Eigenschaften im Vergleich zu üblichen Hülsen bereits wesentlich verbessert.
Da sich jedoch viele der Kohlenstoff-Pasern mit Harz nicht mischen lassen, beispielsweise nur maximal
zu 30? (so daß in diesem Falle das Harz J0% bildet), wird
die Ersatzmasse nicht wesentlich verkleinert. Eine Verringerung der Ersatzmasse ergibt sich zwar, wenn eine
Hülse nur aus Kohlenstoff-Fasern aufgebaut wird, wie dies in den Fig. 8 und 9 der erwähnten älteren Anmeldung
veranschaulicht ist. In diesem Falle ist jedoch die Oberfläche der Hülse nicht gut geformt, sondern verhältnismäßig
rauh.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der erläuterten Mängel eine Hülse bzw. Halterung
für eine Tonabnehmer-Patrone zu schaffen, die sich durch
eine stark verringerte Ersatzmasse auszeichnet, keine Oberflächen-Rauhigkeit besitzt und auch eine solche
Resonanzverteilung aufweist, daß die Hülse bei bestimmten
Vibrations-Frequenzen nicht in Resonanz gerät.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen
dadurch gelöst, daß mit dem aus Kohlenstoff-Fasern aufgebauten Teil ein Metallteil fest verbunden 1st.
Durch diese Materialkombination werden, wie noch im einzelnen dargelegt wird, zahlreiche Vorteile erreicht.
Unter "Kohlenstoff-Pasern" sind dabei alle Pasern aus
Kohlenstoff oder Graphit mit hohem Modul zu verstehen, die im Handel erhältlich sind. Die Resonanzfrequenz der er-
509844/0383
findungsgemäßen Hülse liegt derart, daß das Tonabnehmersystem
keine Störsignale aufnimmt, die beispielsweise durch eine exzentrisch laufende Schallplatte
erzeugt werden. Die erfindungsgemäße Tonabnahmer-Hülse besitzt ferner eine hohe Steifigkeit und große innere
Verluste, so daß im mittleren Bereich des Frequenzbandes der Schallsignale keine Resonanzerscheinungen
auftreten. Schließlich eignet sich die erfindungsgemäße
Hülse bzw. Halterung in hervorragendem Maße für eine Massenherstellung und zeichnet sich durch niedrige
Fertigungskosten aus.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines üblichen Tonabnehmer-Systemes,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines Vibrations-
systemes zur Aufnahme von niederfrequentem Schall,
Fig. 3 ein Ersatzschema des in Fig. 1 dargestellten Tonabnehmer-Systemes,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hülse bzw. Halterung für die Tonabnahmer-Patrone,
Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V der Fig. 4,
Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer vorimprägnierten Bahn von Kohlenstoff-Fasern,
wie sie zur Herstellung der Hülse gem. Fig. verwendet wird,
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Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles.
Die bei Tonabnehmerarmeη auftretenden physikalischen
Probleme seien anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Fig. 1 zeigt ein übliches Tonabnahmer-Systern 10, mit einem Tonarm
2, der an einer Lagerstelle 1 schwenkbeweglich gelagert ist. Eine Patrone 4 wird von einer Patronenhülse 5 getragen,
die mit dem Tonarm 2 verbunden ist. Am anderen Ende des Tonarmes 2 ist ein Gegengewicht 6 angebracht. Die Patrone M
ist mit einem Nadelträger 7 versehen, dessen Nadel mit den Rillen der Schallplatte 3 in Eingriff steht. Der Tonabnehmerkopf
8 besteht somit aus der Patrone *J, der Hülse 5 und dem Nadelträger 7·
Wird vom Tonabnehmer-System 10 ein auf der Schallplatte aufgezeichnetes Schallsignal aufgenommen, so hängt die Wiedergabe-Qualität
zu einem erheblichen Teil von den Eigenschaften der Hülse 5 ab. Der untere Grenzwert des Niederfrequenzbereiches
wird im wesentlichen durch die Arm-Resonanzfrequenz fL bestimmt. Fig. 2 zeigt das Ersatz-Schaltbild
eines Vibrationssystemes zur Aufnahme von niederfrequenten Schallsignalen. In Fig. 2 bedeutet das
Bezugszeichen m, die äquivalente Masse des Tonarmes 2
einschließlich der Patrone 4 und der Hülse 5 und r den
Ersatz-Widerstand des Tonarmes 2 an der Lagerstelle 1. Das Bezugszeichen rfe bezeichnet den Ersatz-Widerstand des
Anker-Trägerteiles und S, die Ersatz-Steifigkeit des Anker-Trägerteiles. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, läßt sich
die untere Grenzfrequenz fT der Schall-Wiedergabe wie folgt
L·
aisdrücken:
_f 1
(D.
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- 5 wobei C, der reziproke Wert von S. ist.
Wird die Steifigkeit Sfa, die ein Maß für die Formbarkeit
der Patrone 4 ist, konstant gemacht, so wird die Grenzfrequenz fj. durch die Ersatzmasse m, des Tonarmes
einschließlich der Hülse 5 und der Patrone 4 bestimmt. Die Ersatzmasse m, bezieht sich auf die Ersatzmasse
des ganzen Tonabnehmersystemes 10, gesehen von der Nadelspitze der Patrone 4. Zur leichteren Erläuterung
sei angenommen, daß der Tonarm 2 durch die Masse M, des Tonabnehmerkopfes 8 und die Masse M des Gegen-
gewichtes 6 dargestellt wird, wie Fig. 3 zeigt. Die Ersatzmasse m, läßt sich im Falle einer leichten Nadelspitze
näherungsweise wie folgt ausdrücken:
m, = M. (1 + —2— ) (2)
Z n M
Da die Masse M des Gegengewichtes 6 üblicherweise
nur bis 5 mal so groß wie die Masse M. des Tonabnehmerkopfes
8 ist, läßt sich die Ersatzmasse m, näherungsweise durch die Masse M, des Tonabnehmerkopfes 8 darstellen.
Nun enthält jedoch der Tonabnehmerkopf 8 die Hülse 5 und die hieran angebrachte Patrone 4. Die Masse
der Patrone 4 beträgt etwa 8 g und die der Hülse etwa 10 g. Die Ersatzmasse m. ändert sich daher mit der Masse
der Hülse 5; demgemäß hängt die untere Grenzfrequenz f,, welche die Niederfrequenz-Charakteristik des Tonabnehmersystemes
beeinflußt, in starkem Maße von der Größe der Masse der Hülse 5 ab. Die Grenzfrequenz fL wird möglichst
in die Nähe von 10 Hz gelegt, so daß die Patrone 4 keine Störkomponenten aufnimmt, die bei einem exzentrischen
Lauf der Schallplatte 3 erzeugt werden und üblicherweise im Frequenzbereich von einigen Hz liegen. Wird die Hülse
einem Material wie Eisen oder Aluminium hergestellt und
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ihr Gewicht mit etwa 10 g gewählt und findet eine Patrone von hohem C,-Wert Verwendung, so wird hierdurch die
Grenzfrequenz fT gesenkt (vgl. Gleichung 1). Die Grenzfrequenz
kann auf 3 bis 5 Hz abgesenkt werden, so daß Störkomponenten nicht wirksam eliminiert werden.
Die Größe der Ersatzmasse m. wird auch durch die
Verformbarkeit des Tonabnehmersystemes beeinflußt. Betrachtet man das Tonabnehmersystem als physikalisches
Pendel gemäß Fig. 3, so läßt sich die Schwingungsperiode T (in Sekunden) des Tonarmes-2 wie folgt ausdrücken:
Φ 1 -
g ' h
wobei bedeuten M (in g) die statische Masse des ganzen Tonabnehmersystemes, I (in g/cm ) das Trägheitsmoment
bezogen auf die Lagerstelle 16, h den Abstand zwischen dem SchwerpunktsZentrum K und der Schwenklagerstelle
16 und g (in cm/sec ) die Erdbeschleunigung. Wird der Nadeldruck mit W (in g) bezeichnet und der Abstand
zwischen der Nadel und der Schwenklagerstelle 16 mit L (cm), ferner der Drehradius mit k (in cm), so lassen
sich der Abstand h und das Trägheitsmoment I wie folgt ausdrücken:
h = WL
M
I = M (k2 + h2)
I = M (k2 + h2)
Demgemäß kann Gleichung (3) wie folgt geschrieben werden:
509844 7 0383
2
T =2ΐ k
T =2ΐ k
- 7 -2
β I;
(4)
Wenn bei zwei Tonabnehmersystemen der Nadeldruck W und der Abstand L zwischen der Nadelspitze und dem
Schwenkzentrum genau gleich sind, wenn jedoch die gesamte statische Masse der Tonabnehmersysteme voneinander abweichen
und mit M1 und M„ bezeichnet werden, so ergibt
s^ch aus Gleichung 4 folgendes Verhältnis der Schwingungsperioden
T1 und Tpi
,, - . ι WL
T—
■ k.2 +ί wL
Ν
2 V «2
Hierbei sind k^ und kp die Drehradien bezogen auf das
Schwerpunktszentrum jedes Systemes. Da k^ wesentlich
größer als -ψ- und kp wesentlich größer als -~ ist,
da ferner k1 etwa gleich k5 ist, erhält man folgende
NSherungsbeziehung:
T2 - ι M0 (5)
Wie aus Gleichung (5) hervorgeht, ergibt sich ein um so rascheres Ansprechverhalten, je kleiner die gesamte
Ersatzmasse m, eines Tonarmes ist. Es ergibt sich daher
eine bessere Anpassungsfähigkeit und eine höhere Wieder-
509844/0383
gabe-Qualität der auf der Schallplatte 3 vorhandenen
Aufzeichnung. Aus den obigen Gründen sollte somit die Masse der Hülse 5 sehr klein sein.
Bei akustischen Einrichtungen, wie beispielsweise Plattenspielern, ist bekanntlich die Dämpfung und die
Absorption von Vibrations-Energie um so größer, je größer die inneren Verluste an Vibrations-Energie sind.
Wird also eine äußere Vibrations-Energie auf die Hülse 5 übertragen, die nur mit kleinen inneren Verlusten behaftet
ist, so wird diese Vibration nicht wirksam unterdrückt; die Wiedergabe-Charakteristik des Systems
wird vielmehr ungünstig beeinflußt.
Um also zu einem akustisch und physikalisch hochwertigen Tonabnehmersystem zu gelangen, muß die Hülse 5
ein geringes Gewicht und große innere Verluste aufweisen. Eine Hülse aus einem Material, wie Eisen,
Aluminium oder dgl., wie es bei bekannten Ausführungen vorgesehen ist, erscheint daher nicht sehr zufriedenstellend.
Ist ferner die Steifigkeit der Hülse 5 nicht verhältnismäßig groß, so tritt etwa in der Mitte des
Schallwiedergabe-Frequenzbereiches eine Resonanzerscheinung auf. Um sie zu vermeiden, muß die Steifigkeit
der Hülse 5 vergrößert werden.
Wie in Fig. 4 veranschaulicht ist, besteht erfindungsgemäß
eine Hülse 20 aus der Kombination eines Metallteiles 21 und eines zusammengesetzten
Teiles 22, bestehend aus Kohlenstoff-Fasern mit hoher Steifigkeit und geringem spezifischen Gewicht, gebunden
durch ein Kunstharz, beispielsweise eine Phenolharz, ein Epoxyharz oder dgl.
5098U/0383
Die Herstellung des zusammengesetzten Teiles 22 erfolgt, wie Fig. 6 zeigt, ausgehend von Kohlenstofffasern
26, die einen Durchmesser von etwa 7 mikron und eine Länge von etwa 40 mm aufweisen. Sie werden
zusammengehalten durch ein wärmehärtendes Harz, beispielsweise ein Epoxyharz, und bilden damit eine
vorimprägnierte Bahn. Etwa 10 derartige Bahnen werden laminiert und zum Zwecke der thermischen Kompression
in eine Form eingebracht. Die Steifigkeit läßt sich noch dadurch vergrößern, daß die Faserrichtungen beim
Laminieren in den einzelnen vorimprägnierten Bahnen unterschiedlich gewählt werden. Zu dem so gebildeten
zusammengesetzten Teil 22 wird schließlich noch der Metallteil 21 aus Aluminium, Beryllium oder dgl.
hinzugefügt.
Der Metallteil 21 und der zusammengesetzte Teil 22 werden durch ein geeignetes Klebmittel oder unter Einwirkung
von Hitze und Druck miteinander verbunden. In letzterem Falle wird das erwähnte wärmehärtende Harz,
beispielsweise ein Epoxyharz, als Klebmittel verwendet.
Die Kohlenstoff-Faser besitzt einen Längselastizitäts-
2
modul von etwa 9000 kg/mm , während eine Aluminiumle-
modul von etwa 9000 kg/mm , während eine Aluminiumle-
2 gierung einen Modul von etwa 7000 kg/mm aufweist. Die erfindungsgemäß hergestellte Hülse 20 besitzt daher
eine wesentlich größere Steifigkeit als bekannte Ausführungen. Das spezifische Gewicht der erfindungsgemäßen
Hülse ist geringer als das von Aluminium; demgemäß wird die Ersatzmasse m, verringert und die Grenzfrequenz
fT (vgl. Gleichung 1) erhöht. Trotz Verwendung einer Patrone von hohem C,-Wert, wird somit die Ersatzmasse
m. in befriedigendem Maße verringert.
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- ίο -
Da die Ersatzmasse des Tonabnehmersystemes sehr klein
ist, kann die Pendelperiode T gemäß Gleichung (5) sehr klein gehalten werden, was die Anpassungsfähigkeit des
Tonarmes verbessert und die Verwendung einer Patrone mit hohem C^-Wert und guter Abtasteigenschaft ermöglicht,
was eine HiFi-Wiedergabe ermöglicht.
Da der zusammengesetzte Teil 22 durch den Metallteil 21 abgedeckt wird, ergibt sich eine gute Formung
der Oberseite der Bahn; da die Resonanzfrequenz f., des Metallteiles 21 von der Resonanzfrequenz fp des
zusammengesetzten Teiles 22 abweicht, besitzt die zusammengesetzte Hülse 20 keine spezifische Resonanzfrequenz.
Eine solche spezifische Resonanzfrequenz wäre dagegen vorhanden,wenn die Hülse nur aus Kohlenstoff-Fasern,
d.h. aus einem einzigen Material, aufgebaut würde.
Die zusammengesetzte Hülse kann in einer Form geformt werden, so daß sie im Querschnitt etwa L-förmige
Gestalt erhält. Die Hülse 20 besteht damit aus einem plattenförmigen, zur Befestigung der Patrone dienenden
Teil 20a und einem zur Befestigung am Tonarm bestimmten, etwa unter einem rechten Winkel zum Teil 20a
verlaufenden Teil 20b, der eine Bohrung 25 zur Aufnahme des Tonarmes besitzt. Der Teil 20a ist mit öffnungen
23 zur Halterung der Patrone versehen. Der Teil 20b ist vorzugsweise zur Erhöhung seiner Festigkeit etwas
stärker als der Teil 20a ausgeführt. Fig. 5 veranschaulicht diesen Querschnitt der Hülse 20.
Bei dem in Fig. 7 veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel enthält die Hülse 30 einen aus Kohlenstoff-Fasern
aufgebauten Teil 31 sowie zwei Metallteile 32, 33, die den Teil 31 sandwichartig umfassen.
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Claims (10)
- PatentansprücheHülse zur Halterung einer Tonabnehmer-Patrone an einem Tonarm, enthaltend einen L-förmigen Teil, bestehend aus einer großen Anzahl von Kohlenstofffasern, die durch ein Kunstharz zu einer L-förmigen Bahn zusammengebunden sind, die einen horizontalen und einen vertikalen Schenkel enthält, dadurch l gekennzeichnet, daß eine L-förmige Metallplatte fest mit dem L-förmigen, aus Fasern aufgebauten Teil verbunden ist.
- 2. Tonabnehmersystem mit einem Tonarm, einer Tonabnehmer-Patrone sowie einer Patronenhülse, die einen L-förmigen Teil enthält, der aus einer großen Anzahl von Kohlenstoff-Pasern zusammengesetzt ist, die durch ein Kunstharz zu einer L-förmigen Bahn mit horizontalem und vertikalem Schenkel vereinigt sind, wobei die Patrone an der Unterseite des horizontalen Schenkels befestigt ist und der vertikale Schenkel der Hülse mit dem Ende des Tonarmes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine L-förmige Metallplatte fest mit der Oberseite des horizontalen Schenkels und mit der äußeren Stirnfläche des L-förmigen, aus Fasern aufgebauten Teiles verbunden ist.
- 3· Hülse zur Halterung einer Tonabnehmer-Patrone, enthaltend einen aus mittels eines Kunstharzes verbundenen Kohlenstoff-Fasern zusammengesetzten Teil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallteil mit dem zusammengesetzten Teil fest verbunden ist.509844/0383
- 4. Hülse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen zur Befestigung einer Tonabnehmer-Patrone dienenden Teil sowie einen zur Anbringung am Tonarm bestimmten Teil enthält und daß die Fasern sowie das Metall in Längsrichtung dieser Teile ausgerichtet sind.
- 5· Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Phenolharz Verwendung findet.
- 6. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz ein Epoxyharz Verwendung findet.
- 7. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Faser-Bahn durch eine Anzahl von
zusammenlaminierten Faserschichten gebildet wird. - 8..Hülse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in unterschiedlicher Ausrichtung zusammenlaminiert sind.
- 9. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte aus Aluminium besteht.
- 10. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte aus Beryllium besteht.509844/0383Leerseite
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