Gramofóny

ektrickýpohon gramofonu
Kromě zvukových kvalit má snímání gramofonového záznamu určitou
přitažlivost ve faktu, že je svojí jednoduchou fyzikální podstatou pochopitelné
prakticky každému svému uživateli. Na rozdíl od digitálních následníků
umožňuje svým fanouškům (mezi které se sám počítám) navázat hlubší
emocionální vztah se zvukovou technikou.
Pokusme se podívat poněkud hlouběji na pohon
gramofonu, jehož základní funkce je zcela
evidentní.
A) RYCHLOST OTÁČENÍ
Mechanický zvukový záznam je z plochy gramofonové
desky snímán při konstantní rychlosti
otáčení desky. Pokud pomineme krátké období
před sto lety, je tato rychlost normalizovaná, což
použití gramofonu značně ulehčuje. Aby to
s onou normalizací nebylo až tak jednoduché,
můžeme říci, že pro snímání připadají v úvahu
rychlosti otáčení 78 ot/min, 45 ot/min 33 1/3
ot/min a 16 2/3 ot /min. Rychlost 78 kralovala
světu křehkých šelakových desek skoro padesát
let. Přehrávání historických záznamů vyžaduje
kromě této rychlosti otáčení také použití většího
hrotu (nebo lépe celé sady hrotů) se zaoblením
cca 65 um. S přechodem na vyšší hustotu záznamu
se zmenšily rozměry drážky (hrot cca
23 (im pro mono a později cca 15 ^m pro stereofonní
záznam (pro zjednodušení uvažujme sférický
tvar hrotu)) i rychlost otáčení desky:
Systémy s 45 ot/min pro singly (SP) a 33 1/3
ot/min pro dlouhohrající desky (LP) vznikly takřka
současně a zachovaly se prakticky do dnešních
dnů. Rychlosti otáčení se přitom nedržely zcela
striktně mechanických formátů desek, a tak existují
historické mini LP i maxisingly. Na krátký čas
doplnila soubor i rychlost 16 2/3 ot/min určená
pro prodloužený záznam řeči, která byla později
vystřídána záznamem se sníženou dynamikou
na 33 1/3 ot/min. Pro snímání stereofonních záznamů
vystačíme s rychlostmi 33 1/3 a 45 ot/min.
Zbývající rychlosti použijeme u historických nahrávek.
Vysoký poměr nejvyšší a nejnižší rychlosti
otáčení téměř 1:5 zásadně omezuje konstrukční
řešení pohonu gramofonu, a pokud ho
reálně nevyužijeme, je vhodnější od požadavku
na univerzálnost upustit. Pohon gramofonu má
zajistit stálou a rovnoměrnou zvolenou rychlost
otáčení gramofonové desky při minimální úrovni
zatížení užitečného signálu rušením hlukem,
elektrickým, magnetickým a v neposlední řadě
mechanickým rušivým signálem.
B) ROVNOMĚRNOST OTÁČENÍ
Teoretický požadavek na rovnoměrné a stálé
otáčky gramofonové desky je zajišťován souhrou
všech konstrukčních prvků gramofonu. Na
způsob vnímání rušivých odchylek má potom
vliv nejen rušení samé, ale i žánr reprodukované
hudby, zkušenost posluchače i poslechová místnost.
Nevelká stálá odchylka od optimální rychlosti
způsobuje přeladění skladby, a pokud není
konfrontována s živou hudbou nástroje nebo
posluchačem s absolutním sluchem, je přijatelná
i značná odchylka 2%. Vnímání kolísání rychlosti
je různé podle rychlosti probíhající změny.
Pro pomalé průběhy kolísání v rozmezí 0,2-8 Hz
je vnímáno plavání zvuku (angl.wow), tremolo
s maximem rušivosti na cca 4 Hz. Pro rychlejší
kolísání (angl.flutter) dochází ke zhrubnutí reprodukovaných
tónů. Na práh rušivosti má kromě
rytmů a orchestrace nemalý vliv i dozvuk poslechové
místnosti. Ve velmi zatlumené místnosti
(nebo při poslechu na sluchátka) není ani
větší kolísání vnímáno rušivě. Pomalá klavírní
hudba je naopak citlivým indikátorem kolísání.
Ostatně na kolísání výšky reprodukovaných tónů
má vliv i excentricita drážky způsobená např. vůlí
vlastní gramodesky na středícím trnu. Již běžná
excentricita 0,1 mm způsobí na průměru
drážky 100 mm přídavné kolísání 0,2%. Podobně
působí přehrávání zvlněné desky pomocí krátkého
raménka s osou ložiska mimo rovinu desky.
Na tento fakt nepoukazuji proto, abych vás

od gramofonu odehnal, ale abych ukázal úzkou
vazbu na další konstrukční detaily přístroje.
Zlepšování pouze jediného parametru „nad
všechny meze" při zanedbání ostatních vlivů se
mi jeví poněkud samoúčelným.
C) PŘEVODY
Pro přenos otáček od elektromotoru k talíři gramofonu
jsou používány různé převodové systémy.
Původní monofonní gramofonový záznam
byl pouze stranový, bez hloubkové složky (ta
u mladšího stereofonního záznamu nese rozdílovou,
a tedy prostorovou složku signálu).
Stranový záznam snímaný prenoskou s hrotem
je zpravidla ukryt v dutině talíře. Existují i kombinace
s řemínkovým převodem.
Řemínkový převod je historicky spjat s odštěpením
audiofilské varianty gramofonu
(amer.turntable) od komerční třídy automatických
přehrávačů (amer.changer). Pružný řemínek
spolu se setrvačností talíře tvoří velmi účinný
mechanický filtr, který umožňuje použít i motorů
s kýváním rotoru. Vlastní motor-zdroj mechanického
rušení zcela oddělený od šasi gramofonu
slouží pro zajištění maximálního odstupu
hluku. Převod může být ukryt v dutině talíře,
pak je poháněn subtalíř. Změnu rychlosti obstará
mechanická „přehazovačka" nebo elektroniře.
Efekt je patrnější u vyšších převodových poměrů
(rychleji se otáčející motor) a při kruhovém
průřezu hnacího řemínku. V tomto případě je
třeba extrémně zvětšit setrvačný moment talíře,
pro dosažení stejných vlastností jako při použití
plochého řemínku. Naopak plochý řemínek může
u lehkého kovového talíře působit rušivé
.zvonění". Použití několika (mírně rozdílných)
řemínků se jeví jako optimální řešení.
Univerzálním lékem na problémy s převody je
jejich eliminace systémem Direct drive, kdy jé
pomaloběžný motor integrován přímo do talíře.
Systém vyžaduje elektronickou regulaci rychlosti
otáčení. Díky přímému spojení motoru jsou
však ve větší míře přenášeny na gramodesku
nerovnoměrnosti chodu motoru (které mohou
ovlivnit charakter zvuku).
D) MOTORY
Pro použití s převodem třecím mezikolem se
nejčastěji používají asynchronní motory s kotvou
nakrátko pracující se skluzem. V závislosti
na sklonu charakteristiky jsou tyto motory jen
málo náchylné ke kývání rotoru. Existence skluzu
však vyžaduje použít regulace nebo alespoň
mechanického nastavení rychlosti. Rozběhový
moment motorku bývá dostatečný i pro rozběh
hmotného setrvačníku reprezentovaného talířem.
Levnější provedení vytvářejí točivé pole pomocí
stíněných pólů (část magnetického obvodu
obepíná závit nakrátko, který magnetické pole
ve svém okolí fázově zpožďuje. Závit nakrátko
se však nepříjemně zahřívá). Kvalitnější řešení
používá k posunu fáze druhé vinutí napájené
např. přes kondenzátor. Podobným způsobem
je vytvářeno točivé pole i v synchronních motorcích.
Vzhledem ke značnému kývání rotoru (je
možno potlačit, ale objem i cena motoru rostou)
jsou vhodné především pro řemínkový převod.
Otáčky v synchronním režimu přesně sledují
frekvenci napájecího proudu (ze sítě nebo
elektronického generátoru). Synchronní motorky
mají relativně malý rozběhový moment. Tyto
nectnosti nemají stejnosměrné motorky (používané
s oblibou např. firmou PHILIPS). Ze školy víme,
že otáčky cize buzeného stejnosměrného
motoru jsou přímo úměrné napětí na kotvě.
Malé motorky mají tuto vlastnost silně ovlivněnou
značným odporem kotvy a vždy potřebují
regulaci otáček. Motory pro přímý náhon (Direct
drive) bývají mnohopólové stejnosměrné bezkomutátorové
motory. Jejich provoz je podmíněn
spoluprací s elektronickými regulátory.
E) REGULACE
Pro zajištění stálé rychlosti otáčení, respektive
její přepínání pro jednotlivé formáty gramodeka
regulátoru. Druhou možností je převod na
vnější povrch talíře, které i přehazování rukou
obsluhy činí pohodlným řešením. Řemínkové
převody gramofonů pracují prakticky bez skluzu.
Převodový poměr však je určen poměrem efektivních
průměrů hnací kladky a poháněného talíře.
Tento efektivní průměr probíhá přibližně
středem řemínku, který obepíná kladku. Při zatížení
dojde k deformaci řemínku v mnohem větší
míře na malém průměru hnací kladky a i při
konstantní rychlosti otáčení motorku a nulovém
skluzu převodu dojde ke zpomalení otáčení talíuloženým
.natvrdo" na otočné ose byl velmi
odolný vůči mechanickým hlukům a umožňoval
dokonce i použití ozubených kol, třecích odstředivých
regulátorů a jiných zdrojů rušivých vibrací.
S nástupem stereofonního záznamu se nejpoužívanějším
stal třecí převod s vloženým gumovým
mezikolem. Posouváním mezikola po
vícestupňové nebo kuželové předloze je rychlost
otáčení gramotalíře jednoduše mechanicky
měněna v potřebných mezích. Převod je poměrně
tuhý a jen málo tlumí vibrace od motoru,
je tedy třeba použít motor s malým chvěním
a bez kývání rotoru. Nejčastěji je spojován
s asynchronními motory se skluzem. Převodový
poměr je dán poměrem průměrů, které spojuje
mezikolo. Třecí převod je vždy spojen s určitým
skluzem a v neposlední řadě i s opotřebením
mezikola. Prach obrušovaný z třecí vrstvy může
ulpět v mechanismu gramofonu a zhoršit podstatně
jeho vlastnosti. Existují varianty s vodorovně
i svisle orientovaným mezikolem. Převod sek, slouží regulátory, pracující na různém principu.
Může to být jednoduchá magnetická vířivá
brzda asynchronního motoru, odstředivý regulátor
na stejnosměrném motorku nebo na druhé
straně složité obvody fázového závěsu řízeného
křemenným krystalem. Úplná regulační smyčka
musí obsahovat také snímač otáček. Pokud nejsou
snímány otáčky hřídele hnacího motoru,
ale až otáčky samotného talíře, vedou změny
mechanických poměrů gramofonu k rozkmitání
regulátoru. Regulace asynchronního motoru pomocí
skluzu patří k nejlepším řešením z hlediska
rovnoměrnosti běhu motoru, není však jednoduché
dosáhnout poměru nejnižších a nejvyšších
otáček 1:5 a obsáhnout tak všechny otáčky
gramodesek bez nutnosti mechanického .řazení".
Regulace stejnosměrných motorků je snadná
a účinná, pokud jde o komutátorové typy,
produkují nepříjemné a širokopásmové rušení,
které se s postupem času a znečištěním komutátorku
zvyšuje. Synchronní motorky nepotřebují
regulaci v pravém slova smyslu (uzavřená regulační
smyčka se snímačem otáček) plně postačí
napájení ze stabilního generátoru kmitočtu.
U levnějších modelů je jako kmitočtový normál
použita elektrovodná siť 50 Hz - změnu otáček
pak provádíme mechanicky. U varianty s generátorem
měníme rychlost otáčení změnou
kmitočtu. Vzhledem k indukčnosti vinutí je však
omezen dosažitelný poměr otáček. Motory přímého
náhonu jsou zpravidla stejnosměrné motorky
s elektronickými komutátory.
F) TALÍŘ
Nedílnou součástí pohonu je gramofonový talíř.
Pomineme zde jeho vlastnosti pro tlumení reakce
na snímací hrot v drážce a soustředíme se na
otázky spojené s řešením pohonu. Opět je třeba
brát v úvahu komplexní vlivy všech součástí.
Na první pohled se zdá, že zvyšování hmotnosti
talíře povede k celkovému zkvalitnění přístroje.
Není to úplně pravda. Pro stabilitu otáček je
důležitý moment setrvačnosti talíře. Samotná jeho
váha pouze neúčinně zatěžuje ložisko.
Přesunutím hmoty na okraj talíře, případně použitím
materiálu s vysokou hustotou, můžeme
značně zvýšit moment setrvačnosti při zachování
rozumné váhy talíře. Talíř nesmí mít samozřejmě
žádné excentricity ani zvlnění a musi být
vyvážen. Pro nízký profil talíře a rychlost otáčení
33 1/3 ot/min je postačující statické vyvážení,
pro 78 ot/min musí být talíř vyvážen dynamicky.
Talíř by neměl být z magnetického materiálu -
oceli. Nejenže dochází k interakci s magnetem
v rychlostní vložce, ale ocel účinně rozvádí rušivé
magnetické pole od motorku (nebo transformátoru)
přímo k citlivým snímacím cívkám přenosky.
Pro potlačení tohoto jevu je vhodné, aby
alespoň jedna z vrstev talíře byla z dobře vodivého
materiálu - mědi hliníku., v dostatečné
tloušťce. Energie rušivých magnetických polí se
vířivými proudy mění v tomto materiálu na teplo.
Pokud je kontinuita a homogenost této vrstvy
porušena (např. dělený talíř nebo talíř s otvory),
vystupuje v těchto místech magnetické rušení
nad povrch desky a působí místní zhoršení
odstupu gramofonu.
G) LOŽISKO
Ložisko gramofonového taliře bývá z konstrukčních
důvodů spojeno s talířem i deskou bez
pružné tlumící mezivrstvy. Jakost ložiska pak přímo
ovlivňuje dosažitelné parametry celého gramofonu.
Z důvodů hlučnosti se nepoužívají ložiska
valivá. Nejběžnějším provedením ložiska
je axiální uložení na kuličce (nebo kulové ploše
hřídele) a radiální vedení v spékaném samomazném
pouzdru. Varianty tohoto provedení,
kdy je s talířem spojena osa ložiska, nebo naopak
pouzdro, mají společnou nectnost - patní
kuličku. V bodě jejího dotyku je totiž nulová obvodová
rychlost, a tak je kulička špatně mazaná.
To omezuje použitelnost tohoto systému jen na
lehčí gramofonové talíře i při volbě různých
kluzných materiálů, o které se kulička opírá.
Těžší talíře se naopak opírají v ploše, ve které je
středový důlek. Vysloveně high-endovým řešením
je natlakování ložiska vzduchem, kdy je problematický
detail elegantně odstraněn. Pokud
se budete snažit vylepšit vlastnosti ložiska svého
gramofonu přimazáním, musíte použít správné
mazivo. Smíšením ropného oleje se silikonem
dojde např. k náhlému a úplnému zatuhnutí ložiska
a demontáž je možná Jen lisem nebo palicí
- při destrukci ložiska.
H) SPECIÁLNÍ VÝBAVA
Doba, kdy byl každý gramofon vybaven stroboskopem
a obsluha dostavovala otáčky talíře ručním
regulátorem, protože jejich stabilita nebyla
dostatečná, je doufejme minulostí. Regulátor
jemného nastavení otáček „pitch" však bude
užitečný pro sjednocení ladění nahrávky s pevně
naladěným hudebním nástrojem (klavír), což není
zcela běžný požadavek. Konstruktéři studiových
gramofonů řešili problém letmého startu
gramofonu, kdy stojící deska s hrotem v drážce
musí být mžikově roztočena na povel z mixážního
pultu. Zařízení bývá provedeno pomocí dvojitého
talíře - lehký vrchní talíř, na kterém leží gramodeska,
je přes elektricky ovládanou spojku
okamžitě spojen s trvale se otáčejícím vnitřním
hmotným talířem, který zajišťuje energii pro okamžitý
rozjezd. V rozhlasové praxi rádia
Luxembourg koncem šedesátých let byla tato
funkce realizována pomocí kapesníku na kovovém
talíři. Diskjockey držel cíp kapesníku (umístěného
mezi otáčející se talíř a desku) a jeho
puštěním odstartoval další písničku. V praxi současných
DJ's je gramofon opět v oblibě, používá
se však také jako hudební nástroj. To klade
speciální nároky nejen na přenosku, ale také na
pohonný systém gramofonu, zvláště převody.
Této praxi dobře vyhoví lehký, ale robustní talíř
s přímým náhonem. Toto pojetí je od audiofilského
značně vzdáleno. Konkrétní volba provedení
náhonu musí být v souladu se zamýšleným
použitím přístroje. Účelem gramofonu je
vzbuzovat svým projevem silné estetické vjemy,
mezi které nepatří jen zvukové projevy, ale
i vzhled přístroje.

text a foto: Ing. Pavel Člupek
64 audio 9/2003