I analogový gramofon lze pořád ještě vylepšit

Autor: Jaroslav Ferst (Hill) <jferst(at)centrum.cz>, Téma: Elektrotechnika, Vydáno dne: 01. 11. 2006

Kdo hodláte poslouchat jen „digitálně“, neztrácejte prosím čas se čtením. Zde se totiž budeme pohybovat v hazardních stavech mezi nulou a jakousi jedničkou...

Kdo hodláte poslouchat jen „digitálně“, neztrácejte prosím čas se čtením. Zde se totiž budeme pohybovat v hazardních stavech mezi nulou a jakousi jedničkou.

     Klasická černá deska naštěstí rok 2000 přežila. Sice spíše ve vinylových rezervacích, zato ještě početných. Fandové desek dál přísahají na to, že cédéčko nemá ten zvuk jako černá deska (proti celkem objektivně naměřeným parametrům, ale v uchu nejsou měřidla) nebo mají unikáty, které na CD neexistují vůbec. Pokud ano, jsou obvykle „vyčištěné“, aby to „lépe hrálo“, výsledek však tomu ne vždy odpovídá.

     Gramofonová šasi, která se ještě provozují, mají zpravidla velmi dobré až špičkové parametry. V Evropě jich hodně pochází z Litovle, kde jejich produkce ve vyšší a nejvyšší třídě pokračuje (nezřídka prodávaná pod jinou značkou). Jinak jde o širokou paletu gramofonů od „vymakaných“ typů firem zvučných jmen až po takové, které se prodaly jen díky vzhledu a nápis „HiFi“ na jejich štítku značně přehání.



     Termín „Hi-Fi“ je vlastně také značně pružný: spousta publikací uvádí vzájemně odlišné kvalitativní požadavky [6]. V posledních letech přesně a s nadhledem tuto problematiku zpracoval RNDr B. Sýkora ve [4] a v jeho tvrzeních jsem nenašel nic, s čímž bych měl důvod polemizovat.

     Výraz „gramofon bez kompromisů“ vždy byl a je a navěky bude nesmysl. Největší potíže jsou s potlačením praskání, kterému nezabráníte ani při nejlepší péči o desky, (dobrý nápad uveden v [5], ale není to univerzální řešení) a odstupem hluku: asi tak do -40dB to lze ještě celkem snadno a levně zvládnout, ale každý další decibel znamená nepříjemný růst pracnosti a ceny, takže přiměřený kompromis je třeba najít.

     Zlaté pravidlo kontaktního záznamu: co zkazí mechanika, elektronikou nezachráníš.

     Často také ruší vypínací mechanismus, ten však lze oželet. Zpravidla stačí odstranit jeden jeho díl. Kdo na vypínání trvá, může je řešit bezkontaktně elektronicky (optočlenem, vyhodnocením delší absence nf signálu apod. [6]).

     Za dobrý standard s dobrým poměrem ceny ke kvalitě tedy pokládejme řemínkový náhon talíře, kde rušivé hluky vznikají zejména ztvrdlým starým řemínkem či špatným závěsem krokového motorku. Zde je důležité, že jeden z nejdelších vektorů rušivého chvění působí téměř v přesně svislém směru. Naproti tomu pohon mezikolem a některé typy přímých náhonů (DirectDrive) způsobují chvění, jehož směr je obtížněji definovatelný.

     Nebo to zkusíme jinak: při přehrávání prázdné drážky přepněte zařízení na mono. Klesla úroveň hluku? Tak prosím:

     Chvění, způsobené pohonem, lze omezit změnou konstrukce. Nejjednodušším řešením je řemínkový náhon od krokového motorku, ale pozor: ten je nutné napájet napětím sinusového průběhu, takže nejlíp ze sítě, otáčky měnit vícestupňovou kladkou a přehazováním řemínku. Jiný průběh napětí (např.obdélníkový) ruší slyšitelným krokováním motorku, což poněkud komplikuje konstrukci případného frekvenčního měniče. Ještě rád jsem se vrátil k mechanickému přepínání otáček a napájení motorku SMR300 přímo ze sítě, ale pořád mi chyběla možnost dorovnat otáčky jemně.

     Dobrou alternativou se ukázal malý stejnosměrný motorek (vyšší frekvence jeho otřesů se lépe tlumí). Přitom zde bývá někdy výhodnější dvoustupňový převod (2 řemínky, výhodou je vyšší celkový převodový poměr, tedy větší průměry hnacích řemenic a menší prokluz řemínků). Přesto s dostatečně velkým průměrem hnaného talířového kola (spodního dílu talíře) a dostatečně vzdáleným motorkem ani toto není nutné považovat za problém.

a)
A=horní díl skříně; B=motor; C=snímač otáček; D=pomocná růžice (některé motorky mají tachogenerátor nebo snímač polohy už vestavěné); E=šasi; F=plochý řemínek; G=vícevrstvé tlumení (pěnová guma, plsť, molitan); H=spodní talíř; J=pěnová guma (tlumení šasi); K=nožičky, pokud možno tlumicí; L=dno skříně; M=horní talíř (nebo prstenec na spodním talíři, případná vrchní guma může sloužit jako další tlumicí vrstva)

b)

obr.1: a) schematicky, b) praktické provedení

     Možné provedení je na obr. 1: motor „B“ není připevněn na šasi „E“ - pomocí vícevrstvého tlumení je pružně uchycen ke dnu skříně. Na to je vhodný těžký materiál, např.dřevotříska používaná na ozvučnice kvalitních reproduktorových soustav. Ze stejného materiálu by měl být i vrchní díl skříně „A“. V tomto případě je deska šasi „E“ tvořena sendvičem (organické sklo tl. 3mm, duralový plech tl. 1mm a novodur tl. 8mm) slepeným v celé ploše silikonovým těsnicím tmelem a na více místech sešroubovaným. Teprve pak byly vyvrtané a vyříznuté všechny potřebné otvory. Toto samozřejmě nepovažujte za zákon - lze použít jakýkoli jiný vhodný materiál přiměřených vlastností.

     Šasi je zavěšeno v rozích ve skříni na pružinách prostřednictvím dalších tlumících závěsů. Další členy „J“ jsou kostky z pěnové gumy a molitanu, které podpírají šasi zejména v blízkosti ložiska talíře - nejde zde o nosné členy, pohlcují však další část chvění šasi.

     V zásadě je při konstrukci nejdůležitější dostatek trpělivosti a zkoušet a zkoušet.

     Po vyčerpání možností či ekonomické únosnosti mechanických úprav lze odstup jedné složky rušivých signálů zvýšit i elektronicky a to poměrně jednoduchým způsobem.

     Při monofonní reprodukci desky (nebo s použitím jediného subwooferu, česky HTJ - hlubokotónové jednotky) jsme zaznamenali příjemně lepší odstup hluku. Proč? K objasnění viz obr. 2, který znázorňuje způsob uložení stereofonního záznamu v drážce desky. Zanedbávám pro jednoduchost různé odchylky snímacího úhlu v kterékoli rovině, to by bylo na celou knihu.

     Stranovým pohybem hrotu vzniká monofonní (součtový) signál M = L+R, zatímco hloubkovým signál rozdílový S = L-R, který se při monofonní reprodukci, tedy ani při reprodukci basů jedinou HTJ, nevyužívá.


obr. 2: směry záznamu stereofonních kanálů v drážce

Co tedy víme:

     a) Pohyb desky ve svislém směru se těžko tlumí (někdy nestačí ani „přišroubování“ desky k talíři). Deska se také chová jako membrána mikrofonu a při větších hlasitostech se reprodukční řetězec rozkmitává. Svislý vektor rušivého signálu se přičítá k informaci prostorové (S), jejímž vyloučením, například přepnutím na mono (nebo s HTJ) se stabilita i odstup hluku výrazně zlepší.

     b) Směrová lokalizace je možná na kmitočtech od asi 150 Hz výše (podle [3] je tato hranice individuální - dokonce až od 300 Hz), kmitočty nižší mohou tedy být vyzařovány monofonně oběma kanály současně ( jako by „uprostřed“) nebo jedinou HTJ a to bez významné ztráty prostorové informace.

     Zkrátka můžeme oddělit nízké kmitočty z obou kanálů, odstranit z nich prostorovou informaci a pak tento signál přimíchat stejným dílem do každého z původních kanálů zpět.

     Před lety vyšlo něco podobného v bulletinu „Informace pro hifikluby Svazarmu“, autora si nepamatuji. Bylo to jednoduché a navíc ze součástek, které se tehdy kupodivu daly sehnat během několika týdnů. Kmitočtová charakteristika ale vlivem fázových posuvů, způsobených dvěma horními a dvěma dolními propustmi, nebyla příliš lineární, ani snadno nastavitelná. Proto jsem zkusil zapojení s jedinou dolní propustí na kanál, nastavitelné i bez přístrojů. Velmi dobrých výsledků lze dosáhnout se součástkami v toleranci 5%.

obr.3: blokové schéma

     Funkce je patrná z obr. 3: v každé pomocné cestě je neinvertující dolní propust 2.řádu s mezním kmitočtem asi 160Hz a maximálně plochým průběhem fázového posuvu (Salen-Key). Jednoduché fázovací články podle [2] v každé z přímých cest udržují v uzlech R6/R7 resp. R106/107 sčítané signály v co nejširším rozsahu nízkých kmitočtů vzájemně v protifázi. Tak lze i po nepříliš přesném nastavení pomocí P1 / P101 účinně potlačit úroveň kmitočtů do 80 Hz na výstupech SL i SR. Teoreticky lze nastavit pro určitou oblast kmitočtů přenos 0, tedy „mínus nekonečno“ dB, prakticky lze danou oblast potlačit o 26 až 30 dB, což, je i tak zbytečně moc. Z vektorového diagramu totiž vyplývá, že odstup hluku tímto způsobem lze na výstupech L´a R´ zlepšit jen o 3dB.

     Součtový (monofonní) signál nízkých kmitočtů je k dispozici na běžci trimru P51, kterým lze jemně vyvážit zbylou nesymetrii úrovní rušivého signálu z obou kanálů. Přeslechy mezi kanály v samotné přenosce jsou jen zřídka lepší než -30 dB. Toto zapojení je na kmitočtech nad 200 Hz nezhorší, protože k maticování dochází vždy v uzlech s téměř nulovou impedancí. Při buzení obou kanálů týmž signálem současně má přípravek v celém pásmu lineární amplitudovou charakteristiku.

     Živá nahrávka neumožní objektivní měření. Z měřicích desek Supraphon byla k dispozici jen kmitočtová, ale na ní je signál vždy jen v jediném kanálu, což nemůže poskytnout objektivní údaje. Ukázalo se, že účinnost zapojení závisí m.j. i na snímaném poloměru desky. Přes výše uvedenou teoretickou hodnotu -3dB se jeví subjektivně vnímaný odstup signálu od hlukového pozadí s tímto obvodem výrazně vyšší a přitom v signálu „nic užitečného nechybí“, což je zřejmě hlavní - zřejmě se na tom podílí fyziologická závislost prahové citlivosti na nízkých kmitočtech.

     Současně se zvýšila mez výkonu pro nasazení akustické zpětné vazby. Kmitočtově závislé natáčení fáze signálu se rušivě neprojevilo při poslechu žádné v většího počtu nejrůznějších nahrávek. Jako jednoznačně pozitivní to hodnotím při přepisu na kazetu nebo na CD - rozdíl mezi údaji VU-metrů a hlavně indikátorů špiček záznamové úrovně se podstatně zmenšil, takže se zjednodušilo nastavení vyvážení „na střed“.

     Výstupy SR, SL a HTJ slouží k nastavování omezovače, ale lze je v zásadě přímo použít k buzení výkonových zesilovačů satelitních reproduktorů a hlubokotónové jednotky. V tom případě lze vynechat R10, R11, R12 i R110, R111, R112. Ale pro tyto účely stejně dobře vyhoví i jiná, jednodušší zapojení, už mnohokrát popsaná i na stránkách AR.

obr.4: schéma zapojení s obvody LM324

     Zapojení (obr. 4) sestává z běžných součástek. Stačí to, protože se předpokládá buzení z korekčního předzesilovače signálem o napětí nejméně 200 mV. Jako IO1 a IO2 lze použít čtyřnásobné OZ v pouzdře DIL14 (např LM324 a podobné, nudily se mi v šuplíku a chtěl jsem to s nimi vyzkoušet; jako obvykle už jsem to nepředělával) nebo, nepoužije-li se plošný spoj uvedený na obr. 4 a 5, zřejmě lépe poslouží OZ s nízkým šumem a vyhovující rychlostí přeběhu, např. NE5532. Tranzistory jsou univerzální křemíkové npn a pnp, t.j. typů KC 237/KC307 nebo podobné s UCE0>25 V. Samozřejmě i ty lze nahradit neinvertujícím sledovačem s OZ. Rezistory miniaturní, většinou pájené nastojato, kondenzátory fóliové bezindukční MKT nebo keramické (u kmitočtově závislých členů C1,2,3/101,102,103 nejlépe vybírané na stejnou hodnotu). Stejného typu by měly být i kondenzátory výstupní. Pokud by byly použity ellyty, pak záleží na polaritě a způsobu připojení. Ostatní kondenzátory jsou elektrolytické miniaturní, přednostně tantalové kapky.

     Napájení je žádoucí dobře filtrované, symetrické, nejméně ±8V proti „kostře“. K tomu stačí použít monolitické stabilizátory 78L08 a 79L08 nebo lépe 7812 a 7912, což vyhoví pro uvažovaný max. rozkmit nf signálu na výstupu Upp<2,5V. Na desce plošného spoje jsou v obvodu napájení zakresleny kondenzátory C52 každý dvakrát (u každého IO po jednom), zatímco ve schématu jen jednou. Adaptér lze připojit přímo na výstup korekčního zesilovače dvojím způsobem:

     1. korekční předzesilovač nemá na výstupu stejnosměrný potenciál proti zemi (GND): (C0) a (C100) nahradit drátovými propojkami a vstupy spojit přímo s výstupy předzesilovače.

     2. kolektory výstupních tranzistorů předzesilovače mají nenulové klidové napětí proti zemi: osadit (C0) a (C100) a navázat je přímo na kolektory výstupních tranzistorů korekčního předzesilovače (polarita!). Pak je nutno na desce osadit (stačí na straně spojů) rezistory (R0) a (R100) - asi 47k až 68 k.

obr.5: plošné spoje (40 x 70 mm) pro 2x LM(CA)324

obr.6: osazená deska s 2x LM324

     Nastavení tento obvod potřebuje spíše proto, že se nelze vyhnout nepřesnostem způsobených třeba jen nesymetrií signálů z přenosky či korekčního předzesilovače. Proto jsem zvolil nastavování tří parametrů, k němuž nejsou třeba měřicí přístroje. Stačí příslušný gramofon (korekční předzesilovač má mít co nejnižší výstupní impedanci a hlavně předem vyvážené úrovně signálu obou kanálů při snímání monofonní desky) a dobrý zesilovač s kvalitními reproduktorovými soustavami nebo sluchátky. Postupně připojíme:

     1. výstup SL: snímat část desky bez signálu (prázdnou drážku). Trimrem P1 nastavit nejvýraznější potlačení hluku.

     2. výstup SR: totéž provést v pravém kanálu trimrem P101.

     3. výstup HTJ: opět snímání drážky bez záznamu. Trimrem P51 nastavit minimální hluk.

     Nastavení se opakuje pouze vyjímečně - např. po výměně přenoskové vložky, změně nastavení svislé síly na hrot a antiskatingu.

     Na výstup připojený výkonový zesilovač či vstup magnetofonu mají mít vstupní impedanci vyšší než 40kOhm, aby s uvedenými vazebními kapacitami C4=C104=150nF nedošlo ke zbytečnému potlačení nízkých kmitočtů, když už jsme si s nimi dali takovou práci. Rezistory R12 a R112 určují zisk posledního stupně, lze jimi tedy nastavit požadovanou výstupní úroveň (pro jednotkové zesílení vyhovuje přibližně R12 = 2*R11).

     Někdy je lépe celý obvod vyřadit z funkce (například u nahrávek, kde je basa záměrně nahrána s opačnou fází). To je možné dvoupólovým spínačem spojujícím vstupy „blok.L“ a „blok.R“ s kostrou. Zde se nabízí i možnost dalších vylepšení: m.j. dynamické přelaďování mezního kmitočtu dolních propustí od 15 Hz do asi 450 Hz podle amplitudy maskujícího signálu; otázkou zůstane závislost výsledného efektu na vynaloženém úsilí, aby z toho nevznikla lokomotiva. Konečně - ani tento článek nemusí nutně sloužit jako závazný návod.

     Použité součástky:

Dodatek (a můžete mne kamenovat, nebo to zkusit)

     Pokud si chcete přepsat své vzácné desky na kazetu nebo CD, je použití tohoto obvodu obzvlášť vhodné. Kdo jste někdy zkusil v nějakém waveeditoru vytvořit hlukový profil a jeho pomocí potlačit hlukové pozadí o více než nějakých 8 dB, víte, co to se zvukem udělá. Znovu opakuji to, co jsem uvedl na začátku: čím méně hluku bylo v původním signálu, tím menší je nutnost potlačit jeho zbytky, aniž by utrpěl užitečný signál.

     Mimoto právě basy mívají signál značných amplitud, což je vidět na indikátorech záznamové úrovně. A takto indikovaná úroveň svádí změnit vyvážení kanálů. K tomu s popisovaným zařízením nedochází - údaje indikátorů se navzájem liší podstatně méně. U tape-decků s nevypínatelnou záznamovou automatikou, ať už si o ní myslíte cokoli, se obdobně nežádoucí „stranový posuv stereofonního obrazu“ zmenší na minimum.

     A ještě něco: šum desky a mnohdy většinu drobných praskotů lze omezit úplně neelektricky. Vyzkoušel jsem s úspěchem i další nápad zveřejněný před lety omezenému okruhu čtenářů v již zmíněném bulletinu „Informace pro Hifikluby“ - přehrávání desek za mokra. Nedělal jsem si velké iluze, že to bude fungovat, přesto jsem to udělal a výsledek mě dokonale dostal, takže zde je recept na lázeň:

     50 ml čistého lihu, 25 ml aviváže bez tužidel (nesilanizující), asi 20 kapek saponátu s minimem přísad (Jar, ideální byl Fomapon - toho to sneslo i lžičku), to vše dolít destilovanou vodou do litru, smíchat a nalít do dobře vymytého a čistou vodou propláchnutého rozprašovače s pumpičkou. Taková zásoba vydrží hodně dlouho.

     Před použitím zatřepejte a pak na desku nastříkejte tak, aby na ní byla souvislá vrstvička kapaliny. Přehrajte, než uschne. Vlivem síly odstředivé střed usychá jako první, je obvykle nutné během hraní kapalinu na desku přidat. Čím jemnější mlhu rozprašovač dělá, tím méně hrozí, že dopad kapek bude v nahrávce slyšet. Jinak je lepší přehrávání přerušit, obnovit hladinu na desce a teprve pak pokračovat.

     Po přehrání osušte zbytky kapaliny z desky (odsajte přebytky bavlněným hadříkem nepouštějícím chlupy), nechte ji doschnout a uložte. I když příště, třeba za rok, zjistíte, že se na tu desku nechytá prach, přehrávejte ji za mokra znovu, má to něco do sebe. V kapalině hromadící se před hrotem v drážce vzniká značný tlak, který vyplavuje drobné nečistoty z drážky, jenže část se ho zase za hrotem vrátí zpět. Některé přenosky mají extrémně krátký hrot, v drážce vždy nějaká ta nečistota zůstane, za sucha se pak hromadí pod chvějkou a zvedá ji. A to, co v drážce zbylo, se otiskne do jejích stěn a praskotů přibývá.

Je to samozřejmě věc názoru - někdo přísahá na ionizující zařízení, někdo na ultrafialové světlo, někdo na štěteček z veverčích chlupů…nejlepší bude vyzkoušet si to a porovnat výsledky.

Literatura:

[1] Pešák, J., RNDr: Gramofon, jeho provoz a technické využití. SNTL Praha, 1982
[2] AR-B 4/93: Operační zesilovače nejen podle p. Socloffa
[3] Blauert, J.: Räumliches Hören, SH-Verlag Stuttgart, 1974
[4]:Sýkora, B., RNDr: AR-B 5/93, kap.1 -Problém věrné reprodukce
[5] AR B 1/2001 (Konstrukční elektronika), str.8 až 24
[6] …a v průběhu let řada dalších knih a časopisů

 Článek byl původně vydán v Elektro Bastlírně