Магнитные головки звукоснимателей

Головки звукоснимателей с подвижным магнитом. После пьезоэлектрических головок звукоснимателей наиболее распространенными являются головки с подвижным магнитом (магнитодинамические). Объясняется это тем, что их простая и надежная конструкция пригодна для крупносерийного производства. В случае износа иглы, вставку с иглодержателем можно заменить без применения каких бы то ни было инструментов.
Выходной сигнал, соответствующий механическим движениям иглы, возникает в головке в соответствии с принципом преобразования, известным под названием магнитной индукции. Если изменяется число магнитных силовых линий, пронизывающих находящуюся в состоянии покоя катушку, то в ней индуцируется переменная электродвижущая сила. В головке звукоснимателя игла передает свои колебания очень малому постоянному магниту, находящемуся перед неподвижной катушкой.

Если иглу такой головки установить на пластинку, имевшаяся ранее симметрия магнитной цепи нарушается, северный полюс магнита приближается к верхнему, а южный полюс к нижнему полюсному наконечнику. Поэтому определенное число силовых линий, ранее замыкавшихся через большое магнитное сопротивление воздуха, замкнется через цепь из мягкого железа, обладающего меньшим магнитным сопротивлением. Магнитную цепь из мягкого железа окружают две катушки. До тех пор пока магнит движется между двух крайних положений, видимых на среднем и нижнем рисунках, магнитный поток будет пересекать внутреннюю часть катушек с частотой, совпадающей с частотой колебаний иглы, и на выводах катушек возникает переменное напряжение. Значение этого напряжения зависит не от абсолютного значения записанной на пластинке амплитуды, а от значения колебательной скорости записи, т. е. от частоты и отклонения. Следовательно, головка с подвижным магнитом, так же как и все магнитные преобразователи, относится к группе скоростных головок звукоснимателей.

При постоянной колебательной скорости записи изменение магнитного потока будет зависеть от нескольких факторов. Часть из них имеет геометрический характер, как, например, отношение расстояния между иглой и центром колебаний к расстоянию между магнитными полюсами и центром колебаний, составляющее передаточное число (для сведения, это отношение может быть равно 5:1) или расстояние между магнитом и полюсными наконечниками. Последнее следует выбирать как можно меньшим для увеличения чувствительности и как можно большим для уменьшения искажений, обусловленных намагничиванием мягкого железа (мю-металла). Изменение потока в основном зависит от энергии, заключенной в магните, т. е. от магнитной силы, поэтому принято выбирать Такой магнитный материал, который с малой массой (5-10 мг) способен создать сильное магнитное поле (фирма «Шур» - «Ални-ко 5W», фирма «Филипс» - «Тиконал XX», плотность потока последнего 0,85Г-8500 Гс).

При данной скорости записи и установленном выше изменении потока выходное напряжение зависит от параметров обмотки. Большее число витков означает и более высокое напряжение, но увеличение витков без увеличения корпуса катушки может быть осуществлено только путем дальнейшего уменьшения диаметра и без того тонкого провода. Граница устанавливается, с одной стороны, технологией намотки, а с другой увеличением собственной емкости обмотки, которая неблагоприятно отражается на ходе амплитудно-частотной характеристики в области высоких частот. Поэтому, используя провод с диаметром в несколько сотых миллиметра, можно намотать оптимальную катушку в 2500 витков.

На магнитопроводе помещают две соединенные встречно катушки таким образом, чтобы выходные сигналы, индуцируемые благодаря изменению магнитного потока, складывались. В то же время обмотки пронизываются и силовыми линиями внешнего магнитного поля, вызывающего помехи. Однако напряжения шумов, определяемых внешним полем, взаимно компенсируются. Тем не менее такая компенсация еще не является идеальной защитой от магнитный полей рассеяния, создаваемых, например, двигателем проигрывателя, работающим от сети. Поэтому головку звукоснимателя следует помещать в корпус из материала с хорошей магнитной проводимостью (мю-металл) и заземлять его.

В стереофонической головке звукоснимателя две магнитные цепи располагают перпендикулярно одна другой так, чтобы с плоскостью пластинки они образовывали угол в 45°.

Наиболее известный изготовитель головок звукоснимателей с подвижным элементом из магнитомягкого железа - фирма «Аудио Дайнэмикс Корпорейшен» («Эй-Ди-Си»). Амплитудно-частотная характеристика выпускаемых ею очень легких (VLM) и сверхлегких (ELM) головок в диапазоне 10 Гц - 25 кГц гарантируется с неравномерностью ±2 дБ. Эти параметры достигаются благодаря чрезвычайно малой эффективной массе подвижной системы и большой гибкости (35-Ю-3 - 50-Ю-3 м/Н), а также благодаря электродинамическому демпфированию, о чем было сказано при рассмотрении конструкции иглодержателя.

Головки звукоснимателей с переменным магнитным сопротивлением. 

Головка с переменным магнитным сопротивлением работает на принципе переменного магнитного шунта (ее называют также с поляризованной арматурой). Конструктивно эта головка звукоснимателя отличается от описанных ранее преобразователей с подвижным магнитом и подвижным элементом из магнитомягкого материала. Первое отличие заключается в том, что источник магнитодвижущей силы и катушки находятся в одной и той же магнитной цепи.

В состоянии покоя магнитный шунт из магнитомягкого материала разделяет поровну магнитный поток в цепи двух катушек. При смещении иглы звукоснимателя магнитный шунт, как это показано на нижней части рисунка, нарушает имевшееся до этого равновесие: в верхней ветви плотность потока будет увеличиваться, а в нижней - снижаться. При соответствующем соединении двух обмоток напряжения будут складываться. И это является вторым отличием, ибо таким способом уравнивается асимметрия намагничивания магнитомягкого железа. Искажения, возникающие вследствие увеличения плотности потока в одной из обмоток, компенсируются искажениями, вызванными снижением плотности потока в другой обмотке. В результате суммарное напряжение обеих катушек будет точно пропорционально смещению. Этот «пушпульный» эффект не возникал у двух предыдущих типов магнитных преобразователей, и поэтому можно доказать, что искажения четных гармоник у них будет несколько больше. Кроме этого, при таком расположении катушек меньше сказывается влияние внешних полей.

Звукосниматели с переменным магнитным шунтом выпускаются датской фирмой «Банг энд Олуфсен», известной своими приборами, выполненными с применением последних достижений технической эстетики. Так как магнитный шунт выполнен в форме миниатюрного подвижного креста, показанного на правой стороне рисунка, то головки звукоснимателей получили название ММС. Интересное решение было использовано также датской фирмой «Ортофон» при разработке звукоснимателей серий F15 и М15 с переменным магнитным зазором. Их принцип действия идентичен с изложенным выше, но конструктивное выполнение (в середине кольцевого магнита «Ферроксдюр 360» с радиальной намагниченностью движется трубочка из магнитомягкого железа) дает возможность для дальнейшего снижения подвижной массы. Интересно, что измеренные искажения по второй гармонике 0,27% и по третьей гармонике 0,8 % меньше соответствующих искажений 0,48 и 0,48 %. У головок звукоснимателей с подвижными катушками фирмы «Ортофон», считающимися одними из лучших среди профессиональных головок.

Головки звукоснимателей с подвижными катушками. Как уже упоминалось при рассмотрении головок с подвижным магнитом, с выводов катушки можно снять напряжение, пропорциональное изменению потока, пронизывающего ее. Возникает мысль создать головку звукоснимателя, в которой катушка движется вдоль постоянного магнита. Такие головки отличаются высоким поэтому они нашли применение в профессиональной Их называют также электродинамическими головками звукоснимателя. Разработаны и внедрены многочисленные конструктивные варианты головок с подвижной катушкой. На правой стороне рисунка в увеличенном виде показан способ соединения витков катушки. Ее обмотка движется в сильном однородном магнитном поле.

Применяются бескаркасные катушки или катушки с обмоткой на небольшом каркасе из синтетического материала. Намотку производят вручную под микроскопом, иногда на специальном станке.

При намотке катушки медным проводом хорошего качества опасаться обрыва движущихся выводов не следует, как правило, скорее изнашивается игла. Большинство изготовителей сами проводят замену иглы в иглодержателе без прикасания к телу катушки. Однако для этого головку звукоснимателя следует выслать на завод-изготовитель. В практике работы студий это не является серьезным недостатком, так как всегда имеется в наличии соответствующее число резервных головок.

Для снижения массы подвижной системы можно изготовить обмотку, состоящую только из нескольких витков. Например, катушки головок серии OF фирмы «Электроместехник» имеют только 45 витков. Для дальнейшего снижения массы подвижной системы иглодержатели этих головок изготовлены не из обычной фосфористой бронзы, а из титана, обладающего меньшим удельным весом. В упомянутых головках заслуживает внимания решение, позволяющее извне, с помощью винта устанавливать значение механического демпфирования, влияющего на амплитудно-частотную характеристику. Естественно, из-за малого числа витков, несмотря на сильное магнитное поле, с зажимов катушки можно получить небольшое напряжение, равное десятым долям милливольта. Воспроизведенный сигнал имеет очень небольшие искажения, так как в преобразователе присутствует магнитомягкое железо. Для сохранения хорошего отношения сигнал/шум сигналы с этих головок звукоснимателей подаются на предварительный усилитель через согласующий трансформатор. Несмотря на то что в согласующем трансформаторе применено магнитомягкое железо, тем не менее путем выбора соответствующих габаритных размеров и электрических параметров можно добиться минимума искажений. Один из современных стереофонических согласующих трансформаторов («Ортофон STM-72») имеет следующие параметры: коэффициент передачи по напряжению 1 : 100, рекомендуемое полное сопротивление головки звукоснимателя 2,5 Ом, рекомендуемое полное сопротивление нагрузки 47 кОм (при проигрывании четырехканальных пластинок СД-4 100 кОм), передаваемая полоса частот от 10 Гц до 50 кГц.