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Die gemeine Scatingkraft

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Autor
Beitrag
Herzog_Ernst
Ist häufiger hier
#1 erstellt: 19. Jan 2006, 17:54
Wohlan, wer weiß was?

Welche Faktoren bedingen jene Kraft, die den Tonabnehmer auf einer Schallplatte nach innen zieht?

Verändert sich diese Kraft über den abgetasteten Bereich? (Und ich meine nicht etwa durch teller- oder hügelförmige Schallplatten...)

Welche Herangehensweisen existieren, um dem Problem entgegen zu wirken?

Ferner wäre es schön, nur qualifiezierte Beiträge und Diskussionen, die ein Vorankommen zum Ziel haben, zu erhalten.
Aber auch nette Zwischenrufe sind nicht unerwünscht.

Viel Spaß also,
Ernst
vinylover
Ist häufiger hier
#2 erstellt: 19. Jan 2006, 18:38
... das bist aber ned Du, im Avatare, oder?

Naja, die Skatingkraft resultiert vom Überhang und der Reibkraft ausgehend der Paarung Nadel/ Rille.
Sie ist ja bekanntlich bei Tangentialen Tonarmen nicht vorhanden (weil "0"-Überhang).
Sie variiert also mit beiden Faktoren (Auflagekraft und Überhang). Formeln kenn ich jetzt grad keine auswendig.

Da sich der Überhang während des Abspielens verändert verändert sich auch die Skatingkraft (wie hängt schliesslich von der TA-Geometrie ab). Dabei sind die Möglichkeiten der Kompensation dieser Kraft stets nur Annäherungen an das Optimum. Aus vor genannten Gründen müsste die Antiskatingkraft (erzeugt durch Feder/-Gewichts/-Magnetkraft) sich in gleichem Masse währent des Abspielens einer Platte verändern.

Wenn man also mittels einer Testschallplatte den besten Wert der Einstellung für seine Gerätschaft ermittelt, dann gilt das herausgefundene akustische Optimum aller wahrscheinlichkeit nach auch nur an der Stelle der Platte, wo das Testsignal abgetastet wurde.

Dumme Sache das aber man kann's halt ned ändern.

Einige Hersteller berücksichtig(t)en das in der Geometrie der Skatingkompensation, optimal war's aber (denke ich) nie.

(Nur 'ne Erklärung eines Dummies, lass mkich gern eines Besseren belehren)

Hoffe, ich konnte es verständlich rüberbringen.

Prost
Jo
LP12
Inventar
#3 erstellt: 19. Jan 2006, 23:13
Hi,

die Skatingkraft ist eigentlich nur ein geometrisches Problem. Ich habe selber mal einen Thread dazu eröffnet, kann ihn aber grade nicht finden. Dort gab es eine Skizze, die es deutlich veranschaulicht.

Es stimmt : die Skatingkraft resultiert aus dem Überhang und dem Umstand, dass eine Zugkraft in Richtung des Tonamrs an der Nadel wirkt. Diese ist aufgrund des Überhangs jedoch nicht rechtwinkig zur Graden, die die Nadel mit der Plattentellerachse verbindet. Es entsteht ein Kräftedreieck, dass durch die Skatingkraft geschlossen wird. Die Skatingkraft zieht die Nadel folglich nach innen.

Die Skatingkraft ist variabel - sie nimmt zum Plattenende hin ab. Generell hat meine Erfahrung gezeigt, dass in Puncto Antiskatingkraft "weniger" "mehr" ist.

Bei Tangentialtonarmen gibt es dieses Problem nicht. Die haben dafür ganz andere Nachteile.



[Beitrag von LP12 am 19. Jan 2006, 23:14 bearbeitet]
GandRalf
Inventar
#4 erstellt: 20. Jan 2006, 09:55
Moin Robert,

Und wenn man es ganz genau nehmen will, ändert sich die Scatingkraft auch noch je nachdem was auf der Platte gepresst ist. Durch die geringen "Klemmkräfte" der Nadel in den zerklüffteten Rillen wird auch dort eine unterschiedliche Kraft erzeugt, die das Kräftedreieck beeinflusst!!

LP12
Inventar
#5 erstellt: 20. Jan 2006, 10:04
... natürlich auch in Abhängigkeit von der Raumtemperatur !

Umzug gut überstanden ??

GandRalf
Inventar
#6 erstellt: 20. Jan 2006, 10:08

LP12 schrieb:
... natürlich auch in Abhängigkeit von der Raumtemperatur !

Umzug gut überstanden ??

:prost


Ja, ganz gut. Jetzt wird nur um den Platz und die Ausmaße der Anlage gekämpft.
Muss jetzt alles mit im Wohnzimmer integrieren, und meine bessere Hälfte sieht manche Notwendigkeit nicht so ganz ein.
Da ist Fingerspitzengefühl und Taktik gefragt.
Wenn es dann aber an die Raumakustik geht, sehe ich schwarz...

Robhob
Stammgast
#7 erstellt: 20. Jan 2006, 10:28

Scatingkraft


Die gemeine Scatingkraft wird meistens durch den Konsum von Bohnen in großen Mengen verursacht

Was die gemeine Skatingkraft verursacht wurde ja schon geklärt


[Beitrag von Robhob am 20. Jan 2006, 10:28 bearbeitet]
Klaus-R.
Inventar
#8 erstellt: 20. Jan 2006, 10:47
Herr Lehrer, Herr Lehrer, ich weiss was !



******************************
Reibung zwischen Diamant und den Rillenwänden
erzeugt eine zur Rille tangentiale Reibungskraft
Ff. Diese Kraft hängt von der vertikalen
Auflagekraft Fv sowie dem Reibungskoeffizienten my
ab [3].

Ff = Fv x my

Bei 45 Stereorillen ist die Belastung der
einzelnen Wand 70,7 % (= sin 45° ) der
Auflagekraft, so daß die tatsächliche Reibungskraft
gleich 1,4 my Fv ist.

Der Reibungskoeffizient my hängt vom
Plattenmaterial, Zustand der Platte
(Sauberkeit, Beschädigungen, Verschleiss),vom
aufgezeichneten Lautstärkepegel ab sowie von der
Oberflächenrauhigkeit und vom Zustand (neu,
abgenutzt)des Abspieldiamanten ab. Für einen
Shibata-Schliff und 1,5 g Auflagekraft wurden Werte
zw. 0,22 und 0,64 gefunden [10].

Die Reaktionskraft geht durch das Armlager. Diese
Kraft als zerfällt in eine der Reibungskraft
entgegengesetzte Komponente gleicher Größe sowie
eine durch die Plattenmitte gehende Komponente
(d.h. senkrecht zur Rillentangente), die
skating-Kraft. Da diese (bei Nullstellung des
antiskating-Mechanismus) im Kräftediagramm keine
kompensierende Komponente hat, wird der Tonarm
durch diese skating Kraft nach innen gezogen.

Die skating-Kraft wird bestimmt durch die (sich
ändernde) Größe des Winkels phi zw. Rillentangente
und effektiver Länge (bzw. Kröpfungswinkel und
(sich ändernden) horizontalem Spurfehlwinkel),
Auflagekraft, sowie durch den mechanischen
Widerstand des Tonabnehmers (Nadelträgerdämpfung).

Solange keine Kompensation erfolgt, ist die
Auflagekraftverteilung zwischen den beiden
Rillenwänden derart, daß die Komponente auf der
äusseren Rillenwand (rechter Kanal) kleiner ist als
auf der inneren Wand, so daß auf dem rechten Kanal
Verzerrungen erzeugt werden. Es handelt sich
faktisch um Fehlabtastung auf dem rechten Kanal.

Die grössere Komponente der Auflagekraft auf der
inneren Wand (linker Kanal) hat erhöhten
Verschleiss dieser Wand und der entsprechenden
Seite des Abspieldiamanten zur Folge [2].

Kompensation der skating-Kraft erhöht die
Abtastfähigkeit um ca. 20-25 %.
Um eine äquivalent Abtastfähigkeit nur durch
Erhöhung der Auflagekraft zu erreichen, müsste
diese um ca. 50 % erhöht werden, was zu erhöhtem
Kontaktdruck und somit erhöhtem Verschleiss führt.

Die im Folgenden von Kogen [2] vorgestellten
Ergebnisse basieren auf Messungen.

Höhere aufgezeichnete Lautstärkepegel führen zu
einer Erhöhung der skating-Kraft [1, 2]. Wright [6]
konnte experimentell nachweisen, daß die
Reibungskraft bei höheren Pegeln bei reinen
Sinussignalen größer war. Snell und Rangabe [7]
stellten fest, daß die Abhängigkeit der
Reibungskraft vom Pegel für verschiedene
Tonabnehmer (Decca, EMI, ADC, Goldring, Ortofon)
unterschiedlich war.

RCA bestimmte 1968 experimentell den Einfluß des
Signalpegels auf die Reibungskraft [9]. Bei einer
Auflagekraft von 1,5 g wurde ein vernachlässigbarer
Einfluß auf die Drehgeschwindigkeit des
Plattentellers (Stroboskopmessungen) festgestellt.
Dieselben Pegel hatten eine nicht unbeträchtliche
Auswirkung (4mal höher) bei einer Auflagekraft von
5 g. Die Messungen wurden beim Abspielen der
Metallmatrize durchgeführt. Beim Abspielen einer
Vinyl-Pressung würde eine um 30% niedrigere
Verminderung der Drehgeschwindigkeit festgestellt
werden als beim Spielen der Matrize.
Die zur Messung verwendeten Geräte wurden, mit
Ausnahme von Gewicht und Trägheitsmoment des
Plattentellers, nicht näher spezifiziert.


Nach Gilson [5] setzt sich die Auswirkungen des
Signalpegels aus drei Elementen zusammen :
Trägheitseffekt (inertial drag) , Dämpfungseffekt
(compliance drag) und Übertragereffekt (transducer
drag).

Trägheitseffekt : Beschleunigungen und
Verzögerungen der Nadel (Werte bis zu 1400 g wurden
gemessen). Da Verzögerungskräfte nicht ins System
zurückgeführt, sondern dem System in Form von
Reibungswärme entzogen werden, wird dem
Antriebsmotor ein konstantes Drehmoment
abgefordert, sodaß der Trägheitseffekt zum
Platteninneren hin zunimmt.

Dämpfungseffekt : die Überwindung von Steifheit und
Dämpfung der Nadelträgerlagerung entzieht dem
System Energie. Der Effekt ist am größten
bei niedrigen Frequenzen, wo die seitlichen
Auslenkungen am größten sind.
Der Dämpfungseffekt nimmt zum Platteninneren hin
zu. Dämpfung (und somit der mechanische Widerstand)
kann für verschiedene Tonabnehmer sehr
unterschiedlich sein und selbst bei verschiedenen
Exemplaren desselben Abnehmers variieren [7].

Übertragereffekt : Energie, die dem System beim
Umsetzen vom mechanischer in elektrische Energie
entzogen wird. Nimmt zum Platteninneren hin zu.

Weiterhin zieht nach Gilson die tangentiale
Reibungskraft den Nadelträger aus seiner Ruhelage
in eine Position, bei der die Richtungen von
Nadelträgerachse und effektiver Länge
übereinstimmen.
Die hierbei wirkende Kraft ist in etwa gleich groß
wie die skating-Kraft Fs.

Gilson kommt zu dem Schluß, daß bei Aufbringen
einer Kompensation am Armlager (antiskating) beide
Kräfte kompensiert werden. Da auf bestimmten
Teilen der Platte über- und auf den restlichen
Teilen unterkompensiert wird (siehe hierzu weiter
unten), wird der Nadelträger in Richtung
Plattenmitte bzw. In Richtung Außenrand gezogen.
"Der Betrag, um den das
Nadelträger-Generator-System verschoben wird, hängt
von der statischen Nadelträgernachgiebigkeit ab.
Etwaige negative Auswirkungen auf den Klang
hängen von der Empfindlichkeit ab, mit der der
Generator (Magnet-Spulen) auf Nichtlinearitäten,
die von einer Verschiebung des Nadelträgers aus
seiner Ruhelage erzeugt werden, reagiert".



Die absolute Rillengeschwindigkeit (ca. 50,9 cm/s
außen, ca. 20,9 cm/s innen) hat keinen Einfluß (bei
nicht-modulierten Rillen) auf die skating-Kraft
[2]. Dieser Befund wurde später von Wright [6]
bestätigt, der einen dem von Kogen ähnlichen
Versuchsaufbau (zur Messung der skating-
Kraft) benutzte, nämlich einen Tonabnehmer, der
über ein Mikrolager schwenkbar im headshell
befestigt war. Wright benutzte einen Decca
International Tonarm wegen der sehr geringen
Reibungswerte des Einpunkt-Armlagers, während Kogen
einen Shure-SME 3009 Arm verwendete.

Der Rillenradius hat einen Einfluß auf die
skating-Kraft dahingehend, daß die Kraft bei ca.8,9
cm minimal ist und Maxima bei Innen- und Außenrille
aufweist, das innere Maximum etwas geringer als das
äußere [2], sodaß die Kurve (skating-Kraft über
Radius) einen parabelähnlichen Verlauf hat. Die
Kraft variiert zwischen 90 und 100% des
Maximalwertes.

Diese beiden vorhergehenden Aussagen scheinen in
Widerspruch zueinander zu stehen, aber laut Kogen
[2] existieren weitere, nicht vollständig
verstandene Faktoren, die zu den verschieden großen
Werten der skating-Kraft bei verschiedenen Radien
führen.

Die skating-Kraft Fs ist abhängig von Rillenradius
R, Überhang D und effektiver Armlänge L [2, 3, 4].


Fs = Ff x tan phi


Ff = my x Fv bzw. 1,4 my x Fv (siehe weiter oben)


sin phi = (R/2L) + (2LD - D*2) / (2LR)



Phi (der Winkel zw. Rillentangente und effektiver
Armlänge) ändert sich mit dem Rillenradius R, wobei
der Verlauf dem (weiter oben beschriebenen) der
skating-Kraft entspricht. In Fig. (nach Bauer) wird
phi für verschiedene Überhänge D gezeigt : die
Kurve EE (D = 19,05 mm) ist stellvertretend für
heute gebräuchliche Überhänge.



Antiskating wird am Armlager durch Aufbringen eines
Drehmoments erzeugt. Da die resultierende Kraft
senkrecht auf dem Hebelarm "effektive Länge" steht,
ist für die Berechnung des Drehmoments nicht Fs =
Ff tan phi sondern Fs = Ff sin phi zu nehmen (tan
phi steht senkrecht auf der Rillentangente und geht
somit durch die Plattenmitte, sin phi steht
senkrecht auf der effektiven Länge).

In einer andere Methode zur Berechnung der
skating-Kraft wird diese in Abhängigkeit vom
Kröpfungswinkel theta und vom horizontalen
Spurfehlwinkel alpha dargestellt [8]. Für Radien
größer als der äußere und kleiner als der
innere Nullradius ist die skating-Kraft gegeben
durch

Fs = Ff x sin (theta + alpha)



Zwischen den beiden Nullpunkten ist die
skating-Kraft gegeben durch

Fs = Ff x sin (theta - alpha)



Der Spurfehlwinkel ist gegeben durch

alpha = pi/2 - (beta+theta)

wobei

cos beta = 1/2LR (L*2 - Lm*2 + R*2)



mit Lm = L-D (Abstand Armlager - Plattenachse)





[1] Alexandrovitch : A stereo groove problem, JAES,
1961, Jan., S.166

[2] Kogen : The skating force phenomenon, Audio,
Okt.1967, p.53 ; Nov. 1967, S.38

[3] Bauer : Tracking angle in phonograph pickups,
Electronics, März 1945, S.110

[4] Oakley : Skating force, mountain or molehill,
Audio, März 1967, S.40

[5] Gilson : The cartridge alignment problem,
Wireless World, Okt.1981, S.59

[6] Wright : Bias correction and dynamic
conditions, Hi-Fi News, Okt.1969, S.1187

[7] Snell, Rangabe : Frictional drag and bias
compensation, Hi-Fi News, Feb. 1970, S.221

[8] Randhawa : Pickup arm design techniques,
Wireless World, März 1978, S.73 : April 1978, S.63

[9] Halter : Letters to the editor, JAES 1968,
S.354

[10] Pardee : Determination of sliding friction
between stylus and record groove, JAES 1981, Ss.890


Weitere Artikel :

Deane : Forward drag and stylus profile, Hi-Fi
News, Okt.1969, S.1186

*******************************3


Dieser Beitrag aus meiner Feder wurde in Analog Aktuell 3/2001 veröffentlicht, es gibt dazu auch Zeichnungen, falls diese von Interesse sind, einfach 'ne mail schicken.


Grüsse

Klaus


[Beitrag von Klaus-R. am 20. Jan 2006, 10:48 bearbeitet]
quaternione
Stammgast
#9 erstellt: 20. Jan 2006, 11:33
Danke, sehr gut - setzen.


Q
LP12
Inventar
#10 erstellt: 20. Jan 2006, 13:03
STREBER

vinylover
Ist häufiger hier
#11 erstellt: 21. Jan 2006, 15:15
... Copy & Paste- Funktion sei Dank!
milliscout
Stammgast
#12 erstellt: 28. Jan 2006, 15:34
Danke,
habe schon lange nach einer genauen und dabei kompakten Beschreibung (mit Quellenangebe) der Skatingkraft gesucht.
milliscout
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