Erhöhung der effektiven Tonarmmasse durch das System selbst

Holger · 1. März 2004

Hallo Leute,

Gerade frage ich mich - durch einen anderen Thread angeregt -, in wie weit sich das Eigengewicht des Tonabnehmers selbst auf die effektive Masse des Armes auswirkt und somit auf die Verwendbarkeit von härter aufgehängten Systemen an leichteren Armen, wenn nur das System selbst schwer genug ist.
Das Beispiel im anderen Thread : ein 10g schweres Ortofon-MC. Zusammen mit dem TP 16 III sind das 17,5g. Weich aufgehängte Systeme sind schon vom Eigengewicht her meist deutlich leichter, das AKG P25MD wiegt z. B. nur 3,5g !

Wie ist das ?

hb · 1. März 2004

Wie das ist? Richtig, würde ich mal sagen :D.
Eine höhere Gesamtmasse sollte zu einer deutlichen Senkung der Eigenresonanz führen, zumal dann, wenn die "Zusatzmasse" strategisch so exponiert angeordnet ist - nämlich am Ende des Hebels.

Niels · 1. März 2004

richtig!
und deshalb gab (gibt) es beispielsweise das DL 103
- weil es hart aufgehängt ist- mit Bleibody.
Gruß
Niels

HerEVoice · 1. März 2004

Hi Holger

Sehe es genauso wie hb.
Auch ich habe ein 10.5g schweres Ortofon MC 25 FL
an einem SME 3009/III ( 5,05g ) zu laufen. Zusammen mit den Schrauben ( 1g ) ergibt das eine Masse von 16,55g. Die Compliance beträgt 16µm/mN.
Ergibt eine Resonanzfrequenz von 9,78 Hz. Bingo.
Obwohl es immer für mittelschwere Arme empfohlen
wird.
Auch klanglich ist diese Kombination stimmig. :]
Würde das System nur 3,5g wiegen wie das P 25 MD
sähe die Sache schon anders aus. Ich käme auf eine Resonanzfrequenz von 13,61 Hz. Passt schon nicht mehr. Fazit: Wenn das System schwer genug ist und sich noch ausbalancieren läßt führt dies zu einer Senkung der Resonanzfrequenz.

Grüße
HerEVoice

hb · 1. März 2004

Ei ei ei... Vorsicht.
Die effektive Tonarmmasse ist eine dynamische Größe. Das ist nix, was sich einfach mit der Waage ermitteln lässt. Und die simple Addition von effektiver Tonarmmasse plus Tonabnehmermasse ist nicht die resultierende dynamische Gesamtmasse.

TT · 1. März 2004

Hallo Holger,

einen an sich leichten Arm kann man in gewissen Grenzen schwerer machen, d.h. die effektive Masse erhöhen, indem man Gewicht zugibt. Das kann man zwar nicht einfach addieren, dennoch verändert die erhöhte Gesamtmasse auch die eff. Masse. Es erscheint daher unerheblich, die eff. Masse zu berechnen, man mißt den Effekt, die Veränderung, mit Hilfe der Testplatte einfach aus.

Beispiel: Der Micro CF-Arm besaß ein kleines Gewicht, das auf dem Rohr (dieses mit aufgedruckter Skala) verschoben werden konnte, um die eff. Armmasse zu steuern bzw. anzupassen.

Ich "fahre" u.a. ein Pioneer MC, das zwar selber nur 3,5 g auf die Waage bringt, aber hart aufgehängt ist (das wäre ein gegenteiliges Beispiel). Im SME S II z.B. muß ich daher ein 5 g Reifen-Klebegewicht unter die Headshell pappen, damit die Resonanzfrequenzspitze bei etwa 9-10 Hz zu liegen kommt. Am besten wäre es allerdings, das Zusatzgewicht möglichst nahe am Drehpunkt resp. der Armachse zu plazieren.

Albus kann das sicher theoretisch erklären, auch wenn ich mir seine Erklärungen meist fünf mal durchlesen muß .

Gruß TT

manraischu · 1. März 2004

Moin,
passt zwar nicht ganz, aber eine interessante Variable ist IHMO auch die Masseverteilung des Tonabnehmers selbst in Bezug auf die Nadelspitze. Ich erkläre mir so einen Teil der Unterschiede zwischen errechneter RF und gemessener RF (Testschallplatte); ich meine noch keine Formel gesehen zu haben die das berücksichtigt.

HerEVoice · 1. März 2004

HI hb und TT

Die Berechnung der Resonanzfrequenz geht aber
genau aus der von Ortofon angegebenen Formel zur Berechnung eben dieser hervor. Dort werden die Massen von Headshell, Arm, Abtaster und Befesti-
gungsmaterial addiert. Wie sollte man denn dann
anders berechnen bzw warum gibt es dann solch eine
Formel?
Und was ist denn dann die resultierende Gesamt-
masse meiner aufgeführten Kombination?

Grüße
HerEVoice

TT · 1. März 2004

Hallo HerEVoice,

ich weiß, diese Tabelle gibt es auch von SME (hab ich mal als Scan im Forum eingestellt). Dort wird auch einfach addiert. Albus erklärte das mal an anderer Stelle. Im Prinzip ist das (zumindest für mich) egal, da es vorerst eine Faustformel darstellt, nach der ich vorgehe. Eine Überprüfung mittels Testplatte erbringt dann das tatsächliche Ergebnis. Ganz genau wird man es zwar theoretisch berechnen können, da aber zuviele unberechenbare Faktoren mitspielen (z.B. die angegebene Compliance - siehe entspr. Thread), bleibt nur die praktische Überprüfung.

Kurz: Als Anhaltspunkt geht das gut mit der Addition der Massen, eine empirische Überprüfung des tatsächlichen Ergebnisses ist allerdings anzuraten.

Gruß TT

P.S. Wird wohl einfachste Physik, Teilbereich Mechanik, sein, wenn man nur damals besser aufgepaßt hätte...

Passat · 1. März 2004

Noch etwas dazu:

Bei der Ortofon OM-Serie kann man ein kleines Gewicht entfernen, damit ist es auch ein wenig auf verschiedene Tonarme anpassbar.

Zur Masse des Tonarms:
Bei den Dual-Drehern mit ULM-Systemen (z. B. CS 627 Q) sind dem Halbzoll-Adapter Gewichte beigelegt, die man je nach Tonabnehmergewicht an das Tonarmgewicht hinten dranschrauben soll. Nötig wäre es zur Ausbalancierung des Arms eigentlich nicht, denn auch ohne Zusatzgewicht lässt sich der Arm auch bei rel. schweren Systemen noch ausbalancieren.

Übrigens: Ich habe mal mit einer Testplatte die Resonanzfrequenz meiner Kombi (Dual CS 627 Q mit Denon DL 110) getestet, die liegt fast optimal bei beinahe 10 Hz.

Grüsse
Roman

Juergen · 2. März 2004

Hallo zusammen,

Zitat

Die effektive Tonarmmasse ist eine dynamische Größe. Das ist nix, was sich einfach mit der Waage ermitteln lässt. Und die simple Addition von effektiver Tonarmmasse plus Tonabnehmermasse ist nicht die resultierende dynamische Gesamtmasse.

Das scheint ja auch der Grund dafür zu sein, dass manche Tonarm-System-Kombinationen in der Praxis bestens funktionieren, obwohl das rechnerisch eigentlich nicht der Fall sein dürfte. Dieses Thema war ja auch schon Gegenstand eines Threads.

Zinsula · 2. März 2004

Gehe ich recht in der Annahme, dass die effektive Tonarmmasse um einen grösseren Betrag steigt als die zusätzliche Tonabnehmermasse? Zumindest bei Tonarmen mit Gegengewicht muss dasselbe bei schwereren Systemen und gleicher Auflagekraft weiter nach Aussen verschoben werden. Wenn ich mich recht erinnere , steigt das Massenträgheitsmoment im Quadrat des Abstandes zum Drehpunkt. Somit steigt die eff. Tonarmmasse auch, weil das Gegengewicht weiter Aussen sitzt, oder bin ich da auf dem Holzweg?

Gruss
Tino

Albus · 2. März 2004

Morgen,
dann sag ich auch noch etwas dazu. Die bekannte Formel zur Berechnung der Tiefenresonanz ist eine Näherungsformel. Die effektive Masse ist der Äquivalentausdruck für die Summe der Trägheitsmomente der gegebenen Materialien in deren Verteilung der Masseverhältnisse. Das C, Compliance, kann man als Federkonstante ansehen, das M ist eine zusammengesetzte Größe aus unterstellter effektiver Masse und Gewicht (Abnehmer und Befestigungsmaterial). Das berücksichtigte Gewicht führt zu lagebedingten Rotationsmomenten, die von daher in die Formel hineingehören. In der Formel werden nicht berücksichtigt: 1. die Lage des Gegengewichtes zum Drehpunkt (erhöht man das Gewicht am Tonkopf, dann rückt das Gegengewicht weiter an den Rand = Erhöhung der wirkenden Rotationsmomente), und auch nicht berücksichtigt wird 2. die tatsächliche Lagerreibung (die Lagerreibung ist eh entweder nicht bekannt oder weicht vom Normalwert ab), ferner wird nicht berücksichtigt 3. die tatsächliche Stellung der Nadel unter oder vor der trägen Masse des Tonarmes (bei überhängender Materialmasse des Tonabnehmers ist die Richtung der Rotationsmomente vom Rand her größer als im Falle der weit herausragenden Nadel).

Aus allein dieser Komplexität ergibt sich schon die Notwendigkeit, im Einzelfall die Tiefenresonanz, deren Lage und Überhöhung (Q bis 2,5 günstig), empirisch zu ermitteln. Empirisch zu ermitteln mittels einer Testplatte, deren Eigenarten man kennt.

MfG
Albus

Niels · 2. März 2004

Hallo,
ich glaube, hier geht was mit den Begriffen etwas durcheinander:
Die hier einzig interessierende eff. Masse ist die "scheinbare Masse" an der Nadelspitze, die sich beim Bewegen des Armes aus der Ruhelage ergibt. D. h. welche Kraft muß aufgewendet werden, um den Arm aus der Ruhelage zu bewegen, zu beschleunigen.
Dies wird errechnet mit sog. Trägheitsmomenten, bei denen der Abstand zum Drehpunkt quadriert wird.
Beispiel:
Armlänge 20 cm, Gewicht am Ende 10 gr.
eff. Masse: 20² * 10/ Nadelabstand 20² = 10 gr.eff.
Gewicht in der Mitte, also 10 cm vom Drehpunkt:
10² * 10/ 20² = 2,5 gr.eff.
Niels

Reinhard · 2. März 2004

...und ich habe schon des öfteren gelesen, dass für ein optimales klangliches Resultat beim Schwerer-Machen eines Arms die zusätzliche Masse möglichst gleichmässig über dessen Länge verteilt sein sollte. Blendet man mal alle anderen Unterschiede aus, kann ich das für einen Vergleich TP63 mit 'Blei im Kopf' vs TP64, der insgesamt schwerer ist, bestätigen.

Gruss,

Reinhard

mannitheear · 2. März 2004

Hallo,

Zitat

Original von hb
Ei ei ei... Vorsicht.
Die effektive Tonarmmasse ist eine dynamische Größe.

Das stimmt nie und nimmer. Eine Masse ist bei Geschwindigkeiten deutich unterhalb c niemals eine dynamische Größe. Was dynamisch bzw. frequenzabhängig ist, ist die Compliance, also die Nadelnachgiebigkeit.

Die Gesamtmasse, die die Nadel "sieht" ist die eff. Tonarmmasse plus Systemmasse und Schrauben. Die effektive Tonarmmasse ändert sich in Grenzen mit der Lage des Gegengewichts, d.h. ein schwererer Abtaster oder ein Zusatzgewicht an der Headshell erhöht zusätzlich auch die eff. Tonarmmasse, da das Gegengewicht weiter nach aussen wandert. Als dynamisch würde ich dieses Verhalten aber nicht bezeichnen.

Arme mit unterschiedlicher Masserverteilung aber gleicher eff. Tonarmmasse haben mit dem gleichen System auch die gleiche Tiefenresonanz, während das Resonanzverhalten bei musikalisch relevanten Freqenzen sehr unterschiedlich sein wird. Das schlägt sich natürlich auch im Klang nieder.

Eine Besonderheit gibt es bei Tangentialarmen, die vertikal und horizontal eine z.T. extrem unterschiedliche eff. Masse haben.

Jetzt ist mir doch noch ein Arm eingefallen, der möglicherweise eine "dynamische" eff. Masse hat, und zwar der Roksan Tabriz zi mit dem Gegengewicht, das am Tonarmendstück "hängt". Im Bereich der Eigenfrequenz des Gegengewichts und darunter passieren sicher ganz interessante Dinge. Normalerweise ist das Gegengewicht ja aber fest montiert oder über O-Ringe etc. angekoppelt, so daß sich im Bereich der Tiefenresonanz um 10 Hz nichts tut.

Grüße,

Manfred

Niels · 2. März 2004

Hi,mannitheer,
wenn Du mit c die Lichtgeschwindigkeit meinst, sollten wir Einstein bitte bei diesem Thema weglassen.
Niels

hb · 2. März 2004

"c" soll hier bestimmt die Schallgeschwindigkeit sein - aber darauf kommt's IMHO hier gar nicht an.

@manfred:
Prinzipiell hast du Recht, ich wollte auf Folgendes hinaus: Man nehme einen Arm, schraube einen Tonabnehmer darunter und balanciere das Ganze mit dem Gegengewicht aus. Die resultierende Auflagekraft ist Null, das ganze Konstrukt wiegt x Gramm - eine Größe, die nichts mit der effektiven Armmasse zu tun hat.
Es muss nun also sehr wohl ein "dynamisches" Verfahren her, um die effektive Masse dieses um den Lagerpunkt schwingfähigen Systems zu ermitteln.
Ich erinnere mich da an eine Idee vom Ex-H&P-Konstrukteur Michael Horstmann, der den Arm vorne (idealerweise an dem Punkt, wo die Nadespitze steht) in eine Feder hängte, das Ganze "antippte" und die Schwingfrequenz maß. Macht man das Gleiche dann nochmals mit einem bekannten Gewicht, kann man aus beiden Werten auf die effektive Masse schließen.
Das meinte ich mit "dynamisch": Es muss ein Verfahren her, dass die Größe über eine Beweging - sprich: Beschleunigung - ermittelt.

-3dB · 2. März 2004

Hallo,
Gruß an hb und alle Forumsteilnehmer.
Hier mein erster Beitrag in diesem Forum.

Mit Genehmigung von Herrn Tomas Scheu zitiere ich hier seinen Beitrag zum diesem Thema.

"Ein hervorragend einfaches Verfahren nach Horstmann (der vom Ulysses) zur empirischen Bestimmung der effektiven Tonarmmasse funktioniert wie folgt: Man nehme Blumendraht und wickle ihn z.B. um den Kern einer Kuchen- oder Toilettenpapierrolle eine enge Feder von etwa sechs bis acht Zentimetern Länge. Die Feder versieht man an den Enden mit angebogenen Ösen. Die eine Öse hängt man an einem passenden Gegenstand auf, so dass die andere in Nadelnähe am Headshell des zu prüfenden Tonarmes aufgehängt werden kann, Der Tonarm muss mit einem beliebigen Tonabnehmer versehen sein. Nun stößt man den Arm zum Schwingen an und zählt die Schwingungen in einer Zeiteinheit, zum Beispiel 20 Sekunden (viel länger schwingen diese Gebilde nicht). Hier sollte man den Mittelwert aus mehreren Messungen bilden. Nun hängt man an dieselbe unveränderte Feder statt des Tonarms ein Gewicht das sich verändern lässt zum Beispiel Knetmasse, und erhöht deren Masse durch Anpappen weiterer Knetmassestückchen soweit, bis das Gebilde dieselbe Schwingungsanzahl pro Zeiteinheit aufweist wie der Tonarm. Das Knetmassenklümpchen wird nun auf einer Briefwaage gewogen. Das Ergebnis abzüglich des Tonabnehmergewichtes (aus diesem Versuch) ergibt die effektive Tonarmmasse."

Quelle: Thomas Scheu in Klang und Ton 3/99 Seite 57

Vielleicht kann dieses Kochrezept zur Bestimmung des rotatorischen Trägheitsmoments (eff. Tonarmmasse) beitragen.

Also: Bitte selber messen und berichten.

Gruß Wilhelm

erhard · 2. März 2004

Hallo,
möcht nun auch noch meinen Senf dazzugeben.
Anhand eines Beispiels kann man die Auswirkungen des Masse/Nadelnachgiebigkeits- Zusammenspiels verdeutlichen:
günstiger Resonanzbereich:8-12 Hertz
Angenommene Nadelnachgiebigkeit ca 15Mikrometer pro Millinewton (übliches MC-System)
Um den günstigen Resonanzbereich zu bleiben, sollte die effektive Tonarmmasse inkl. Tonabnehmer zwischen 11 und 26 g liegen. bei einem Tonabnehmergewicht von ca.10g dürfte das ein Spielraum von "ultraleicht " bis "mittelschwer" abdecken. Abgesehen davon sind die Herstellerangaben zur Nadelnachgiebigkeit derart dürftig, daß grobe Schätzungen meist vollkommen ausreichend sind. Sicherheit geben alllein Mesungen mit Testschallplattten. Davon abgesehen sind auch deutlich abweichende Nadelnachgiebigkeiten für horizontale und vertikale Richtung möglich.
Für problematisch halte ich allerdings die Erhöhung der eff. Tonarmmasse eines "Tonarm-Superleichtgewichtes " durch Massezunahme- häufig sind dann verstärkt Materialresonanzen die Folge, die meistens im Bereich hundert bis tausend Hertz auftreten und deutliche Klangeinbußen hervorrufen.
In "seriösen Fachblättern" wurden deshalb früher häufig die Resonanzeigenschaften von Tonabnehmern meßtechnisch dokumentiert.
Wer sich dafür interessiert,
kann mich gern direkt anmailen- ich habe wenig Lust, mich mit urheberrechtlichen fragen auseinanderzusetzen.
Hoffentlich hat das nicht zu große Resonanz-
Erhard