Resonanzfrequenz bei Plattenspielern: Theorie und Praxis

Plattendreher und Bandmaschinen

Resonanzfrequenz bei Plattenspielern: Theorie und Praxis

Beitragvon Hans-Martin » 24.01.2017, 14:49

Resonanzfrequenz bei Plattenspielern: Theroetische Grundlagen und Berechnung sowie praktische Ermittlung

Liebe Vinyl-Freunde,

moderativer Hinweis: die folgenden Beiträge sind auf Anregung und mit Unterstützung von Stephan (nemu, Danke Stephan!) aus dem Thread über MM-Tonabnehmer ausgeblendet und hierher verlagert worden.

Viele Grüße
Harald





Auch nach 40 Jahren noch besonders lesenswert: Poul Ladegaard Audible Effects of Mechanical Resonances in Turntables beschäftigte sich 1977 ausgiebig mit Seitenspektren und Modulationsrauschen, ausgelöst von der System-Tonarmresonanz. Sehr aufschlussreich!
Ein Resonanzkalkulator: http://www.resfreq.com/resonancecalculator.html
Das Shure M97xE läuft mit 12,5mN, da würde ich nicht erwarten, dass es an einem schweren Arm gut funktioniert, zumal es vom Hersteller für leichte bis mittelschwere Arme empfohlen wird.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon nemu » 27.01.2017, 10:51

Hallo zusammen,

ich wollte ja noch was zum Berechnen der "Compliance" schreiben. Das wird sich noch ein bißchen verzögern.
Habe Harald schon eine PM geschickt, da ich Probleme habe Sonderzeichen hier im Forum darzustellen, wie z.B. kleine griechische Buchstaben.

Gruß Stephan
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Beitragvon nemu » 27.01.2017, 15:27

Hallo zusammen,

wie versprochen, hier nochmal eine Ergänzungen zum Thema "Compliance" bzw. "Nadelnachgiebigkeit".

Zur Frage "Compliance - was ist das?" findet sich eine gut verständliche und nachvollziehbare Beschreibung auf der folgenden Webseite der Firma PhonoPhono, die ich hier verlinken möchte:
http://www.phonophono.de/kbase/Plattenspieler/hifi-tonabnehmer-compliance.html

Merken sollte man sich aus der Beschreibung, dass die Resonanzfrequenz idealerweise zwischen 8 Hz und 12 Hz liegen sollte. Für eine genaue Erläuterung sei auf den davor genannten Link verwiesen. Die Praxis beweist aber immer wieder, dass die angegebenen Werte, wie z.B. für die Masse des Toanarms und Compliancewerte anscheiend nicht immer den Tatsachen entsprechen. Also auch öfters Tonarm und Tonabnehmer Kombinationen gut funktionieren, deren Resonanzfrequenz nach Berechnung nicht genau im Fenster zwsichen 8 Hz und 12 Hz liegen. Umgekehrt gilt dies genauso. Um sich hier sicher zu sein, gibt es aber auch die Möglichkeit die Resonszfrequenz zu messen, beispielsweise mit Messschallplate und Software "Adjust+" von Dr. Feickert.

Die Formel zur Berechnung der Resonsnzfrequenz sieht wie folgt aus:

F = 1000 / 2 * Pi * SQRT((Ma + Mta) * C)

oder auch vereinfacht durch Kürzung:

F = 159,15 / SQRT((Ma + Mta) * C)

F = Resonanzfrequenz (Hz)
Ma = Masse Arm (g)
Mta = Masse Tonabnehmer (g)
C = Compliance / Nadelnachgiebigkeit (µm/mN)

Anmerkungen:
  • Je nach Angabe der Hersteller zum passenden Tonarm muss bei Mta noch das Gewicht der Headshell addiert werden)
  • Die Compliance wird überlicherweise in der Einheit "µm/mN" bei 10 Hz angegeben. Wenn diese bei 100 Hz angeben wird, dann sind für die Umrechnung nach 10 Hz wohl nochmal ca. 90 % des Wertes dazu zu addieren. Wie man darauf genau kommt, also die Herleitung, ist mir persönlich nicht klar. Jedoch findet man hier an verschiedenen Stellen im Netz diese Angabe. Vielleicht können ja die Physiker oder Elektrotechniker hier im Forum dies genau erläutern.
  • Teilweise wird die Compliance von Hersteller, wie beispielsweise von Audio Technica auch in der Einheit "cm/dyn" angeben. Dies lässt sich jedoch leicht umrechnen, da 1 dyn = 10 µN.

Beispiel:
Die Compliance für den Tonabnehmer "Audio Technica AT-5V" wird angegeben mit den Wert:
C = 8,0 x 10^-6 cm/dyn (bei 100 Hz)
Dies ergibt nach Umrechnung:
C = 8 x 10^-8 m/10 µN (bei 100 Hz)
= 8 x 10^-9 m/µN (bei 100 Hz)
= 8000 µm/1000 mN (bei 100 Hz)
= 8 µm/mN (bei 100 Hz)
= 15,2 µm/mN (bei 10 Hz)
Bei einem Tonarm mit dem Gewicht Mt = 12 g und dem Gewicht des Tonabnehmers "Audio Technica AT-5V" mit Mta = 6,1 g ergib sich somit eine Resonanzfrequenz F = 9,6 Hz.

Gruß und viel Spaß beim Berechnen der Resonanzfrequenz Eurer eigenen Tonarm-Tonabnehemer-Kombination!

Stephan
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Beitragvon wgh52 » 27.01.2017, 18:04

Hallo Stephan,

ganz herzlichen Dank für die Zusammenstellung der Fakten, Formeln und Beispiele! Damit kann man 'was anfangen und manches vielleicht besser verstehen oder nachvollziehen.

Es gibt für viele System/Arm Kombinationen auch Tabellen auf vinylengine.com, dann braucht man nicht zu rechenen :wink:

Einstieg ist die Cartridge Database, wo man das verwendete System suchen kann und dann viele Daten des Systems angezeigt bekommt, die man sonst im Datenblatt finden müsste.

Für mein Benz ACE H wird z.B. dynamische Nachgiebigkeit mit 15 x 10exp-6 cm/dyn angegeben.
Clickt man jetzt auf die grau unterlegte Wertangabe öffnet sich ein Nomogramm in dem man rot, gelb, grün unterlegte Ergebnisse für die zu erwartende Tiefenresonanz in Abhängikeit von der Tonarmmasse bekommt.
In meinem Falle, dem EPA-A501H, ergibt die Tonarmmasse von 8g eine Resonanz um 10 Hz.

Grüße,
Winfried

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Beitragvon vadda-mh » 27.01.2017, 18:17

Damit kann man 'was anfangen und manches vielleicht besser verstehen oder nachvollziehen.

...oder genau das Gegenteil davon :oops:

Grüße
Carsten
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Beitragvon wgh52 » 27.01.2017, 18:39

Hallo Carsten,

es wäre eher zielführend wenn Du konkret sagen würdest was Du nicht verstehst. So wie geschrieben ist Dein Beitrag nicht konstruktiv und bringt uns überhaupt nicht weiter! Stelle also bitte Deine Fragen!

Also, um uns hier weiterzubringen lieber nochmal zur Vinylengine:

Ich konnte vorhin keine Bilder mehr einstellen darum jetzt...

wgh52 hat geschrieben:Einstieg ist die Cartridge Database, wo man das verwendete System suchen kann und dann viele Daten des Systems angezeigt bekommt, die man sonst im Datenblatt finden müsste. Für mein Benz ACE H wird z.B. dynamische Nachgiebigkeit mit 15 x 10exp-6 cm/dyn angegeben.

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wgh52 hat geschrieben:Clickt man jetzt auf die grau unterlegte Wertangabe öffnet sich ein Nomogramm in dem man rot, gelb, grün unterlegte Ergebnisse für die zu erwartende Tiefenresonanz in Abhängikeit von der Tonarmmasse bekommt.
In meinem Falle, dem EPA-A501H, ergibt die Tonarmmasse von 8g eine Resonanz um 10 Hz.

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Ergebnis: Die Arm/System-Kombination sollte tiefenresonanzmässig gut funktionieren.

Grüße,
Winfried

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Beitragvon wgh52 » 27.01.2017, 18:58

Hallo Carsten,

mir kommt's so vor, als wäre Folgendes Deine Fragestellung gewesen:

vadda-mh hat geschrieben:Hallo zusammen,

ich suche derzeit auch einen neuen MM-TA für meinen Dreher. Aktuell habe ich im Wechsel auf meinem Wega P4410 (bzw. Sony PS 4750, sind baugleich) ein altes Tenorel T2001D (löst recht nett auf, relativ gute räumliche Abbildung aber für mein Empfinden zu schlank) und ein AT5V (für nen Hunni sehr gut, wenn auch für mich mit zu wenig Auflösung und unten rum mit relativ dicker Buxe 8) ).

Ich habe im Inet nix bzgl. der eff. Tonarmmasse des Wega gefunden (auch die BDA schweigt sich hier aus) und habe demzufolge keine anständige Basis für eine TA-Suche. Hat jemand eine Empfehlung? Mein Pre ist übrigens ein Musical Fidelity M1 Vinl an Nubert A300.

Dank und Gruß
Carsten

ich habe mal die Vinylengine für Dich angeworfen:

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Resultat: Dein Tenorelsystem braucht einen Tonarm mit effektiver Masse zwischen 4 und 10 g um im optimalen Bereich zu resonieren. Ein neues System sollte also folglich Massen- und Nachgiebigkeitswerte haben, die im ähnlichen Bereich liegen. Mit einer Tiefenresonanzmessung (Testschallplatte) könnte man wegen der jetzt bekannten Compliance des Systems sicherlich von der aktuellen Resonanz auf die Tonarmmasse des Wega schließen (Formeln umstellen halt :wink: ).

Grüße,
Winfried

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Beitragvon vadda-mh » 27.01.2017, 19:18

es wäre eher zielführend wenn Du konkret sagen würdest was Du nicht verstehst. So wie geschrieben ist Dein Beitrag nicht konstruktiv und bringt uns überhaupt nicht weiter

Mein Beitrag sollte weder konstruktiv sein noch jemanden weiter bringen. Er sollte lediglich zum Ausdruck bringen, dass ich vieles mangels technischem Verständnis nicht nachvollziehen kann...

Dein Tenorelsystem braucht einen Tonarm mit effektiver Masse zwischen 4 und 10 g um im optimalen Bereich zu resonieren

Das Tenorel war auf dem Wega montiert, als ich ihn gebraucht gekauft habe. Ob, und wenn ja, welche Gedanken sich der Vorbesitzer gemacht hat, als er sich genau diesen TA ausgesucht hat, kann ich leider nicht sagen. Ist aber auch relativ egal, da ich ja ein anderes System suche. Und da ging es mir eigentlich nur um Empfehlungen. Hätte ja sein können, dass jemand zufällig die Tonarmmasse des Wega/Sony kennt oder aber, unabhängig von der theoretisch korrekten Resonanzfrequenz, eine guten Tip hat.

Grüße
Carsten
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Beitragvon vadda-mh » 27.01.2017, 19:22

Danke dir nochmal Winfried für deine ausführliche Erklärung bzgl. Vinylengine. Deinen geänderten Beitrag hatte ich soeben noch nicht gesehen.

Grüße
Carsten
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Beitragvon nemu » 27.01.2017, 20:18

Hallo Winnfried,

danke für die Erläuterung der "Vinylengine". Ist ein klasse Werkzeug.

Gruß Stephan
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Beitragvon Hans-Martin » 27.01.2017, 20:30

Hallo Carsten,
wenn das Tenorel mit 7g und das Wega/Sony Headshell schon mit 7,5g angegeben sind (beide zusammen 14,5g), müsste die Verbindung Tonarmlager bis Headshell eine negative Masse haben, um das Ideal nach Tabelle zu erreichen.
Um die effektive Masse herauszufinden, könnte man die alten HiFi-Stereophonie Hefte der Jahre um 1977 herum nach Testberichten durchsehen. Da wurde oft die Tonarmresonanz gemessen. Aus den Werten des Tonabnehmers dann wieder zurückrechnen...

Der einfachste Weg wäre mMn, die Auflagekraft auf einen geringeren Wert einzustellen, vielleicht um 0,5p (heute 5mN), dann mittels Soundkarte/Rechner das Signal vom Plattenspieler aufnehmen (Mikrofoneingang ohne Phantomspeisung), welches sich ergibt, wenn man den Arm aus geringer Höhe auf den Plattenteller fallen lässt. Es wird eine gedämpfte Schwingung* geben, die von der diskutierten System/Tonarmresonanz eindeutig geprägt wird.
Mit Audacity das Signal verstärken und zoomen, den zeitlichen Abstand zwischen den Nulldurchgängen auslesen und der Kehrwert der Zeit ist die Frequenz.
Grüße Hans-Martin

*ich habe von einem Mitforenten Vinylrips zur Beurteilung bekommen, da finde ich in leisen Partien (nach dem Ausklingen, vor Beginn des neuen Satzes) bei 40dB Verstärkung kleine Knackser, die auch sehr schön diese Resonanz aufzeigen. Parallel dazu ist die Spektralanalyse von Audacity mein bevorzugtes Instrument.
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Beitragvon wgh52 » 28.01.2017, 23:48

Hallo Hans-Martin,

Hans-Martin hat geschrieben:... wenn man den Arm aus geringer Höhe auf den Plattenteller fallen lässt. Es wird eine gedämpfte Schwingung* geben, die von der diskutierten System/Tonarmresonanz eindeutig geprägt wird ...
Das Geniale liegt wiedermal im Einfachen! :cheers:
...und es ist eigentlich auch naheliegend ein Masse/Feder System durch einen "Stoß" anzuregen und die Antwort zu messen :roll:

Danke für den Tipp!
Grüße,
Winfried

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Beitragvon Sire » 29.01.2017, 16:59

Hallo Hans-Martin,

... wenn man den Arm aus geringer Höhe auf den Plattenteller fallen lässt. Es wird eine gedämpfte Schwingung* geben, die von der diskutierten System/Tonarmresonanz eindeutig geprägt wird ...


das habe ich gerade mal an meinem Braun PS358 mit Shure M97xE ausprobiert. Ergibt in diesem "Fall" :wink: eine Resonanz vom 8,12 Hz, wenn ich die Zeit messe. Das stimmt nun wiederum mit der Frequenzanalyse überein, die ich mit Audacity ebenfalls gemacht habe. Gestern hatte ich schon mal einen Versuch mit Frequenzanalysen von einfachen LP-Aufnahmen gemacht. Da hatte ich ebenfalls Werte zwischen 8 und 9 Hz. Allerdings gab es da Schwankungen von Aufnahme zu Aufnahme, weshalb ich dem Verfahren nicht so recht trauen mochte. Dieses hier scheint aussagekräftige Werte zu liefern, die reproduzierbar sind.
Wenn ich also richtig gemessen und ausgewertet habe, dann sollte die effektive Masse des Braun-Tonarms bei 13,75 g liegen. Insofern die Compliance des Shure tatsächlich bei den angegebenen 20 liegt... Es könnte aber mbMn alles so hinkommen.

Viele Grüße Klaus
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Beitragvon Melomane » 29.01.2017, 17:04

Hallo,

seid doch so nett und postet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für Doofe:

1. Man nehme eine alte Platte, lege die auf den Plattenteller und "schmeiße" den Tonarm drauf. Mit Lift oder ohne?
2. Den "Fall" digitalisiere man.
3. Lade die Aufzeichnung in Audacity.
4. ... (bitte genaue Menüoptionen und was man damit anfängt)

x. Man sagt Danke an die Ersteller. ;)

Gruß

Jochen
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Beitragvon Sire » 29.01.2017, 17:21

Hallo Jochen,

ich versuche es mal (und hoffe auf Martins Korrekturen):

1) Plattenspieler an Vorverstärker an Soundkarte an PC
2) Tonarmauflagekraft auf 0.5 reduzieren, Antiskating auf 0
3) Aufnahmeprogramm im PC starten
4) Tonarm aus geringer Höhe auf die Platte fallen lassen (ohne Lift)
5) Aufnahme stoppen
6) Aufnahme in Audacity importieren
7) Dort Aufnahme mit dem Lupenwerkzeug vergrößern
8 ) Mit dem Auswahlwerkzeug den Abstand zwischen den Nulldurchgängen markieren
9) Unten in der Leiste die Anfangs- und Endzeiten der Markierung ablesen
10) Den reziproken Wert der ermittelten Zeit errechnen = Frequenz
edit: Bei ergab sich ein Wert, der ziemlich niedrig lag, so um die 0,016. Den habe ich mehrfach oktaviert (also verdoppelt), bis ich bei 8,12 gelandet bin. Was mit der Frequenzanalyse übereinstimmt.

Alternativ: Den aufgenommenen Impuls markieren und im Menü "Frequenzanalyse" wählen. Die angezeigte Spitze ist die Resonanzfrequenz. (edit: "Frequenzanalyse" befindet sich in der Menüleiste unter "Analyse")

Viele Grüße Klaus
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