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  • Domenica 14 Giugno 2009 14:07
  • Ultimo aggiornamento Domenica 28 Giugno 2009 10:02
  • Scritto da David Guanciarossa

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Il fonorivelatore

 

Importanza della testina

Le sorgenti sonore fondamentali adoperate per l'ascolto di musica in un impianto HiFi sono principalmente tre: I1 disco, le trasmissioni radio a Modulazione di Frequenza ed il nastro. Sebbene il numero di sintonizzatori a M.F. e di registratori sia in continuo aumento, il disco rimane la fonte più diffusa, non tanto per le sue doti tecniche, quanto per la praticità di uso, per le vaste possibilità di scelta nell'acquisto ed anche per il costo relativamente basso.

Per queste ragioni ogni impianto comprende un giradischi o cambiadischi dotato di un FONORIVELATORE.

L'importanza della TESTINA sta nel fatto che per mezzo di essa avviene il primo contatto della catena HiFi con la fonte sonora esterna (in questo caso il disco).

fonorivelatore

Cosa è un Pick up

Osserviamo innanzitutto che questo contatto è di tipo meccanico, infatti la «lettura» del disco avviene mediante una minuscola puntina di materiale duro (generalmente diamante) che scorre nel solco gia inciso. Seguendo le ondulazioni impresse nel solco la puntina può muoversi verticalmente e lateralmente per oltre 30.000 volte in un secondo. Essa è legata a un sistema che trasforma le vibrazioni in un paio di segnali elettrici che devono avere caratteristiche analoghe a quelle dei movimenti dello stilo (puntina). Inoltre al suo passaggio la puntina deve lasciare il piu possibile inalterate le caratteristiche d'incisione del solco.

Già da queste semplici osservazioni si nota come il meccanismo di una testina sia estremamente delicato e complesso.

Un pick up è provvisto di un elemento mobile, la puntina, sostenuta da un esile asticella montata elasticamente e collegata con il sistema trasduttore vero e proprio.

Esistono molti tipi di rivelatori fonografici, essi si differenziano per il sistema adoperato per trasdurre le vibrazioni meccaniche in oscillazioni elettriche.

Come lo scopo fondamentale della puntina e quello di seguire nel modo più preciso possibile le tortuosità del solco, così quello del trasduttore sta nel convertire le vibrazioni meccaniche in onde elettriche senza modificame la forma, cioè senza esaltare o attenuare suoni o alterarne it timbro. Occorre poi che la tensione prodotta all'uscita sia sufficientemente elevata per non richiedere troppa amplificazione, pertanto il fonorivelatore deve avere anche un buon rendimento.

I pick up recenti sono tutti di tipo stereofonico, perció il dispositivo trasduttore è raddoppiato per ottenere due segnali separati, uno per il canale sinistro e l'altro per il canale destro.

Per quanto riguarda il dispositivo mobile, è intuitivo che aumentando la forza premente della puntina, questa seguira in modo migliore le tortuosità del solco; d'altra parte una pressione elevata deteriora facilmente il disco e la puntina stessa.

Di qui il bisogno di avere una massima cedevolezza e una minima massa dell'equipaggio mobile. Massima cedevolezza affinchè alle frequenze basse la puntina possa avere ampie escursioni senza essere frenata dal sistema di sospensione. Minima massa cosicchè alle frequenze medie e alte le forze agenti sulla puntina diano accelerazioni sufficientemente elevate per farla vibrare velocemente e quindi seguire perfettamente la modulazione dei solchi.

Per questo motivo, quando un pick up è adoperato ad un peso insufficiente si ha distorsione nei suoni acuti. Allora le forze agenti sulla puntina non bastano ad imprimere alla sua massa le accelerazioni volute (F=m . a). Quindi a frequenze elevate la puntina non ce la fa a seguire le ondulazioni del solco.

Accenniamo ora ai vantaggi di una puntina ellittica rispetto a quella conica. Lo stilo incisore dei dischi è a sezione triangolare; durante l'incisione di un'onda sinusoidale di frequenza elevata esso scava un solco che ha larghezza massima in corrispondenza della massima escursione dello stilo e minima quando questo taglia il centro dell'oscillazione. Ciò è dovuto al fatto che lo stilo vibra sempre in senso radiale rispetto al disco che gira. (Vedi figura).

puntina nel solco

Quindi il solco inciso non ha larghezza costante, ma massima verso gli estremi e minima verso il centro della oscillazione.

Quando una puntina conica segue un solco di larghezza variabile, accade che nei tratti in cui questo è più largo la puntina penetra maggiormente, mentre dove il solco si restringe il cono della puntina costretto a risalire. Si ha allora un movimento verticale indesiderato (pinch effect) dello stilo, che talora non riesce a seguire la traccia e salta le oscillazioni incise a frequenze alte causando distorsione e fruscio (shock noise).

Una puntina ellittica la cui sezione disposta con l'asse maggiore in senso trasversale rispetto al solco, si insinua meglio tra le tortuosità di esso, mantenendo così un movimento verticale molto ridotto rispetto a quello di una conica, con conseguente riduzione di distorsione.

Qualità e difetti dei pick up piezoelettrico e magnetico

Il tipo di pick up più diffuso e quello a cristallo, esso viene montato sulla totalità dei giradischi economici, non soltanto per il costo piuttosto basso, ma perchè ha un rendimento più elevato rispetto agli altri tipi. Avendo il
sistema a cristallo una discreta sensibilità (100-600 mV/cm al secondo) ilsegnale non ha bisogno di alta amplificazione e permette di risparmiare nel numero degli stadi dell'amplificatore al quale e collegato, con notevole miglioramento del rapporto segnale/ rumore.

Nell'Alta Fedeltà questo tipo di testina non è adoperato a causa della insoddisfacente risposta alle frequenze elevate e al tasso di distorsione che introduce.

Largamente impiegati negli impianti HiFi sono i fonorivelatori di tipo magnetico (riluttanza variabile, magnete mobile, bobina mobile, magnete indotto); la loro quanta di riproduzione è ottima, ma a causa della presenza di magneti ed avvolgimenti il problema fondamentale nella progettazione di questo tipo di testina sta nella riduzione del peso. Il sistema di trasduzione magnetica ha poi un rendimento minore del tipo a cristallo ed il bisogno di riduzione del peso degli avvolgimenti e del magnete peggiora ancora di più la sensibilità di questi pick up (0,5-5mV/cm sec). Oltre la bassa sensibilità le cartucce magnetiche pongono un altro problema, quello del rumore che direttamente captano gli avvolgimenti dal campo elettromagnetico generato dal motore e dalle parti in movimento del giradischi. Le moderne testine hanno efficienti schermature, ma rimane di fatto che anche i1 giradischi deve essere di buona qualità per poter adottare questo tipo di pick up.

Le ditte specializzate nella costruzione di testine si sforzano di migliorare continuamente i loro prodotti ed oggi si e giunti ad ottenere fonorivelatori magnetici di peso minimo e con equipaggi mobili di altissima elasticità e massa molto ridotta. Pertanto la qualita dei migliori modelli magnetici non è stata ancora superata, neppure adottando tipi particolari.

I pick up a condensatore, a semiconduttori, a fotocellula hanno ottenuto risultati lusinghieri, ma rispetto ai tipi tradizionali hanno lo svantaggio di necessitare di un'apparecchiatura ausiliaria che 1i alimenti.

Ricapitolando:

Per raggiungere una buona qualità di ascolto occorre adoperare una testina magnetica, ma ne derivano alcuni svantaggi:

- Occorre una maggiore amplificazione, quindi una maggior attenzione al problema del rapporto segnale/rumore nel preamplificatore.
- Un giradischi con motore silenzioso che non «induca» rumore nel rivelatore.
- Un braccetto perfezionato per sostenere la testina senza introdurre né fenomeni d'attrito né di risonanza nocivi alla riproduzione.

Per completare questo quadro, occorre citare che esistono eccezionali testine piezoelettriche (generalmente ceramiche), che hanno eccellente qualità, ma non possono essere considerate di tipo piezoelettrico tradizionale, perche hanno in pratica caratteristiche simili a quelle dei modelli magnetici (p. es. balsa sensibilità) e quindi hanno le stesse esigenze d'impiego.

Caratteristiche dei pick up

Esiste in commercio una vasta gamma di testine ed un primo criterio per la scelta può essere quello di osservare i dati allegati alla presentazione del vari modelli.

Per poter interpretare le informazioni fornite dalle case, occorre aver chiaro il significato delle caratteristiche importanti citate nei listini.

Di seguito ne vengono riportate alcune con spiegazioni ed esempi:

Risposta di frequenza:
Esprime il livello d'uscita alle varie frequenze relativo a quello di una frequenza centrale (di solito 1.000 Hz) preso come campione. Spesso le ditte danno le frequenze estreme di questa banda di risposta e l'intervallo fra livello minimo e massimo del segnale espresso in piu o meno decibel (± dB).
Naturalmente piu la gamma di frequenze riprodotta e vasta e il livello d'uscita e costante, migliore e la qualità della testina.
Talvolta nelle caratteristiche si legge solo la banda di frequenze, questo dato non è molto indicativo perchè manca l'intervallo di livelli in decibel, perciò non è possibile giudicare la linearità della risposta.

Livello d'uscita o sensibilità:
Indica la tensione d'uscita (in millesimi di volt=mV) in funzione della velocità di modulazione (in cm/sec). Perciò per raffrontare la sensibilità di due testine occorre provarle su solchi incisi a ugual velocità.
NOTA: Non bisogna confondere la velocità d'incisione, cioè quella della vibrazione della puntina, con quella di rotazione del disco. (La velocità di modulazione è generalmente intorno ai 5 cm/sec, ma può raggiungere anche 25­30 cm/sec in momenti in cui la riproduzione è a livelli alti. (P.es. nei picchi orchestrali).
Esistono pick up con livelli d'uscita dell'ordine di 4mV per cm/sec e altri con livelli d'uscita molto minori. Quest'ultimi sono di miglior qualità. (come in precedenza citato, diminuendo la massa del sistema mobile si abbassa la sensibilità), ma esigono l'uso di altri componenti di pari livello.

Bilanciamento tra i canali:
Ci dà il rapporto (in dB) fra il livello d'uscita di un canale e quello dell'altro quando entrambi sono pilotati da segnali di uguale intensità. E' bene che questo rapporto sia il più possibile vicino all'unita (pari a 0 dB) per non avere sbilanciamento tra i canali. E' tollerabile un bilanciamento migliore di 3 db. Cioè un rapporto di tensioni minore di 1,41.

Separazione:
Anche questa esprime un rapporto tra l'uscita di un canale e l'altro, ma si misura con un solco inciso su uno solo dei due canali. Sull'altro canale si deve ottenere un segnale di livello minore possibile. Ciò affinchè nella stereofonia i suoni del canale sinistro non vengano miscelati con quelli del destro.
La separazione diminuisce sempre più andando dalle frequenze centrali verso quelle estreme. Un rapporto di diafonia di 20 dB (10 volte in tensione) nella gamma di frequenze tra 300-6.000 Hz è già da considerarsi accettabile.

Cedevolezza o elasticità (in inglese Compliance):
E' lo spostamento compiuto dalla puntina quando viene sottoposta all'azione di una forza. Esistono la cedevolezza orizzontale e verticale, secondo la direzione della forza applicata. La elasticità si misura in centimetri per dyn. Quando una puntina e soggetta alla forza di 1 dyn, lo spostamento e molto inferiore al centimetro (dello ordine dei milionesimi di cm); perciò questo indice di cedevolezza si rappresenta con un numero moltiplicato per 10-6 (milionesimi) di cm/dyn.
Per esempio l'equipaggio mobile di un pick up può avere la cedevolezza di 18 x 10-6 cm/dyn.
La compliance di per se stessa non è un indice della qualità di riproduzione di una testina, ma è strettamente legata al peso stabilito per riprodurre dischi. Le migliori cartucce tracciano a pesi bassi (1-1,5 grammi), quindi devono avere un indice di elasticità elevato.

Tracking ability («Capacity di tracciare»):
E' un termine coniato da una fabbrica americana e indica la capacità di una puntina a seguire perfettamente il solco inciso a velocità sempre piu alta, su una vasta gamma di frequenze e a una pressione stabilita.
Naturalmente una puntina che riesce a «tracciare» un solco avente una certa velocità di modulazione a un peso inferiore rispetto a quello di una altra dovra considerarsi migliore.
Secondo la ditta che ha inventato questa misurazione, la «trackabilità » è. la caratteristica piu indicativa della bonta dell'equipaggio mobile di un fonorivelatore, racchiudendo tutti i fattori che influenzano la qualità di esso.
Di solito questa caratteristica viene indicata con un numero esprimente la massima velocità di modulazione che la puntina pue seguire a un certo peso e una data frequenza.
Esempio: 24 cm/sec a lg a 1kHz.
Esistono in commercio dischi prova atti alla misura di questa interessante caratteristica.

Angolo di incidenza:
E' quell'angolo che forma l'asse della puntina con la perpendicolare al piano d'appoggio. (Vedi figura).

angolo incidenza

L'angolo di incidenza deve avere una ampiezza di 15°, pari cioè a quella dello stilo all'atto dell'incisione del disco. Sull'angolo d'incidenza influiscono montaggio della testina e la geometria del braccio del giradischi.

Raggio puntina:
Più il raggio della puntina è piccolo, più facilmente questa si insinua fra le tortuosità del solco; nelle zone larghe di esso, però, una puntina troppo piccola sprofonda e non ha più un appoggio regolare sui fianchi. Inoltre uno stilo di dimensioni ridotte è più delicato e non sopporta un peso eccessivo.
Per le puntine coniche vi sono due misure standard del raggio di curvatura: 0,5 millesimi di pollice pari a circa 13µ (1 micron = 1/1000 di millimetro) e 0,7 mil. pari a circa 18µ. La più piccola per pressioni d'appoggio inferiori ai 2g e la pia grande per quelle superior. (Vedi figura).

sezione puntine

Le migliori testine sono invece equipaggiate con puntine biradiali (ellittiche), con raggio di curvatura massimo disposto trasversalmente al solco. Questa forma, come abbiamo chiarito in precedenza, permette allo stilo di seguire perfettamente l'incisione. I raggi di curvatura pia adoperati sono di 0,7 x 0,2 mil. (pari a 18 x 5 micron). (Vedi figura).

Pressione d'uso:
E' sempre citata sotto forma di un intervallo tra un peso minimo e uno massimo (esempio: 1,5-3 grammi) entro quali può lavorare il fonorivelatore.
Esiste un intervallo di pesi affinchè il pick-up possa essere montato su bracci di diversa qualità. E' molto importante non uscire da questi estremi di pressione indicati dal costruttore. Un peso maggiore oltre che consumare il disco e la puntina può compromettere l'efficienza dell'equipaggio mobile. Un peso inferiore non solo peggiora la riproduzione, ma, al contrario di quanto si crede, logora maggiormente sia puntina che solco. Questo perche il contatto fra i due non è sempre perfetto e la puntina saltellando raschia le superfici incise.

Impedenza e capacità di carico:
Sono caratteristiche elettriche della testina. L'amplificatore al quale un pick up viene collegato deve avere una impedenza d'ingresso pari a quella richiesta (in genere 47 K?), per ottenere risultati migliori nella risposta di frequenza e distorsione. Gli effetti di una mancanza di adattamento della capacità sono analoghi, ma sul valore di questa influiscono anche i fili di collegamento al preamplificatore. I componenti recenti hanno una buona compatibilità di adattamento, sarebbe vantaggioso però che tra le caratteristiche della testina, del giradischi e dell'amplificatore venissero specificate le capacità per rendere ancora più preciso l'accomodamento.

Gianfranco Binari

VARI TIPI DI FONORIVELATORE

Per realizzare il trasduttore sono stati sperimentati tutti i sistemi conosciuti per la trasformazione di energia meccanica in energia elettrica.

Di seguito vengono riportati alcuni tipi dando una rappresentazione alquanto semplificata del loro fun­ionamento.

Rivelatore piezoelettrico a cristallo:
L'asticella porta puntina e collegata meccanicamente con due lamine sovrapposte e incollate di cristallo piezoelettrico. Queste lamine subiscono perciò compressioni ed elongazioni che le deformano continuamente. Per le note proprietà fisiche dei cristalli piezoelettrici si genera tra le due superfici del cristallo una tensione elettrica proporzionale all'intensità della sollecitazione meccanica.

Rivelatore ceramico:
Si basa sullo stesso principio del rivelatore piezoelettrico a cristallo, ma impiega un particolare materiale ceramico (generalmente Titanato di Bario) che e stato reso piezoelettrico artificialmente mediante polarizzazione elettrica. Questo materiale ceramico al contrario dei cristalli non è sensibile a variazioni di temperature e umidita, ma è molto fragile.

Rivelatore magnetico classico:
L'astina che sostiene la puntina èdi ferro dolce, si trova immersa in un campo magnetico generato da un magnete permanente ed è circondata da un avvolgimento di filo elettrico. Alle vibrazioni della barretta portapuntina avvengono variazioni nell'intensità del campo magnetico entro il quale e immersa la bobina, ai capi di questa, per il fenomeno fisico dell'induzione elettromagnetica, si genera una tensione elettrica proporzionale all'intensità e alla velocità di variazione del campo magnetico.

Rivelatore a riluttanza variabile:
E' la realizzazione moderna e allegerita del rivelatore magnetico. Si basa sullo stesso principio, non c'e un avvolgimento intorno alla barretta, ma questa oscilla tra i due nuclei di due bobine laterali. Il magnete permanente e molto ridotto ed e collegato all'asticella nell'estremite opposta alla puntina.

Rivelatori magnetodinamico, elettrodinamico, a magnete indotto:
Anche questi tipi di fonorivelatori sono detti magnetici, poichè ilsegnale d'uscita viene fornito ai capi di una bobina, non però per variazione di intensità di campo magnetico, ma per lo spostamento di direzione del campo rispetto alla bobina (magnete mobile, magnete indotto), o per variazione di direzione della bobina rispetto al magnete (bobina mobile).

Rivelatore a condensatore o elettrostatico:
E' costituito da due sottili lamine metalliche affiancate. La prima fissa e l'altra solidale con l'asta della puntina. Seguendo le vibrazioni di questa, la lamina mobile varia la sua distanza dalla lamina fissa. Si attua così un sistema a capacità variabile, costituendo le lamine due armature di un condensatore. Occorre però trasformare le variazioni di capacita in differenze di tensione. Ciò si attua facendo scorrere attraverso il condensatore una corrente alternata di valore costante e frequenza molto elevata, cosicchè si ottiene una tensione inversamente proporzionale alla capacita. E' indispensabile quindi un generatore esterno che fornisca questa corrente ausiliaria.
Questo e il sistema adoperato con ottimi risultati nei microfoni di elevate qualità, detti appunto microfoni a condensatore. La testina a condensatore non ha ancora una diffusione commerciale, ma una fabbrica giapponese (la Stax) ne ha realizzato un modello ottenendo risultati eccellenti.

Rivelatore a semiconduttori o a resistenza variabile:
L'asticella e collegata a un dispositivo semiconduttore al silicio la cui resistenza elettrica varia in funzione delle pressioni causate dalle vibrazioni della puntina. Facendo scorrere una corrente elettrica attraverso il semiconduttore, si avranno agli estremi di esso variazioni di tensione funzioni di quelle della sua resistenza, causate dalle oscillazioni meccaniche cui viene sottoposto.
II rivelatore a semiconduttori necessita di una corrente di polarizzazione generata da un dispositivo esterno. Alcune realizzazioni di questo tipo di fonorivelatore sono oggi in commercio e danno risultati pari a quelli dei migliori pick up tradizionali.

Rivelatore a cellula fotoelettrica:
E' costituito da un sistema generatore di luce e da un dispositivo a fototransistori. Una corrente viene fatta scorrere attraverso i fototransistor e questi, colpiti da un raggio luminoso di intensità variabile, modificano in proporzione la quantità di corrente polarizzatrice che ai capi di un carico provoca la caduta di tensione utile come segnale d'uscita.
La variazione di quantità di luce adoperata per i fototransistori è regolata interponendo tra questi e la sorgente uno schermo forato collegato meccanicamente all'asticella portapuntina. Come per gli ultimi due sistemi descritti anche questo esige un'alimentazione particolare.



SUONO HIFI STEREO anno 1 - numero 1 maggio 1971

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