Igły we wkładkach gramofonowych

Termin igła gramofonowa bywa różnie rozumiany, zależnie od kontekstu. Bardzo często chodzi o cały wymienny moduł wkładki gramofonowej. W tym artykule skupimy się na igle jako takiej, na samej szpilce, której jeden koniec jest osadzony we wsporniku, a drugi koniec jest odpowiednio oszlifowany i śledzi zapis w rowku płyty.

Igły stosowane we wkładkach gramofonowych wykorzystują różne rozwiązania konstrukcyjne, co daje różne kombinacje wad i zalet. Oprócz samej jakości odtwarzania ważne są też takie aspekty jak zużycie płyt, zużycie samych igieł, tolerancja na odstępstwa od prawidłowego ustawienia wkładki, tolerancja na zabrudzenie płyt i oczywiście cena. Każdy typ igły daje inny kompromis, inne zestawienie wad i zalet. W kartach katalogowych najczęściej podana jest tylko informacja określająca kształt końcówki igły, czyli tak zwany szlif. Sprawa jest jednak bardziej złożona. Rodzaj szlifu ma oczywiście bardzo duże znaczenie, ale to nie jedyna warta uwagi cecha konstrukcyjna.

Kilka wstępnych informacji.
Zanim przejdziemy do omówienia wad i zalet różnych rodzajów igieł warto zrobić małe zestawienie ogólnych informacji dotyczących pracy igły, co pomoże w zrozumieniu całokształtu zagadnienia.
1. Ważnym celem jest minimalizacja masy igły. Pamiętajmy, że igła powinna odtworzyć pełne pasmo akustyczne, co wymaga wykonania co najmniej 20 tysięcy drgań na sekundę.
2. Powierzchnia styku igły z płytą nie może być zbyt mała. Nacisk dla płyt drobnorowkowych ustawiamy zwykle na około 1,5g do 2g, co może się wydawać niedużą wartością. Ale ten nacisk rozkłada się na małą powierzchnię styku równą maksymalnie kilkadziesiąt mikrometrów kwadratowych, a ciśnienie na ścianki rowka jest jednak duże.
3. Końcówka igły nie może być zbyt mała ani zbyt duża. Igła ma pracować śledząc ścianki rowka, nie powinna sięgać dna rowka i nie może też wchodzić w rowek zbyt płytko.
4. Prędkość obrotowa płyty jest stała, co powoduje, że w pobliżu środka płyty zapis jest bardziej zagęszczony i trudniej go precyzyjnie odczytać. Różnica pomiędzy skrajami płyty jest mniej więcej dwukrotna.

Oprócz tego warto jeszcze zwrócić uwagę na dwie sprawy dotyczące sposobu opisu igieł.
1. W opisie wymiarów igieł stosuje dwa systemy miar. Niektórzy trzymają się systemu metrycznego i podają wymiary mikrometrach. Bardzo popularną jednostką jest też mil, czyli jedna tysięczna cala (25,4µm).
2. Na rynku jest wiele rodzajów igieł, których szlify określne są firmowymi nazwami, także zachodzi wówczas potrzeba dokładniejszego przestudiowania materiałów w celu ustalenia z jakim rodzajem konstrukcji mamy do czynienia.

Igły nude i bonded (nagie i klejone)
Stosowane są dwa rodzaje budowy igieł. W jedej konstrukcji cała igła jest wykonana z diamentu. Tego typu igły są w literaturze anglojęzycznej określane słowem nude (nagie). W drugiej konstrukcji diamentowy jest tylko sam czubek, a reszta igły wykonana jest z metalu. Takie igły są określane słowem bonded lub jointed lub tipped diamond (klejone). Podane w nawiasach polskie odpowiedniki terminów angielskich są dość słabo utrwalone, także często stosuje się oryginalną wersję angielską.

W tym przypadku hierarchia jest jasno określona. Lepsze są igły nagie (nude) ponieważ mają one niższą masę. Być może nasunęła się Państwu myśl, że proces łączenia metalowej szpilki z diamentową końcówką komplikuje produkcję i zwiększa koszty. W rzeczywistości produkcja metalowej części igły oraz połączenie z diamenetowa końcówką to proste i tanie opercje. To igły nude są droższe, ponieważ trudniej jest obrobić całą diamentową igłę. Żeby nie było kłopotów z osadzeniem w pełni diamentowej igły we wsporniku obróbka musi być precyzyjna. Konstrukcja z metalową szpilką zakończoną diamentową końcówką jest stosowana w igłach sferycznych i eliptycznych, natomiast nie spotkaliśmy jej w połączeniu z bardziej zaawansowanymi szlifami.

Łączenie igły ze wspornikiem
Ponieważ koncentrujemy się tu na samych igłach nie będziemy pisać o wspornikach. Trzeba jednak wspomnieć, że stosowane są różne rodzaje połączenia igły ze wspornikiem. Igła musi być obrobiona stosownie do zaplanownego sposobu montażu we wsporniku. Generalnie produkcja igły okrągłej w przekroju jest tańsza i ławiejsza, ale w tym przypadku łatwiej też popełnić błąd przy ustawieniu igły. Natomiast kiedy kwadratowa igła jest osadzana w laserowo wykonanym otworze we wsporniku, to zapewniona jest wysoka precyzja geometrii ustawienia, ale rodzi to dodatkowe koszty.

Grupy szlifów
Ze względu na zróżnicowanie sposobu oszlifowania końcówki igły wyróżniamy cztery rodziny. Poczynając od najtańszych rozwiązań mamy najpierw igły sferyczne, w drugiej kolejności eliptyczne, potem różne profile z rodziny contact-line i w końcu najbardziej egzotyczne z rodziny micro-line / micro-ridge. Omówimy skrótowo każdą rodzinę.

W igłach sferycznych (ang. spherical, conical) końcówka najpierw zwęża się stożkowo i na samym końcu jest oszlifowana na kształt kuli. Promień tej kuli w różnych igłach jest zawsze podobny i dla płyt drobnorowkowych ma wartość około 0,6-0,7mil (dla płyt gruborowkowych 78rpm stosowany jest promień około 2,5mil). Ten promień jest co prawda zbyt duży by zapewnić dokładne śledzenie zapisu o wysokich częstotliwościach bliżej środka płyty, ale nie ma w zasadzie pola manewru dla jego zmiany. Żeby zapewnić odpowiednio dużą powierzchnię styku i żeby igła nie wchodziła w rowek ani zbyt płytko ani zbyt głęboko trzeba trzymać się typowego rozmiaru.

Igły eliptyczne jak wskazuje sama nazwa są oszlifowane na kształt elipsy. Kierunek ustawienia elipsy jest zawsze taki sam - elipsa jest rozciągnięta w poprzek rowka. Dzięki temu powierzchnie stykające się ze ściankami rowka mają zaokrąglenie o mniejszym promieniu niż kula. Chodzi o to aby dokładniej śledzić drobne sfalowania rowka, które są zbyt małe aby zmieściła się w nich igła sferyczna. W specyfikacjach igieł eliptycznych podaje się dwa promienie określające kształt elipsy. Większa wartość promienia jest podobna we wszystkich igłach eliptycznych i taka sama jak w igłach sferycznych. Natomiast wartość promienia mniejszego łuku jest pewnym wyznacznikiem klasy igły. Najtańsze igły eliptyczne są niewiele lepsze od sferycznych, w dalszym ciągu mają spory promień na powierzchni styku i nie są oszlifowane zbyt precyzyjnie. Natomiast wysokojakościowe igły eliptyczne są precyzyjnie oszlifowane, mają mały promeń na powierzchni styku z rowkiem i dają sporą poprawę w stosunku do sferycznych. Typowe wartości promieni elipsy wynoszą:
10*18 µm (0,4 * 0,7 mil) w igłach klasy podstawowej
8*18 µm (0,3 * 0,7 mil) w igłach średniej klasy
5*18 µm (0,2 * 0,7 mil) w igłach wysokiej klasy
Jeśli igła jest określona jako hipereliptyczna to raczej mamy do czynienia ze szlifem należącym do grupy omówionej w następnej kolejności, czyli contact-line.

Szlify contact-line to kolejny krok w procesie udoskanalania igły. Pierwszym szeroko znanym i komercyjnie rozpowszechnionym szlifem z tej rodziny jest Shibata, choć źródła podają, że już w późnych latach 1950-tych bez powodzenia próbowano wprowadzić na rynek podobne rozwiązanie o nazwie Pyramid. Współcześnie spotykane nazwy handlowe to oprócz Shibata także Hyper Elliptical, Stereohedron, Line Contact, Fine Line.

Szlif Shibata opracowano pod kątem konkretnej aplikacji, czyli płyt kwadrofonicznych wymagających pasma przenoszenia do 45kHz. Nie tylko trzeba było zapewnić śledzenie drobniejszych zafalowań rowka, ale też zadbać by ten subtelny zapis nie uległ zbyt szybkiemu zużyciu, a więc ważne było zmniejszenie ciśnienia na ściany rowka. Jak wiadomo kwadrofoniczne płyty winylowe się nie przyjęły, ale opracowane dla nich kształty igły zdobyły jednak poplarność jako wysokojakościowe rozwiązanie do odtwarzania zwykłych płyt stereo. Krzywizna igły na stylu z rowkiem jest różna dla poszczególnych szlifów, ale jej promień jest podobny lub nieco niższy niż dla najlepszych igieł eliptycznych.

Igły micro-line / micro-ridge to najbardziej zaawansowane konstrukcje. Tego typu szlify jeszcze dokładniej powielają pracę głowicy nacinającej płyty. Do ich opracowywania i produkcji wykorzystywane są nowoczesne techniki jak modelowanie komputerowe czy laserowa obróbka diamentów. Spotykane nazwy handlowe to między innymi Micro Line, Micro Ridge, VanDenHull, FritzGeiger, SAS. Krzywizna igły na stylu z rowkiem jest też zróżnicowana dla poszczególnych szlifów, ale jej promień jest zwykle równy około 2/3 typowych wartości spotykanych dla contact-line.

Kontakt igły z rowkiem
Już wspomnieliśmy, że trzeba zapewnić niezbędne minimum powierzchni styku igły z rowkiem, a poza tym wskazane jest by kształt igły pozwalał się jej wcisnąć w najdrobniejsze zagłębienia na ściance rowka. Powierzchnia styku igły z rowkiem to sprawa wymagająca dodatkowego komantarza. Zależnie od rodzaju szlifu zmienia się zarówno wielkość pola jak i kształt powierzchni styku igły z rowiekim. Sferyczne igły mają kolisty obszar styku z rowkiem. Igły eliptyczne mają powierzchnię styku węższą i rozciągniętą w pionie. Zaawansowane szlify jeszcze dalej pogłębiają tą tendencję.

Łatwość ustawienia
Wyższa cena niestety nie jest jedyną wadą zaawansowanych szlifów. Generalnie należy się liczyć z tym, że zaawansowane szlify będą wymagały bardziej precyzyjnego ustawienie wszystkich kątów i antyskatingu. Błędy w ustawieniu wkładki zawsze powodują pogorszenie jakości odtwarzania. Straty będą jednak mniejsze kiedy wykorzystujemy igły sferyczne czy eliptyczne, a w przypadku wkładek contact-line czy micro-ridge pogorszenie będzie większe. Kupując drogą wkładkę z takim szlifem warto z większą pieczołowitością zadbać o precyzyjne ustawienie.

Stan płyty, zużycie płyt i igieł
Zróżnicowanie powierzchni styku igły ma jeszcze dalej idące konsekwencje. Większe i bardziej rozciągnięte powierzchnie styku zaawansowanych szlifów powodują, że igła zbiera więcej brudu z rowka, a więc ważniejsze staje się utrzymanie płyt w czystości. Mamy więc kolejny obszar gdzie droższe igły stawiają przed użytkownikiem większe wymagania.

Igły i płyty zużywają się w trakcie pracy. Poza tym różne uszkodzenia płyt mogą powstawać bez związku z odtwarzaniem. Igły sferyczne same zużywają się najszybciej i najszybciej niszczą też płyty. Nieznacznie lepsze są eliptyczne. Natomiast igły contact-line i micro-ridge są pod tym względem sporo lepsze i dla zaawansowanych kolekcjonerów, którzy chcą zadbać o swoje cenne płyty właśnie takie wkładki są wskazane. Pewną ciekawostką jest też fakt, że niektóre szlify micro-ridge funkcjonują dobrze do pewnego momentu, a potem ich zużycie przyspiesza.

A co z odtwarzaniem płyt, które już mają jakieś uszczerbki? Podobnie jak to było z płytami zabrudzonymi, mniejsza powierzchnia styku może czasami dać pewną przewagę igłom sferycznym, ale tylko w niektórych, sprzyjających przypadkach. Za to jeśli stan rowka jest pogorszony właśnie przez wielokrotne odtwarzanie przez igły sferyczne, to dzięki rozciągniętej powierzchni styku igła z zaawansowanym szlifem ma szansę wykorzystać te części rowka, które jeszcze nie zostały zużyte przy pracy z igłą sferyczną. Tak więc nie można wskazać szlifu najlepszego na wszystkie okazje - sytuacja będzie się zmieniać zależnie od stanu płyty i rodzaju jej niedoskonałości.

* * * * * * *

Wszelkie informacje o igle zastosowanej w danej wkładce są cenne. Trzeba jednak mieć na względzie, że igła jest tylko jedną części większego układu i sama w sobie nie przesądza o finalnej jakości. Jeśli wkładka z igłą eliptyczną spodoba się Państwu bardziej od wkładki z igłą Shibata, można zaufać swoim uszom i nie trzeba się kierować żadną teoretyczną hierarchią.