Voorwoord. Beste lezer,

Transcriptie

1 Voorwoord. Beste lezer, Voor u ligt mijn meesterstuk, de afstudeeropdracht van de lerarenopleiding werktuigbouwkunde aan de Pedagogisch Technische Hogeschool Windesheim te Zwolle. Wat een meesterstuk zo uniek maakt, is het vrij te kiezen onderwerp dat moet voldoen aan een tweetal eisen, namelijk: een vaktechnische verdieping en een didactisch deel. Ik heb gekozen voor platenspelers, waar ik veel intrinsieke motivatie voor heb. Om iets specifieker te zijn, het ontwikkelen van een toonarm voor platenspelers. Om tegemoet te komen aan het didactische deel, heb ik een handleiding gemaakt om de arm te monteren en af te stellen. Nu ik terugkijk op dit project realiseer ik mij dat ik enorm veel geleerd heb, met name op het gebied van trillingsleer en het tekenen in Solid Works. Ook zijn mijn rekenvaardigheden ontwikkeld, door de berekeningen die ik gemaakt heb tijdens het ontwikkelen van de arm. Dit verslag was zonder de hulp van een aantal mensen niet tot stand gekomen. Vandaar dat ik van de gelegenheid gebruik wil maken om hen hartelijk te bedanken. Dhr. S. Pool, docent van de PTH-Windesheim, voor de tijd en energie die hij in mijn project gestoken heeft. Dhr. T. Gosen, voor het mij wegwijs maken in het tekenprogramma Solid Works. Dhr. A.J. van den Hul van de firma Van den Hul B.V., voor de bereidheid kennis te delen. Dhr. H. Niemeijer van Audio Selectief voor het beantwoorden van mijn vragen. Tot slot, Dhr. M. van t Hof voor de kennismaking met zijn magneetgelagerde toonarm. Ik wens u veel leesplezier. Elburg, juni 2009 Erik Schakelaar

2 Inhoud Voorwoord Inhoud... 2 Inleiding Vooronderzoek Afstelmogelijkheden Azimuth Zenith SRA VTA Overhang Dwarsdruk compensatie Fouthoek Geometrie toonarm Golven en trillingen Golven Transversale golven Longitudinale golven Trillingen Externe trillingen Massatraagheid Arm lagering Radiaal Tangentiaal Toonarm keuze Vaste eisen: Instelbaarheid: Effectieve massa: Variabele eisen: Weegfactoren Vaste eisen integreren Azimuth Zenith SRA, VTA Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

3 2.4.4 VTF Overhang Dwarsdruk compensatie Uitvoering afstelmogelijkheden Het ontwerp Instelmogelijkheid overhang VTA lagering Het koord De magneten Ontwikkelen armbuis, headshell en contragewicht Armdeel Armdeel Het contragewicht Samenstelling Ontwerp boven en onderplaat De bovenplaat De onderplaat Handleiding Conclusie & aanbevelingen: Bronvermelding: Bijlagen Bijlage 1. Traagheidsmoment Bijlage 2. Handleiding Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

4 Inleiding. Dit verslag beschrijft de ontwikkeling van een toonarm voor een platenspeler. Het eerste hoofdstuk beschrijft het vooronderzoek. In dit onderzoek komen onderwerpen als trillingen en golven aan de orde. Doordat de naald trillingen omzet in elektrische signalen, is veel aandacht aan dit onderwerp geschonken. Tevens komt de geometrie van de arm aan de orde, zonder geometrische kennis is het niet mogelijk een arm te ontwerpen. Het tweede hoofdstuk beschrijft het keuzeproces, hierbij met name kijkend naar de lagering van de arm. Door de voor- en nadelen in kaart te brengen en een daar een weegfactor aan te koppelen, is het type gekozen. Het uiteindelijke ontwerp staat in hoofdstuk drie beschreven. Dit ontwerp is gebaseerd op het gepatenteerde Schroeder principe. Dit unieke ontwerp maakt gebruik van magneetkracht, waardoor er slechts één contactpunt met de basis is. De bijbehorende tekeningen zijn digitaal verkrijgbaar. 4 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

5 1. Vooronderzoek. Het doel van dit project is het ontwikkelen van een toonarm, echter zijn er veel verschillende uitvoeringen. Om tot een gefundeerde keuze te komen, is er gekozen om met een vooronderzoek te starten. In dit hoofdstuk vindt u de rapportage van het vooronderzoek. Aangezien dit een vooronderzoek is, zijn de rekenvoorbeelden niet gebaseerd op gegevens van het uiteindelijke ontwerp. De opbouw van dit hoofdstuk komt overeen met de volgorde van de onderstaande punten. Onderwerpen: 1. Afstelmogelijkheden. a. Azimuth b. Zenith c. SRA VTA d. VTF, naalddruk e. Overhang f. Dwarsdrukcompensatie g. Fouthoek 2. De geometrie van de toonarm. 3. Trillingen. a. Materiaal keuze van (met name) de armbuis. b. Wat is het effect van de trillingen op de armbuis? c. In hoeverre wil je dat de trillingen geabsorbeerd of juist doorgegeven worden? 4. Externe trillingen a. Wat is het effect van trillingen uit de omgeving. 5. Massatraagheidsmoment. a. Wat is de invloed van het massatraagheidsmoment. 6. Lagering. a. Welke vormen van lagering zijn gebruikelijk. b. Wat zijn de voor- en nadelen van deze verschillende vormen van lagering. 5 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

6 1.1 Afstelmogelijkheden. Hieronder vindt u een lijst met de verschillende afstelmogelijkheden die op een toonarm aanwezig dienen te zijn (volgens H. Niemeijer van Audio Selectief). Elk van de onderstaande afstelmogelijkheden worden vervolgens op volgorde uitgelicht. 1. Azimuth 2. Zenith 3. SRA VTA 4. VTF, naalddruk 5. Overhang 6. Dwarsdrukcompensatie 7. Fouthoek Azimuth Met azimuth wordt de hoek waarmee de naald op de plaat staat bedoeld, gezien vanuit het vooraanzicht. Wanneer deze niet haaks op de plaat staat zal de aftasting van de naald negatief beïnvloed worden. Zie ook de figuur 1.1 van de naald in de groef. Hoe fijner de slijping van de naald, hoe belangrijker de nauwkeurigheid van het instellen. Dit geldt overigens voor alle instelmogelijkheden. goed fout Figuur Zenith De zenith is de hoek als je bovenop het element kijkt. Bij een standaard sferische (ronde) naald is deze instelling van minder groot belang. Echter zijn er ook elliptische en super elliptische naalden, deze naalden zijn ovaal geslepen. Met name bij super elliptische naalden is het van belang de naald recht in de groef te plaatsen. Een voorbeeld van een goed geplaatste sferische naald is te zien op de bovenste afbeelding van figuur 1.2. Op de onderste afbeelding is te zien dat de naald niet recht in de groef staat. Hierdoor loopt één kanaal voor, ten opzichte van het andere. Ook wordt het contact oppervlak van de naald groter en zakt hij verder in de groef. 6 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

7 goed fout Figuur SRA De SRA is de hoek waarmee de naald op de plaat staat. In figuur is een afbeelding te zien van een naald. Er wordt gekozen voor deze hoek omdat hij bij het snijden van de plaat ook aangehouden wordt. Deze hoek is (in europa) 1 o á 2 o. Wanneer deze hoek bij het maken van de plaat niet aangehouden zou worden, zou de spaan niet gemakkelijk uit de groef gaan. Uiteraard is de naalddruk ook van invloed op deze hoek. Bij een grotere naalddruk zal de naaldophanging verder doorzakken met als gevolg dat de hoek kleiner wordt. Figuur Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

8 1.1.4 VTA Daarnaast is in figuur een hoek van 20 o te zien die VTA genoemd wordt. Dit is de hoek die het element heeft ten opzichte van de plaat. Met het verstellen van de VTA verander je indirect ook de SRA. Vandaar dat het van groot belang is om deze hoek nauwkeurig in te stellen. In figuur is in de bovenste situatie te zien dat de arm evenwijdig met de horizon staat. Dit in tegenstelling tot de onderste afbeelding. Hier is te zien wat de gevolgen zijn van een niet goed ingestelde VTA. goed fout Figuur Overhang In figuur 1.1.5a staat een halve LP met haaks daarop 2 cirkels. Deze cirkels geven de draaicirkel van de arm weer. Bij de meest rechter draaicirkel is te zien dat de naald niet voorbij het hartlijn van de lp komt. Wanneer de naald aan het begin van de plaat staat (en de plaat draait) ontstaan er 2 krachten, namelijk één kracht in het verlengde van de arm en één kracht naar buiten. De reden dat deze kracht naar buiten werkt, is omdat de naald nog vóór de hartlijn van de plaat is (zie afbeelding 1.1.5b). Figuur 1.1.5a 8 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

9 In figuur 1.1.5a is er 1 punt waarop deze naar buiten werkende kracht 0N is. Dit punt bevindt zich ongeveer halverwege de straal van de plaat. Op dit put bevindt de naald zich exact op de hartlijn van de plaat. Echter zal de naar buitenwerkende kracht weer toenemen naarmate de plaat verder draait. Figuur 1.1.5b Kijkend naar de linker draaicirkel, zien we dat er sprake is van een afstand D (figuur 1.1.5a). Deze afstand noemt men de overhang. Doordat de draaicirkel zich aan de andere kant van de hartlijn bevindt krijgen we een naar binnen werkende kracht (zie figuur 1.1.5c). Deze kracht zal toenemen naarmate de arm naar het midden van de straal draait, waarna de kracht weer afneemt. Figuur 1.1.5c 9 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

10 De reden dat men kiest voor een overhang is om de fouthoek te verkleinen (fouthoek, is de hoek waarmee de naald niet haaks in de groef staat). Door gebruik te maken van overhang in combinatie met een offsethoek (offsethoek is hoek θ, in figuur 1.1.5d) zal de verdraaiing van de naald in de groef het kleinste zijn. Wat inhoudt dat de naald overal op de plaat zo haaksmogelijk in de groef zal staan. In hoofdstuk 1.7 wordt nader ingegaan op de geometrie van de toonarm. Figuur 1.1.5d Dwarsdruk compensatie. Doordat de naald zich niet constant over de hartlijn van de plaat beweegt, zal er sprake zijn van een dwarsdruk. Deze dwarsdruk zal zorgen voor een grotere kracht op de binnenste groefwand van de plaat (uitgaande van een overhang). Dit verschil in kracht op de groefwand zal leiden tot een kanaal ongelijkheid. Doordat de afstand van de naald tot het hart van de plaat varieert gedurende het afspelen, varieert ook de dwarsdruk. Zie figuur 1.1.6a Figuur 1.1.6a 10 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

11 In figuur 1.1.6b is te zien dat de vector F2 groter is dan de vector F2 in figuur 1.1.5c. Dit komt doordat de naald zich op een andere plaats op de plaat bevindt. Figuur 1.1.6b De dwarsdruk is ook afhankelijke van de naald. Een sferisch geslepen naald heeft een groter contactoppervlak dan een super elliptische naald. Hierdoor zal de dwarsdruk ook groter zijn. Tevens is de dwarsdruk afhankelijk van de overhang. Een grote overhang leidt immers tot een grotere dwarsdruk. Dit houdt in dat per element en afstelling de dwarsdruk instelbaar dient te zijn. In de meest ideale situatie zou de dwarsdruk compensatie tijdens het spelen ook variabel moeten zijn Fouthoek Aangezien er sprake is van een overhang in combinatie met de offsethoek, zijn er twee punten waarde fouthoek 0 graden is. Dit is te zien in figuur 1.2a. Aangezien de fouthoek ontstaat door een combinatie van factoren, komt dit onderwerp verder aan de orde in paragraaf Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

12 1.2 Geometrie toonarm. Het streven is om hetzelfde signaal te krijgen waarmee de snijbeitel aangestuurd is, bij het maken van de mal. Feitelijk is dit alleen mogelijk wanneer het elementje dezelfde beweging aflegt als de snijbeitel. Alle platensnijmachines werken tangentiaal. Hierbij verplaatst de beitel zich dus in een rechte lijn over de plaat. Het is de taak van de toonarm om de naald van het elementje in de groef te houden. Eigenlijk wil je dat de toonarm een niet te bewegen ondersteuning is voor het elementje, maar aan de andere kant wil je wel dat de arm de bewegingen van de plaat volgt, zodat de krachten op de naald niet te groot worden. Tevens wil je dat excentrische incorrectheden als gevolg van het uit het midden zittende gat, geen overmatige slijtage opleveren doordat de arm de beweging niet kan volgen. De groef is een bewegend doelwit en is gesneden in een beweging (als een spiraal) van begin tot eind, waarbij de toonarm dit pad zal moeten volgen. Bij het snijden van de mal wordt geen gebruik gemaakt van foutcorrecties. Dit eist afstelmogelijkheid voor zowel VTF, VTA, azimut en overhang. De ideale toonarm zou dus dezelfde weg/stand handhaven bij dezelfde verplaatsing, in relatie tot de lp groef, als de snijbeitel bij het snijden. Bij radiaal bewegende armen draait het elementje over de plaat, met als gevolg dat de naald draait in de groef. De verhouding naald/groef verandert constant. Dit resulteert in een onomkoopbare fouthoek (zie figuur 1.2a). Figuur 1.2a De fouthoek zou je kunnen definiëren als een verschil in de naald- groef relatie tussen het snijden en het afspelen van de plaat. Dit verschil leidt tot verstoring. Om deze fouthoek te verkleinen hebben toonarmen een overhang. De overhang is de afstand tussen hart plaat en naaldtip (zie figuur 1.1.5d). De lengte van de arm heeft ook invloed op de fouthoek. Hoe langer de arm, hoe groter de draaicirkel, hoe kleiner de afwijking. 12 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

13 Figuur 1.2b De hoek θ als gevolg van de verlenging van de lijn tussen het draaipuntarm en de naaldtip ten opzichte van de tangentiële lijn, heet de offset hoek. Deze hoek wordt berekend met de formule die staat in figuur 1.2b. Door gebruik te maken van deze hoek, in combinatie met de overhang, zijn er twee punten waar de fouthoek 0 graden is. Figuur 1.2c De hoek θ is de meest bepalende factor voor de hoeveelheid vervorming. Vandaar dat we hier nader op ingaan. Bij een toonarm met een effectieve lengte l van 244mm en een overhang d (wat de variabele is in figuur 1.2c), krijgen we de bovenstaande grafiek. In deze grafiek is goed te zien op 13 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

14 welke punten de fouthoek het grootst is. Ook geeft hij weer dat de overhang de meeste invloed heeft op de binnenste groeven. Als de hoek θ 20 graden is en de overhang 14mm, dan is de fouthoek op twee punten 0 graden. Dit is ongeveer de groef met een radius van 6,5 cm en 10 cm. Dit is respectievelijk het centrum van het plaat. Deze twee punten zijn de zogenaamde zero tracking error stralen. In de praktijk wordt normaliter de hoek θ vastgesteld op 20 tot 21 graden, en de overhang op 14 tot 15mm. Figuur 1.2d Wanneer overhang en offset optimaal zijn, krijg je drie punten waar de grootste verstoring plaats vindt. Deze bevinden zich op de maximum en minimum stralen van de gemoduleerde groef, en een punt tussen de twee zero tracking error stralen (zie figuur 1.2d) Een optimale afstelling bereik je niet alleen door de spoorfouten op de drie punten gelijk te zetten. Er is een tweede factor die invloed heeft op de mate van vervorming. Dit is de 'lineaire groefsnelheid (de snelheid waarmee de groef loopt onder de naald), die afneemt als de naald zich richting het label verplaatst. De rechter grafiek in figuur 1.2c toont een zijdelingse kracht versus de straal bij een optimaal afgestelde arm en element. Om een optimale afstelling te bereiken dien je die kracht te compenseren. Dit kan door het aanbrengen van dwarsdrukcompensatie (zie hoofdstuk 1.1.6). 14 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

15 1.3 Golven en trillingen. Waarom dient er rekening gehouden te worden met trillingen? Het elementje zet de trillingen die de naald aftast om in elektrische signalen. Alle trillingen die niet door de groefstructuur ontstaan, zullen het signaal en dus ook het uiteindelijke geluid negatief beïnvloeden. Bij een toonarm krijg je te maken met zowel trillingen als golven. Het is belangrijk hier een onderscheid in te maken. Vandaar dat hieronder beschreven is wat het verschil tussen deze twee is Golven. Een golf is een doorgegeven trilling die zich door een materiaal verplaatst. Bij een gespannen snaar van bijvoorbeeld een gitaar is de (staande)golf duidelijk zichtbaar wanneer de snaar in beweging gezet wordt. Figuur λ = golflengte (m) v = golfsnelheid (m/s) (deze wordt bepaald door het soort materiaal) T = trillingstijd (s) λ = v * T λ = v / f De golflengte is afhankelijk van de tijdsduur van de doorgegeven trilling en van de snelheid waarmee dit doorgeven gebeurt. Uiteraard zal de golf na 1 keer de weg afgelegd te hebben nog niet verdwenen zijn. De golf zal zich heen en weer blijven verplaatsen en langzaam minder worden totdat hij verdwenen is. Voorkomende golven in een toonarm. In deze paragraaf zal er in kaart gebracht worden welke golven er in de arm plaats vinden. Ook zal gekeken worden naar de frequentie waarmee deze golven zich verplaatsen. Deze frequentie, wil je buiten het bereik van het menselijk gehoor houden. Dit om beïnvloeding van het hoorbare signaal te voorkomen. Het bereik van het menselijk gehoor ligt tussen de 20 en Hertz. 15 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

16 1.3.2 Transversale golven. Bij een inspanning zit altijd een knoop. Aangezien de arm aan één kant vrij kan bewegen is de golflengte ¼ λ (zie figuur 1.3.2a). Figuur 1.3.2a De nominale lengte van een arm is 9inch, of wel 0.229m. Een ¼ λ is 0.229m, dus 1 λ is 0.916m. De voortplantingssnelheid van geluid in staal is 5200m/s. f = v / λ f = 5200 / f = 5677Hz Dit is de grondtoon van een stalen 9inch arm. Rond dit gebied kan een versterking van het signaal ontstaan. Figuur 1.3.2b Behalve de grondtoon zijn er ook nog (in ieder geval) de eerste en de tweede boven toon. Deze hebben namelijk ook invloed op de klank. De golflengte bij de eerste boventoon is tot de volgende buik (zie figuur 1.3.2b). Dit is ¾ λ. f = v / λ f = 5200 / f =17031Hz Figuur 1.3.2c Bij de tweede boventoon komt er weer een halve golf bij, namelijk 1 ¼ λ. Zie hiervoor figuur 1.3.2c. f = v / λ f = 5200 / f =28384Hz 16 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

17 De tweede boventoon ligt buiten het menselijk gehoor. De vraag die dan gesteld kan worden, is het mogelijk de frequentie van de grondtoon en eerste boventoon ook buiten het bereik van het menselijk gehoor te krijgen? De twee variabelen die hier invloed op hebben zijn: Het soort materiaal. De golflengte. Bij het uiteindelijke ontwerp wordt dit nader onderzocht Longitudinale golven. Longitudinale golven komen ook voor in een toonarm. Bij longitudinale golven is één volledige golf, 2x de armlengte. λ = 2 x l (Uitgaande van een 9inch) λ = 2 x λ = 0.458m De grondtoon van een longitudinale golf bij staal met de bovenstaande λ is te berekenen met de onderstaande formule. f = v / λ f = 5200 / f =11354Hz Bij de eerste boventoon wordt de golflengte gehalveerd. f = v / λ f = 5200 / f =22707Hz De frequentie die hieruit komt is al boven het bereik van het menselijk gehoor Trillingen. Bij een trilling gaat men ervan uit dat het materiaal (stijf is) en in zijn geheel beweegt met een bepaalde uitslag (figuur 1.3.2d). Figuur 1.3.2d Evenals de golven, wil men de frequentie waarmee de trillingen de arm beweegt buiten het bereik van het menselijk gehoor houden. 17 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

18 Trillingen komen voor in alle mogelijke richtingen en verplaatsen zich ook. Figuur 1.3.2e De lijn in figuur 1.3.2e zou de armbuis kunnen voorstellen. De verticale pijl geeft aan hoe de trilling kan bewegen. De pijl met cirkelvormig model geeft de trilling weer die werkt als een moment. De pijl die evenwijdig aan de lijn staat geeft de verplaatsingsrichting weer. Wat je feitelijk wil is dat alle bewegingsenergie door het elementje opgenomen wordt en dat de arm stil staat. Aan de andere kant wil je dat bijvoorbeeld een hobbel in de plaat direct omgezet wordt in een draaiing in het lager, zonder dat de trillingen in de armbuis gaan zitten. Voorkomende trillingen in de toonarm. In deze paragraaf wordt beschreven welke vormen van trillingen voorkomen in een toonarm en welke ook specifiek aandacht verdienen, zodat deze trillingen het geluid niet negatief beïnvloeden Massa veersysteem. Een arm met een element is feitelijk een massa veersysteem, waarbij de ophanging van de naald de veer vertegenwoordigd. Een massa veersysteem heeft een eigen resonantiefrequentie. Om er achter te komen wat de eigen frequentie van een massa veersysteem is, bestaan een aantal berekeningen. T = trillingstijd m = massa k = veerconstante c = compliantie = hoeksnelheid h = hoogte a = valversnelling = ( / ) k= 1 c 18 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

19 Aangezien het hier om de frequentie gaat en niet de hoeksnelheid, dient het omgerekend te worden. =2 = 2 Wat maakt dat: = 2 = 2 =2 ( / ) Echter is de bovenstaande formule niet volledig. Dit komt omdat bij een standaard massaveersysteem geen sprake is van een arm, met als gevolg dat het zwaartepunt niet in het verlengde van de veer staat. Bij een toonarm heeft het traagheidsmoment van de toonarm invloed op de frequentie van de arm-element combinatie. =2 h F = m * a M = m * a * l De veerconstante: F = k * u In dit geval is er sprake van een arm met een lengte l en een hoekverdraaiing θ. F = k* l * θ M = k *l 2 * θ = - I * α θ= θ sin Waarvan de eerst afgeleide is: θ= θ cos De tweede afgeleide: θ= θ sin θ sin = θ sin Vereenvoudigd: = 19 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

20 Aangezien we bij elementen niet met de veerconstante werken, maar met de compliantie, rekenen we dat nu om. = = = 1 1 / = 2 = = Om tot de juiste eenheden te komen dient de teller vermenigvuldigd te worden met Wat maakt dat: = 159 Waarbij de eenheden worden: c = µ /mn = g/m 2 = m Om de resonantiefrequentie uit te rekenen wordt bij toonarmen en elementen doorgaans met de onderstaande formule gerekend. = 159 Helemaal volledig is het: 159 = ( + +. ) 20 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

21 Waarbij naar voren komt dat de effectieve massa niets anders is dan het traagheidsmoment gedeeld door de afstand waar de massa (het element) zich bevindt, ten opzichte van het draaipunt. De ideale resonantiefrequentie arm element. Nu bekend is hoe de resonantie frequentie berekend wordt, dient vast gesteld te worden wat de ideale frequentie is. Deze frequentie wordt aan de ondergrens bepaald door de bewegingen die de arm/element moet kunnen volgen. Aan de bovengrens wordt deze frequentie bepaald door het bereik van het menselijk gehoor. Ondergrens resonantiefrequentie. Een plaat die niet vlak is zorgt voor een trilling in de arm. Door deze hobbel beweegt de arm namelijk omhoog en weer omlaag. Dit is een trilling met een heel lage frequentie. Wanneer de arm in combinatie met het element een gelijke of lagere resonantiefrequentie heeft, zal de arm mogelijk de beweging in de plaat niet kunnen volgen. Hiervoor is het belangrijk dat de resonantie frequentie minimaal 2 keer zo groot is. Om dit te controleren berekenen we de trilling die een hobbel in een plaat kan veroorzaken. Uitgaande dat de hobbel een halve plaat groot is. =? r = 0.14m (maximaal) r = 0.05m (minimaal) n = 0.555omw/s =2 = =0.489 / De af te leggen weg van een hele plaat is: 0.14=0.44 De af te leggen weg over de hobbel is 0.44 / 2 = 0.22m / 0.22 = 2,2 Hertz Met een snelheid van m/s zal de arm een trilling met een frequentie van 2,2 H moeten kunnen volgen. Wanneer de hobbel in de plaat scherper wordt, namelijk ¼ van de plaat, zal de af te leggen weg over de hobbel 0.11m zijn. Dit levert een frequentie van 4.45Hz op. Als we kijken wat de frequentie is die de arm moet kunnen meebewegen aan de binnenzijde van de plaat dan komen we op de onderstaande frequentie. = =0.175 / 0.05=0.16 Uitgaande van de minst gunstige situatie, een hobbel over ¼ van de plaat. Komen we op 0.04m af te leggen weg / 0.04 = 4,45 Hertz 21 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

22 Conclusie ondergrens. Doordat de snelheid en de af te leggen weg beiden afhankelijk zijn van de straal, is de frequentie die de arm moet kunnen meebewegen overal op de plaat gelijk. Doordat de frequentie, die een hobbel in de plaat teweeg kan brengen, op 4,45Hz ligt is een resonantiefrequentie van de element-arm combinatie (massa veersysteem) van 10Hz minmaal aan te bevelen. Dit zodat de arm altijd in staat is de bewegingen van de plaat goed te kunnen volgen. Bovengrens resonantiefrequentie. Het menselijk gehoor heeft een ondergrens van 20Hz. Hier willen we met de resonantie frequentie van het massaveer systeem onder zitten, om mogelijke beïnvloeding van het geluid te voorkomen. Wanneer je een resonantiefrequentie van 10 hertz hebt, zal de boventoon een frequentie van 20hertz hebben. Dit is eigenlijk al hoger dan gewenst. Bij voorkeur zou de frequentie onder de 10Hz moeten liggen (uitgaande van de bovengrens) Trilling in de vorm van een slinger. Door het plaatsen van een verlaagd contragewicht zal het zwaartepunt ook lager liggen dan het hart van de armbuis. Ook het element heeft invloed op de plaats van het zwaartepunt, aangezien een element ook een eigen massa heeft, dat toegevoegd wordt aan het geheel. Hierdoor krijg je een slinger als bij een klok. De trillingstijd van een slinger is met de onderstaande formule te berekenen. Deze slinger wordt ook wel de mathematische slinger genoemd. T = trillingstijd l = afstand van scharnierpunt naar zwaartepunt (m) g = gravitatie versnelling (9,81 m/s 2 ) =2 ( / ) f = Voorbeeld berekening 1: We nemen als uitgangssituatie een l van 4cm. =2 (0,04/9.81) =0.4s Wat betekent dat de frequentie 2.5Hertz is. De eerste boventoon komt dan op 5Hertz en de tweede op 7,5Hertz. Geen van de drie frequenties zitten binnen het bereik van het menselijk gehoor. Voorbeeld berekening 2: We nemen als uitgangssituatie een l van 2cm, dit om aan te geven welk gebied geen problemen veroorzaakt. =2 (0,02/9.81) = Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

23 Bij halvering van de lengte komen we aan een trillingstijd van 0.28s met een frequentie (bij de grondtoon) van 3.52 Hertz. De eerste boventoon komt dan op 7Hertz en de tweede op 10,6Hertz. Dit geeft eveneens geen problemen. Voorbeeld berekening 3: Tot slot een voorbeeld berekening bij een l van 0,5cm. =2 (0,005/9.81) =0.14 De grondtoon is dan 7Hz. De eerste boventoon komt dan op 14Hertz en de tweede op 20,7Hertz. Hierbij zit de tweede boventoon in het bereik van het menselijk gehoor. Conclusie: Hieruit komt duidelijk naar voren dat het gewenst is om een verlaging van het zwaartepunt bewust toe te passen, aangezien het onmogelijk is om het zwaartepunt exact op het hart van de armbuis te krijgen. Dit komt voornamelijk door het variabele gewicht van elementjes en het bevestigingsmateriaal. Vanuit dit oogpunt is het gunstig om de afstand van zwaartepunt naar draaipunt zo groot mogelijk te maken. 1.4 Externe trillingen. Ook de trillingen van buitenaf hebben (helaas) invloed op het uiteindelijke geluid. De trillingen worden doorgegeven via het montagepunt van de arm, door de lagers en armbuis naar het elementje. De verschillende soorten draaitafels zijn grofweg onder te verdelen in twee soorten, namelijk de subchassis en massa loopwerken. Bij een subchassis loopwerk is het plateau en arm met een subchassis aan elkaar verbonden. Dit subchassis hangt in veren aan het chassis. Hierdoor worden de trillingen die via de grond doorgegeven worden, belemmerd om bij de arm te komen. Bij de massa loopwerken is hier geen sprake van. Hierbij is gekozen om een zo zwaar mogelijk plateau te plaatsen waar trillingen ook geen kans krijgen. 1.5 Massatraagheid Dit onderdeel is opgevangen in het hoofdstuk trillingen. Aangezien het massatraagheidsmoment samen valt binnen de formule voor de resonantiefrequentie. 23 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

24 1.6 Arm lagering. Grofweg zijn de verschillende armen onder te verdelen in twee hoofdgroepen. De radiale en tangentiële armen. Per hoofdgroep staat hieronder de lagervorm vermeld. Om een keus te kunnen maken uit de verschillende vormen is er ook voor gekozen om de belangrijkste voor- en nadelen te vermelden Radiaal 1. Cardanische lagering 2. Uni-povit lagering 3. Meslagers 4. Magneetlager 5. Kogelmagneetlager Cardanische lagering Dit is een veelvoorkomende lager vorm. Dit komt overeen met de ophanging van mechanische scheepschronometers uit vroegere tijden. figuur 1.6.1a Voordelen: Stabiel spoorgedrag door de verschillende contactpunten. Lagers zijn na stelbaar. Nadelen: Doorgaans veel lagerspeling door de 4 contactpunten. Elk contact punt heeft een kleine speling, de som van deze speling kan tot gevolg hebben dat groefinformatie verloren gaat. Het is nog niet zo gemakkelijk om de lagers goed af te stellen. 24 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

25 1.6.1 Uni-povit lagering Een uni-povit arm is een 1-punts gelagerde arm. Een groot voordeel is dat je maar één wrijvingspunt hebt en je hebt geen overmatige armspeling (eigen gewicht voorkomt lagerspeling). figuur 1.7.1b Voordelen: Slechts één contactpunt met arm basis. Draaipunt van horizontale en verticale beweging zit op dezelfde plaats. Bij verticale bewegingen zal de arm ook alleen deze beweging volgen (geen extra belasting op het horizontale lager). Nadelen: Stabiliteit is niet het sterkste punt van deze arm, juist omdat hij maar 1 contactpunt heeft kan hij gemakkelijk zijdelings bewegen (schommelen). Met tevens als gevolg een verhoogd risico op elementschade Meslagers Meslagers zorgen voor de verticale beweging. Bij deze vorm van lagering zit er aan de armbuis een soort mes dat rust in een v. Hierdoor kan het niet zijdelings bewegen maar wel verticaal (in vergelijking met de uni-povit arm) figuur 1.6.1c 25 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

26 Voordelen: Geringe lagerwrijving. Geringe lagerspeling. Stabiel doordat hij op twee punten gedragen wordt. Demping op horizontale lager is aan te brengen. Nadelen: Onder het meslager is nog een lagering nodig voor de horizontale beweging Magneetlager Bij deze vorm van lagering hangt de arm aan een draadje. Dit draadje wordt aan de onderkant op spanning gehouden door een magneet die in de arm zit en een magneet die daar onder staat. Door de magneet in hoogte te verstellen speel je met de kracht waarmee de arm op zijn plaats gehouden wordt. figuur 1.6.1d Voordelen: De arm wordt gedempt door de magneet die het koord op spanning houdt. Deze demping is te regelen door de afstand tussen de magneten te variëren. Het doordrenken van het koord met olie geeft ook een lichte demping. Er is geen metaal op metaal verbinding tussen arm en ophanging. Eenvoudig qua opbouw, weinig onderdelen. Stabieler dan uni-povit toonarmen. Bij verticale bewegingen zal de arm ook alleen deze beweging volgen (geen extra belasting op het horizontale lager). Ingebouwde dwarsdrukcompensatie (door torderen van koord). Dwarsdrukcompensatie komt vanuit het midden van het lager. Dwardrukcompensatie wordt naarmate de plaat verder speelt groter. Aangezien de naar buiten werkende kracht ook groter wordt, komt dit goed uit. Nadelen: Geen demping op horizontale lager mogelijk. Magneten hebben invloed op de werking van het element (volgens Pluto Audio products). 26 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

27 1.6.1 Kogelmagneetlager Hierbij hangt de arm aan een kogelmagneet. Die ook aan de bovenzijde gemonteerd is. Voordelen: Slechts 1 contactpunt met arm basis. Draaipunt van horizontale en verticale beweging zit op dezelfde plaats. Bij verticale bewegingen zal de arm ook alleen deze beweging volgen (geen extra belasting op het horizontale lager). Nadelen: Stabiliteit is niet het sterkste punt van deze arm, juist omdat hij maar 1 contactpunt heeft kan hij gemakkelijk zijdelings bewegen. Met tevens als gevolg een verhoogd risico op element schade. figuur 1.6.1e 27 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

28 1.6.2 Tangentiaal 1. Luchtlagering 2. Elektrisch aangedreven Luchtlagering. Hierbij zorgt een luchtlaagje tussen arm en geleider voor zo min mogelijk wrijving. De naald stuurt de arm. figuur 1.6.1f figuur 1.6.1g Voordelen: Er is geen overhang. Geen sprake van skating. De fouthoek is 0 graden. Grote demping in verticale richting. Nadelen: Wanneer het gat in de plaat niet concentrisch is met de groeven, zal de naald van links naar rechts gedrukt worden. De traagheid dient bij het heen en weer bewegen ook overwonnen te worden. Doordat de naald de arm stuurt, zal er altijd een moment uitgeoefend worden op het lager en element. Aangezien elementen mechanisch zeer teer zijn, dient deze kracht te worden geminimaliseerd. Complex om te maken. Bestaat uit veel onderdelen die elk kunnen resoneren. Compressor nodig, maakt geluid. Minder geschikt voor subchassis platenspelers, vanwege het verplaatsen van de massa gedurende het spelen. Dit heeft invloed op het veergedrag van de platenspeler Elektrisch aangedreven. Bij dit systeem verplaatst de arm zich elektrisch. Dit in tegenstelling tot de luchtgelagerde arm die door zo min mogelijk wrijving te creëren zo makkelijk mogelijk de groef volgt (zie figuur 1.7.2g). 28 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

29 figuur 1.6.2g Voordelen: Er is geen overhang. Geen sprake van skating. De fouthoek is 0 graden. Nadelen: Wanneer het gat in de plaat niet concentrisch is met de groeven, zal de naald van links naar rechts gedrukt worden. Dit corrigeert het de aandrijving niet op tijd. De traagheid dient bij het heen en weer bewegen ook overwonnen te worden. Complex om te maken. Bestaat uit veel onderdelen die elk kunnen resoneren. Minder geschikt voor subchassis platenspelers, vanwege het verplaatsen van de massa gedurende het spelen. Dit heeft invloed op het veergedrag van de platenspeler. 29 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

30 2. Toonarm keuze. In hoofdstuk 1 staat het vooronderzoek uitgewerkt. Nu is het zaak om een keus te maken welk type ontwikkeld gaat worden. Deze keus wordt niet zomaar gemaakt, maar op basis van een structuur. Aan het product worden specifieke eisen gesteld en de mate van belangrijkheid van deze eisen bepaalt de uiteindelijke keuze. Aangezien ik opdrachtgever en ontwerper ben, bestaat het eisenpakket alleen uit interne eisen. In dit hoofdstuk staan de interne eisen beschreven die aan het product gesteld worden. Er is onderscheid gemaakt in de variabele en vaste eisen. 2.1 Vaste eisen: De vaste eisen zijn voorwaarden, deze dienen terug gezien te worden in het uiteindelijke ontwerp. Vandaar dat deze ook geen weegfactor toegedicht krijgen Instelbaarheid: De toonarm dient instelbaar te zijn in de onderstaande punten: 1. azimuth, 2. zenith, 3. SRA VTA, 4. VTF, naalddruk, 5. Overhang, 6. Dwarsdrukcompensatie, 7. Fouthoek, Effectieve massa: De toonarm richt zich op een grote groep elementen, vandaar dat de effectieve massa op 11 a 12 gram dient te liggen. Aangezien de meeste elementen hier het best bij aansluiten. Dit heeft overigens geen invloed op de keuze van de soort lagering. 2.2 Variabele eisen: De variabele eisen zijn in meer of mindere mate terug te vinden bij de verschillende soorten toonarmen Breed toepasbaar: De toonarm moet gemonteerd kunnen worden op zowel subchassis als massaloopwerken. Dit om een zo breed mogelijke doelgroep platenspelers aan te snijden Montage: De montage op het loopwerk dient op eenzelfde wijze mogelijk te zijn als bijvoorbeeld een Rega arm (hierbij kijkend naar de diameter van het te bevestigen gedeelte en dus de boring in de platenspeler) Eenvoud: Eenvoud in de constructie leidt doorgaans tot minder complicaties. Het concept dient in de basis goed te zijn. 30 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

31 2.2.4 Aantal onderdelen: De toonarm dient uit zo min mogelijk onderdelen te bestaan. Uitgaande van de gedachte dat alle onderdelen kunnen trillen. De productiekosten geven extra gewicht aan deze eis Gebruiksgemak: Hiermee wordt het aantal handelingen bedoeld om een plaat op te zetten. Het aantal handelingen dient tot het minimum beperkt te worden Complexiteit instelbaarheid: Hierbij gaat het puur om de complexiteit van het afstellen van de arm/naald. Naast de handleiding dienen de eerder genoemde afstelmogelijkheden nauwkeurig afgesteld te kunnen worden, bijvoorkeur traploos Uiterlijk: Het geheel dient er aantrekkelijk en netjes afgewerkt uit te zien Originaliteit: Uiteraard is het leuk om een origineel concept te bedenken Stabiel spoorgedrag: De naald blijft onder het spelen stabiel onder een hoek van 90 o (de hoek die wordt aangeduid als azimuth) op de plaat staan Contactpunten: Het lager heeft zo min mogelijk contactpunten met de basis. Waardoor trillingen zich kunnen verplaatsen Materiaal contactpunten: Bij voorkeur dient het contactpunt van het lager niet van metaal te zijn, aangezien trillingen hier sneller door verplaatst. Bij deze theorie wordt verondersteld dat trillingen zich gemakkelijker door het lager verplaatsen Lagerspeling: Met name in het verticale lager dient zo min mogelijk lagerspeling aanwezig te zijn. Waarbij de wrijving constant dient te zijn Demping verticale: Op eenvoudige wijze is het verticale lager van demping te voorzien (indien gewenst) Demping horizontaal: Op eenvoudige wijze is het horizontale lager van demping te voorzien (indien gewenst) Element lager evenwijdig: Wanneer de arm omhoog beweegt, wordt alleen het verticale lager belast. Dit omdat het verticale en het horizontale lager een andere wrijvingsfactor hebben. 31 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

32 2.3 Weegfactoren. Hieronder staan de verschillende variabele eisen met een letter ervoor. Deze letter correspondeert met de letters in de tabel van figuur 2.3a. In deze tabel is tegen elkaar uit gezet welke eis zwaarder weegt. Hieruit komt een totaal score per variabele eis. Aangezien er veel eisen zijn, is ervoor gekozen dat 5 de maximale weegfactor is. Door 5 te delen door 14 maal de score, krijg je in de juiste verhouding tussen weegfactor en variabele eis. Dit is gedaan volgens de methode van Kesselring. a b c d e f g h i j k l m n o a b c d e f g h i j k l m n o Variabele eis Score Weegfactor Weegfactor afgerond a Breed toepasbaar 6 2,1 2 b Montage 2 0,7 1 c Eenvoud 10 3,6 4 d Aantal onderdelen 6 2,1 2 e Gebruiksgemak 6 2,1 2 f Complexiteit instelbaarheid 5 1,8 2 g Uiterlijk 1 0,4 1 h Originaliteit 0 0,0 1 i Stabiel spoorgedrag 13 4,6 5 j Contactpunten 8 2,9 3 k Materiaal contactpunten 6 2,1 2 l Lagerspeling 14 5,0 5 m Demping verticaal 8 2,9 3 n Demping horizontaal 8 2,9 3 o Element-lager evenwijdig 12 4,3 4 figuur 2.3a 32 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

33 Nu elke variabele eis een eigen weegfactor toebedeeld gekregen heeft, is het zaak om per toonarmsoort in kaart te brengen in welke mate de variabele eisen van toepassing zijn. Deze schaalverdeling is weergegeven van 1 tot 4. Dit is wederom gedaan op basis van de Kesselring methode (zie figuur 2.3b). Variabel e eisen Structuren Waardering S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Ideaal a b c d e f g h i j k l m n o Σ Rel Σ 0,65 0,73 0,73 0,90 0,75 0,63 0,52 1,0 S1 Cardanische lagering figuur 2.3b S2 Uni-povit S3 Meslagers S4 Magneetlager S5 Kogelmagneetlager S6 Tangentiaal lucht S7 Tangentiaal elektrisch 33 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

34 In de tabel van figuur 2.3c is de weegfactor geïntegreerd. Hierdoor wordt duidelijk welk type toonarm het meest aan de eisen voldoet. Hieruit komt naar voren dat de magneetlagering volgens het gepatenteerde schroeder principe het meest tegemoet komt aan de gestelde eisen. Variabele eisen Structuren Waardering inclusief weegfactor S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Ideaal a 4x2 2x2 4x2 4x2 3x2 1x2 1x2 4x2 b 4x1 4x1 4x1 4x1 4x1 1x1 1x1 4x1 c 2x4 4x4 3x4 4x4 4x4 1x4 1x4 4x4 d 2x2 4x2 3x2 4x2 4x2 1x2 1x2 4x2 e 4x2 4x2 4x2 4x2 4x2 2x2 2x2 4x2 f 4x2 2x2 2x2 3x2 3x2 1x2 1x2 4x2 g 3x1 3x1 3x1 3x1 3x1 4x1 4x1 4x1 h 1x1 1x1 1x1 3x1 3x1 3x1 3x1 4x1 i 4x5 2x5 4x5 3x5 3x5 4x5 4x5 4x5 j 1x3 3x3 2x3 4x3 3x3 4x3 1x3 4x3 k 1x2 1x2 2x2 4x2 1x2 4x2 1x2 4x2 l 2x5 4x5 4x5 4x5 4x5 3x5 3x5 4x5 m 2x3 4x3 1x3 4x3 1x3 3x3 2x3 4x3 n 2x3 2x3 4x3 2x3 1x3 2x3 2x3 4x3 o 3x4 4x4 3x4 4x4 4x4 4x4 4x4 4x4 Σ Rel Σ 0,64 0,77 0,77 0,91 0,76 0,68 0,56 1,0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Cardanische lagering Uni-povit Meslagers Magneetlager Kogelmagneetlager Tangentiaal lucht Tangentiaal elektrisch figuur 2.3c 34 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

35 2.4 Vaste eisen integreren. Nu bepaald is op welke manier de lagering zal worden uitgevoerd, is het zaak binnen dit kader te kijken op welke verschillende manieren een magneetgelagerde toonarm afgesteld kan worden. Dit staat in de hierop volgende hoofdstukken beschreven. Afstelmogelijkheden: 1. Azimuth 2. Zenith 3. SRA VTA 4. VTF, naalddruk 5. Overhang 6. Dwars druk compensatie 7. Fouthoek Azimuth Verdraaibare headshell. Hierbij is het mogelijk om de headshell te kunnen verdraaien. Doorgaans is dit in combinatie met de mogelijkheid om de gehele headshell te vervangen, zodat het eenvoudig wisselen van element is. Echter dient de afstelling van begin tot eind gecontroleerd en aangepast te worden, omdat elk element een eigen afstelling vereist. Door het maken van een verbinding in de armbuis beïnvloed je de golflengte van de longitudinale golven. Dit kan zowel een voor- als een nadeel zijn, mits hier rekening mee gehouden wordt. Voordelen: Maakt het mogelijk om van headshell te wisselen. Nadelen: Een overgangsconstructie brengt extra massa met zich mee. Aangezien deze massa op grote afstand van het lager bevindt, wordt de effectieve massa ook aanzienlijk groter. Bij een los neembare verbinding is de stijfheid minder groot. Verdraaibare armbuis. Bij deze situatie verdraai je niet alleen de headshell maar de gehele armbuis, kort bij het lager. Door het maken van een verbinding in de armbuis beïnvloed je de golflengte van de longitudinale golven. Dit kan zowel een voor- als een nadeel zijn, mits je hier rekening mee houdt. Voordelen: Doordat de extra massa kort bij het lager zit, heeft dit aanzienlijk minder invloed op de effectieve massa. Nadelen: Wanneer je de gehele armbuis wilt verwisselen, dien je een extra verbinding aan te brengen in de armbedrading. 35 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

36 Verdraaibaar contragewicht. Wanneer je het (excentrische)contragewicht een klein beetje verdraait, zal de complete armbuis verdraaien. Hierdoor is het mogelijk om de azimuth aan te passen. Voordelen: Eenvoudig te realiseren. Geen extra koppelingen waardoor geen extra (effectieve)massa verhoging. Geen extra speling. Nadelen: Doordat je de armbuis verdraait, staan de twee magneten niet meer evenwijdig boven elkaar. Hierdoor is het mogelijk dat bij verticale bewegingen van de arm, de magneten elkaar raken Zenith Door het instellen van de Zenith, stel je tevens de fouthoek af. Vandaar dat hier geen specifiek kopje voor gemaakt is. Sleufgaten. Door de headshell te voorzien van 2 sleufgaten, kan de zenith traploos ingesteld worden. Voordelen: Geen extra gewicht. Eenvoudig van principe. Nadelen: Het afstellen is lastig, aangezien je al snel het elementje ook naar voren of achteren verplaatst in plaats van alleen draaien. Sleufgaten kunnen ervoor zorgen dat de bevestiging minder solide is. Verloop stripje. Door tussen de arm en het element een stripje te plaatsen, is het mogelijk de zenith met 1 boutje vast te zetten, aangezien het elementje met 2 boutjes aan het stripje gemonteerd zit. Voordelen: Wanneer je het stripje verdraait met 1 boutje als draaipunt gaat dit gemakkelijker dan wanneer dit bij 2 boutjes dient te gebeuren. Nadelen: Bij het vast zetten van het boutje, bestaat het risico op meedraaien van het stripje. Het stripje en boutje zijn extra massa SRA, VTA Het instelbaar maken van de VTA is feitelijk niets anders dan het in hoogte verstellen van het lager van de toonarm. 36 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

37 Moer,draadbus. Het verstellen van de hoogte kan door het plaatsen van een moer tussen bovenkant bevestigingsplaat en de arm te plaatsen. Op de onderstaande afbeelding is de blauwe bus voorzien van schroefdraad, zodat het geheel in hoogte verstelbaar is. Voordelen: Dit is eenvoudig te maken. Nadelen: Lastig in te stellen, aangezien de arm telkens vast gemaakt dient te worden om te controleren of de hoogte goed is. Wanneer alles afgesteld is en je wilt de arm toch iets hoger of lager hebben, kun je alles opnieuw afstellen. Aangezien je de gehele arm los moet draaien. Ingebouwde constructie: Er zijn ook constructies waarbij deze hoogte verstelling ingebouwd zit boven het bevestigingspunt. Bij de onderstaande afbeelding is de afstelknop te zien. Voordelen: Een groot voordeel is dat de gehele arm niet losgemaakt dient te worden, maar enkel een deel, waardoor ook na het afstellen van bijvoorbeeld de zenith de VTA aangepast kan worden. Eenvoudige nauwkeurige handeling. 37 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

38 Nadelen: Het aanbrengen van deze overgang, kan speling tot gevolg hebben. Groter aantal onderdelen en complexer dan een moer VTF. Met VTF wordt ook wel naalddruk bedoeld. Deze kan ook op verschillende manieren uitgevoerd worden. Contragewicht De meeste voorkomende uitvoering is met een contragewicht dat te verplaatsen is. In dit contragewicht zit doorgaans een klein boutje voor de fijnafregeling. Bij een toonarm met magneetlagering is dit de enige manier om de naalddruk af te stellen. Er zijn toonarmen met een ingebouwde veer, echter hebben deze toonarmen met cardanische lagering. Voordelen: De eenvoud is het grootste voordeel Overhang. De overhang kan wederom op verschillende manieren ingesteld worden. De afstand die beschikbaar dient te zijn, zijn slechts enkele millimeters. Sleufgaten. Door het plaatsen van sleufgaten in de headshell is het mogelijk om naast de zenith ook de overhang af te stellen. Voordelen: Geen extra onderdelen. Eenvoudig van principe. Nadelen: Wanneer je de overhang instelt is de kans groot dat de zenith verandert en omgekeerd. Sleufgaten kunnen ervoor zorgen dat de bevestiging minder solide is. Verdraaien armbasis. Door de armbasis te verdraaien is het mogelijk de overhang in te stellen. Hierbij dient wederom de bevestigingsbout losgemaakt te worden. Voordelen: Eenvoudig te realiseren. Geen extra onderdelen. Nadelen: Lastig in te stellen, aangezien de arm telkens vast gemaakt dient te worden om te controleren of de overhang goed is ingesteld. Wanneer alles afgesteld is en je wilt de arm toch iets hoger of lager hebben, kun je alles opnieuw afstellen, aangezien je de gehele arm los moet draaien. 38 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

39 Ingebouwde constructie: Hierbij is het niet nodig om de arm bevestiging los te maken, maar aangezien dit nog niet concreet uitgedacht is, dient dit nader uitgezocht te worden. Voordelen: Instellingen blijven behouden. Nadelen: Complexer, meer onderdelen. Verstelbaar armboard: SME maakt ook gebruik van deze methode, hierbij verschuift de arm op het armboard (zie onderstaande afbeelding). Voordelen: Eist verder geen aanpassingen aan de toonarm. Nadelen: Extra te maken/kopen onderdeel. Niet elke platenspeler heeft ruimte voor een grote sparing als deze Dwarsdruk compensatie Zoals eerder beschreven is deze te compenseren kracht een gevolg van de overhang. Torderen ophangdraad: Een toonarm met magneet lagering hangt aan een draad dat door de magneten op spanning gehouden wordt. Door deze draad op te winden creëer je een constante kracht. Voordelen: Geen extra onderdelen nodig. Eenvoudig uit te voeren. Kracht komt vanuit het midden van het armlager. Nadelen: Afstellen kost wat meer tijd. 39 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

40 Draad met gewichtje. De afstand waar het gewichtje zich bevindt vanaf het bevestigingspunt bepaalt de mate van dwarsdrukcompensatie. Een variant op deze uitvoerig is die met een staafje dat zakt. Voordelen: Eenvoudig principe. Nadelen: De kracht komt niet vanuit het midden van het lager. Minder eenvoudig als bij het getordeerd koord. Magneet Bij deze uitvoering zit er een magneetje achter knop D. Door de afstand van de magneet te verplaatsen atsen beïnvloed je de dwarsdrukcompensatie. Voordelen: Contactloos, hierdoor geen overbrenging van trillingen. Nadelen: Redelijk complex om trillingsvrij te construeren. 40 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

41 2.5 Uitvoering afstelmogelijkheden. Aangezien er een verband zit tussen de verschillende afstel mogelijkheden, is ervoor gekozen een morfologisch overzicht te maken. Hieronder staat het overzicht weergegeven waarbij de gele vakken de uiteindelijke keuze is. Afstel mogelijkheden: 1 Azimuth Verdraaibare headshell Verdraaibare armbuis Verdraaibaar contragewicht 2 Zenith/fouthoek Sleufgaten Verloopstrip 3 VTA/SRA Moer/draadbus ingebouwde constructie 4 VTF (naalddruk) Contra gewicht 5 Overhang Sleufgaten Verdraaien armbasis Ingebouwde constructie Verstelbaar armboard 6 Dwarsdruk compensatie Torderen ophangdraad Draad met gewichtje Magneet Azimuth. Het grote voordeel van dit systeem is dat je geen extra massa toevoegt, aangezien de effectieve massa niet groter dan 12 gram mag zijn. Wanneer een losneembare toepassing gekozen wordt beperkt dit de materiaalkeuze van de armbuis. Daarbij komt ook dat er een contragewicht op zit. Het zou zonde zijn om deze mogelijkheid niet te benutten. Zenith/fouthoek. Bij de gekozen afstelmogelijkheden is het mogelijk om elke afstelling individueel te doen, zonder een andere afstelling teniet te doen. Door het gebruik van een verloopstripje voeg je weliswaar extra gewicht toe, maar dit weegt niet op tegen de voordelen van het afstellen. VTA/SRA Een ingebouwde constructie is nogal abstract beschreven. Echter heb ik al wat schetsen gemaakt, waarbij naar voren komt dat dit wel haalbaar is. Het is zelfs op zeer eenvoudig wijze te realiseren. Uiteraard dient dit concept verder uitgewerkt te worden. VTF In het schema is slechts 1 mogelijkheid opgenomen. Vandaar dat het doormiddel van een contragewicht gerealiseerd gaat worden. Overhang Evenals de VTA is dit ook mogelijk om op eenvoudige wijze ingebouwd te realiseren. Wederom zijn ook hier schetsen van gemaakt. Bij het schetsen is als voorwaarde gesteld dat de overhang los van de VTA afstelbaar dient te zijn. Dit lijkt vooralsnog goed mogelijk, vandaar deze keuze. 41 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

42 Dwarsdrukcompensatie. Het zou zonde zijn om het ophangkoord niet te gebruiken voor de dwarsdrukcompensatie, aangezien dit al aanwezig is. De enige aanpassing die gemaakt dient te worden is een stelmoertje dat geplaatst dient te worden. Dit zodat de draad getordeerd kan worden. 42 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

43 3. Het ontwerp. Nu in kaart gebracht is welk type toonarm met de bijbehorende afstelmogelijkheden ontwikkeld zal worden, is het zaak dit ontwerp verder te ontwikkelen. Om gestructureerd aan het werk te gaan is ervoor gekozen het ontwerp in een aantal onderdelen op te splitsen. Onderdelen: 1. Instelmogelijkheid VTA en overhang. 2. Lagering (soort magneten, koord.) 3. Ontwikkelen armbuis, headshell en contragewicht. 4. Ontwerp onder en bovenplaat. 5. Handleiding. 3.1 Instelmogelijkheid overhang VTA. Uit het morfologisch overzicht is gekomen dat er in de armbasis een geïntegreerde afstelmogelijkheid komt. De constructie die hiervoor nodig is, is op basis van verschillende schetsen tot stand gekomen. Ontwerp eisen: De overhang en VTA dienen afzonderlijk van elkaar ingesteld te worden. Dit zodat bij verandering van de VTA de huidige overhang instellingen intact blijven. De constructie dient zo stijf mogelijk te zijn. Bij het ontwerp is rekening gehouden dat het totaal uit zo weinig mogelijk onderdelen bestaat. Tevens dient elk onderdeel zo min mogelijk bewerkingen te ondergaan. De constructie bestaat uit een drietal onderdelen. Namelijk een as, een hoge en een lage ring. De as is een gladde as waar een spiebaan in gefreesd is (zie figuur 3.1a & 3.1b). Uiteraard is het zaak dat de diameter van de as voorzien is van zeer nauwkeurige toleranties. figuur 3.1a figuur 3.1b 43 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

44 De hoge ring is voorzien van 6x M4x15. Met deze draadgaten kan de boven- en onderplaat bevestigd worden. Aan de zijkant zit een M3 gat, waarin een Inbus-stelbout gedraaid kan worden. Het vlakke uiteinde van de inbusbout pas precies in de sleuf die in de as gefreesd zit. Deze inbus borgt de in hoogte verstelbaarheid. Voor zowel de hoge als de lage ring gelden inwendig zeer nauwkeurige toleranties. In de lage ring zitten drie M4 gaten die door de gehele ring lopen. Met deze draadgaten kan men de arm bevestigen op de draaitafel. Net als in de hoge ring zit ook in de lage ring een M3 gat. Ook hier komt een Inbus-stelbout in. Dit boutje borgt de overhang afstelmogelijkheid. Indien de afgebeelde ring te laag is voor een draaitafel, is het mogelijk om een hogere ring te plaatsen. Wanneer men gebruik wil maken van dezelfde as, dient er een kamer in de ring gedraaid te worden. Het materiaal waarvan de as gemaakt is, is RVS. Wat betreft de ringen is dit naar wens in te vullen. Bij een subchassis platenspeler is aluminium aan te bevelen. Dit i.v.m. de invloed van gewicht op het veergedrag van het subchassis. 3.2 lagering. De lagering bestaat uit een koord met onderaan de toonarm een magneet. Deze bovenste magneet wordt op spanning gehouden door een tweede magneet. Deze constructie brengt bij nader onderzoek een aantal problemen met zich mee. Zie figuur 3.2.1a voor een afbeelding van het lager. figuur 3.2.1a Het koord. Het koord dient van rekvrij materiaal te zijn. Wanneer er een hobbel in de plaat zit, zal de afstand tussen de magneten niet meer evenwijdig zijn en variëren. Uiteraard is het de vraag hoe groot de invloed is van deze afstandsvariatie. 44 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

45 figuur 3.2.1b In de figuur 3.2.1b staat de magneetkracht uitgezet ten opzichte van de luchtspleet. In de grafiek is te zien dat bij variatie in de luchtspleet, de invloed op de kracht het grootst wanneer de magneten (dicht) op elkaar zitten. Naar verwachting zal de luchtspleet een paar tiende milimeter groot zijn. Wanneer de afstand met een tiende millimeter zal variëren, zal dit al snel 5 tot 10% kracht verandering opleveren, wat al snel 0,5 a 1 kilo verschil betekent (bij een kracht van max 10kg). Een andere reden waarom er geen rek op het koord mag zitten, is dat er bij uitrekking sprake is van een verandering van VTA. Ook dit is niet wenselijk. Een tweede eigenschap is dat het koord bij torsie niet omhoog kruipt. Doordat het koord ook gebruikt gaat worden voor de anti-scating, zal het getordeerd worden. Een massief koord van 1mm dik zal hier meer last van hebben dan een koord van 0,1mm dik. Doordat de diameter groter is zal de af te leggen weg (bij torsie) aan de buitenzijde van het dikke koord groter zijn. Wanneer de rek om deze weg af te leggen niet aanwezig is, ontstaan de knoopjes. Denk hierbij aan nylon vissnoer dat getordeerd wordt. Het koord dient flexibel te zijn. Wanneer er een hobbel in de plaat zit zal het koord licht knikken. Zie figuur 3.2.1c waar de knik plaats zal vinden. In dit voorbeeld is een hoek van 1 o genomen. figuur 3.2.1c 45 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

46 Temperatuur onafhankelijk. Alle materialen zetten uit of krimpen bij temperatuursveranderingen. Wanneer het een paar graden warmer in de huiskamer wordt en het koord wordt langer, zal het de magneten dichter naar elkaar toe brengen. Het mag duidelijk zijn dat dit niet wenselijk is. Conclusie: Het koord dient te beschikken over zo min mogelijk rek. Tevens dient het opgebouwd te zijn uit meerdere dunne draadjes, dit om bij het torderen geen knoopjes te krijgen. Tot slot dient het zo temperatuuronafhankelijk mogelijk te zijn. Meneer Van den Hul gaf me het advies om naar Basalt te kijken. Echter ontbreekt mij de tijd om dit nader te onderzoeken De magneten. In figuur 3.2c is tevens te zien dat de afstand tussen de magneten aan de rechterkant kleiner is dan aan de linkerkant. Dit brengt een probleem met zich mee. Doordat de afstand tussen de magneten niet evenwijdig is, is de magneetkracht ook niet op elk punt even groot, hierdoor zal het magneetje zich willen verplaatsen uit de verticale as. Figuur 3.2.1d geeft dit weer. figuur 3.2.1d Waar het knikpunt (van het koord) exact zal liggen is afhankelijk van de aantrekkingskracht van de magneten. Bij een geringe aantrekkingskracht zal het knikpunt naar verwachting bovenaan, bij het ophangpunt liggen (figuur 3.2.1d). Bij een grote aantrekkingskracht zal het knikpunt in het bovenste magneetje net boven de bevestiging liggen (figuur 3.2.1c). Waar dit punt exact zal liggen dient in een testopstelling onderzocht te worden. De mate van hoekverdraaiing wordt voornamelijk bepaald door de lengte van de arm. Naar verwachting zal de negatieve invloed bij zijdelingse bewegingen het grootst zijn. Dit omdat het traagheidsmoment in die richting het kleinst is. Dit kan een schommelend effect tot gevolg hebben. figuur 3.2.1e De benodigde kracht is op dit moment erg lastig in te schatten. Kijkend naar de toonarmen die op dit moment uitgevoerd zijn met een magneet lagering, valt op dat een zo groot mogelijke kracht bij een 46 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

47 zo klein mogelijke diameter toegepast wordt. Proefondervindelijk zal uitgeprobeerd dienen te worden wat het meest geschikt is. Wat wel duidelijk is, is dat bij een grotere magneetkracht de zijdelingse stabiliteit omhoog zal gaan. In figuur 3.2.1f staat een afbeelding van de bovenste magneet en in figuur 3.2.1g de onderste magneet. figuur 3.2.1f figuur 3.2.1g Aan de onderste magneet is een bolle kant aangebracht. Welke in de holling van de bovenste magneet past. Tevens zit in het bovenste magneetje een gaatje, waardoor het koord kan lopen. Het koord dient onderaan het magneetje bevestigd te worden. Dit om een zo klein mogelijke draaiing van het magneetje te krijgen wanneer er een hobbel in de plaat zit. Gekozen is om het hart van de holling op hetzelfde punt te leggen als waar ook het hart van de bolling zich bevindt (zie figuur 3.2.1h). Dit houdt in dat de radius van de bovenste magneet iets groter is dat van de onderste. Wanneer beide radiussen even groot zouden zijn, zou de afstand bij de rand van de magneet kleiner zijn dan in het midden. Dit is het tegenovergestelde van wat men wil bereiken. figuur 3.2.1h Een andere mogelijkheid is het plaatsen van 1 vlakke en één bolle magneet, echter heeft dit naar verwachting een negatief effect op de zijdelingse stabiliteit. Wederom dient in een prototype het effect van de verschillende modellen te worden onderzocht. 47 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

48 3.3 Ontwikkelen armbuis, headshell en contragewicht. Aangezien de effectieve massa van de arm wordt bepaald door deze drie onderdelen, is ervoor gekozen ze in een groep samen te vatten en te ontwikkelen. Bij de ontwikkeling van deze drie onderdelen wordt gebruik gemaakt van de uitkomsten uit het vooronderzoek. Afmetingen. Gekozen is om voor aanvang van het ontwerpen al een aantal afmetingen vast te stellen, om te kunnen werken met concrete maten. Aangezien de effectieve lengte van de toonarm de mate van hoekverdraaiing van het magneetje bepaalt, gaat de voorkeur uit naar een iets langere toonarm. Doordat de lengte van de arm voor een grootdeel de effectieve massa van de arm bepaalt mag deze niet te lang zijn. Vandaar dat er gekozen is voor een 10 inch arm met de onderstaande gegevens. Effectieve lengte: 239,3mm (figuur3.2.2.a) Overhang: 17,3mm Offset hoek: 23 o Montage afstand: 222mm Een minimale plateau hoogte L1 van 27mm (Zie figuur 3.2.2b). Bij een element hoogte L2 van 17mm (Zie figuur 3.2.2a). figuur 3.2.2a 48 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm. figuur 3.2.2b

49 Vervolgens wordt per onderdeel berekend waar de resonantiefrequenties liggen, dit aan de hand van de berekeningen uit het vooronderzoek. Tevens worden in deze paragraaf de keuzes verantwoord Armdeel 1. Aan dit deel wordt de magneet lagering en het contragewicht gemonteerd (figuur 3.3.1). figuur Er is voor gekozen om de arm uit 2 delen te maken. Afgezien van de complexiteit om een dergelijke arm uit 1 stuk te fabriceren, zijn er meer redenen. Door de arm uit twee delen te maken zijn er meer mogelijkheden om de verschillende frequenties te spreiden. Wanneer het ene deel langer wordt, wordt het andere deel kleiner. Aangezien de lengte van grote invloed is op de frequentie, biedt dit mogelijkheden. Een eis die aan bijna alle materialen van de arm gesteld wordt, is dat hij niet magnetisch mag zijn. Dit om beïnvloeding van het magnetisch veld te voorkomen. Aangezien dit deel van de arm zich rond het draaipunt van de arm bevindt, heeft de massa relatief weinig invloed op het traagheidsmoment. Echter dient het materiaal wel stijf te zijn. Gezien de bewerkingen dient de verspaanbaarheid redelijk goed te zijn. Uiteraard heeft de voortplantingssnelheid een grote invloed op de materiaal keuze, vanwaar er gekozen is voor RVS. Gegevens: l= 0,1m V=5200m/s (RVS) Transversale golven: Een ¼ λ is 0. 10m, dus is 1 λ 0.40m. Grondtoon: f = v / λ f = 5200 / 0.4 f = 13 khz Eerste boventoon: f = v / λ f = 5200 / f = 39kHz Tweede boventoon: f = v / λ f = 5200 / 0.08 f = 65 khz 49 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

50 Met een grondtoon van 13kHz zal naar verwachting rond dit gebied een versterking van het signaal optreden. Om de grondtoon boven de 20KHz te krijgen zal er een materiaal gekozen dienen te worden met een grotere voortplantingssnelheid. Een kortere arm zal dit ook bevorderen. Aangezien staal van de geschikte materialen met 5200m/s de grootste voortplantingssnelheid heeft, is er geen ander materiaal geselecteerd. Wanneer het armdeel ingekort wordt, dient het andere deel langer te worden. Dit heeft invloed op de frequentie van dat armdeel. Vandaar dat ervoor gekozen is om deze uitkomsten te accepteren. Longitudinale golven: Bij longitudinale golven is in volledige golf 2x de armlengte. λ = 2 x l λ = 2 x 0.1 λ = 0.2m De grondtoon: f = v / λ f = 5200 / 0.2 f = 26kHz De grondtoon bevindt zich buiten het bereik van het menselijk gehoor, vandaar dat er verder niet ingegaan wordt op de eerste en tweede boventoon Armdeel 2. Aan dit deel wordt het element bevestigd (figuur 3.3.2a). figuur 3.3.2a Aangezien het element magnetisch is, is het van groot belang dat dit deel van de arm dat niet is. Er is gekozen voor een houten armbuis. Dit vanwege de dempende werking van hout. De voortplantingssnelheid is namelijk aanzienlijk kleiner (2500m/s). Er is middels een ultrasoon apparaat getracht de exacte snelheid vast te stellen, echter is hout niet homogeen genoeg om dit te meten. Vandaar dat bij de realisatie div. armbuizen getest dienen te worden. De schuine kant aan de headshell heeft dezelfde hoek als de offsethoek. Dit om het afstellen te vergemakkelijken. Tevens bevordert de schuine kant de plaats van het zwaartepunt in de x-richting van de arm (zie figuur 3.3.2b). Deze correctie is nodig doordat het element niet evenwijdig met de arm staat. 50 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

51 figuur 3.3.2b Via een gat in de armbuis loopt de armbedrading die voor de headshell naar buiten komt. Wanneer het niet mogelijk is om een dergelijk gat te boren, is het ook mogelijk om de armbuis uit verschillende lagen op te bouwen (lamineren). De hoogte waar het element zich bevindt bepaalt de stabiliteit van het spoorgedrag. Zoals te zien in de afbeelding hangt het element onder de arm. Met als gevolg dat er in de Y richting (zie figuur3.3.2c) een afstand van 17,5mm tussen naaldtip en draaipunt ontstaat (bij dit element). Het stripje tussen element en headshell draagt ook bij aan het vergroten van de afstand dy. figuur 3.3.2c Door deze afstand wordt het traagheidsmoment om de z-as (de blauwe lijn van 239,3mm in de bovenstaande afbeelding) groter. Dit bevordert de stabiliteit van het spoorgedrag. Bij elke beweging van de arm dient namelijk het traagheidsmoment overwonnen te worden. Een ander groot voordeel is dat het zwaartepunt y-as ook omlaag gaat. Onder het kopje contragewicht wordt het zwaartepunt nader toegelicht. Gegevens: l= 0,178m V=2500m/s (hout) Transversale golven: Een ¼ λ is m, dus is 1 λ 0.712m 51 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

52 Grondtoon: f = v / λ f = 2500 / f = 3511Hz Eerste boventoon: f = v / λ f = 2500 / f = 10,5kHz Tweede boventoon: f = v / λ f = 2500 / f = 17,6kHz Longitudinale golven: λ = 2 x l λ = 2 x λ = 0.356m Grondtoon: f = v / λ f = 2500 / f = 7kHz Eerste boventoon: f = v / λ f = 5200 / f =14kHz Tweede boventoon: f = v / λ f = 5200 / f =28kHz Het contragewicht. De materiaalkeuze van het contragewicht wordt bepaald door het soortelijk gewicht en de verspaanbaarheid. Door een materiaal met een hoog soortelijk gewicht te kiezen, zal het zwaartepunt van het contragewicht dichter bij het draaipunt van de arm komen te liggen(bij een gelijke diameter). Dit heeft als gevolg dat het traagheidsmoment omlaag zal gaan. Bovenop het contragewicht zit een inbusboutje, waarmee je het contragewicht kunt vergrendelen. Met het boutje onderin het contragewicht, is het mogelijk de naalddruk nauwkeurig af te stellen. Het gekozen materiaal is messing en het totale contragewicht inclusief stelbout weegt 276,5 gram. 52 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

53 figuur 3.3.3a Door het gat in het contragewicht excentrisch te maken verplaats je het zwaartepunt. Dit heeft positieve invloed op zowel het vergroten van het traagheidsmoment in de z-as (zie figuur 3.3.2c) als op de frequentie waarmee de slinger beweegt. De mathematische slinger figuur 3.3.3b Bij het berekenen van de grondtoon is de massa van het elementje niet meegenomen. Dit omdat deze per element verschillend is. Echter zal toevoeging van massa een positief effect hebben op het verlagen van het zwaartepunt, dit omdat het zwaartepunt van het elementje lager ligt dan het zwaartepunt van de arm. De grondtoon: =2 ( / ) f = l= 0,0058m =1/(2 0, ) =6,5 53 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

54 Eerste boventoon: 13Hz Tweede boventoon: 19,5Hz Conclusie: De frequenties van de eerste drie tonen vallen allemaal buiten het bereik van het menslijk gehoor. Conclusie golven en trillingen. In figuur 3.3.3c staan de verschillende frequenties van de verschillende onderdelen uitgezet in een grafiek. Een gestelde eis is dat geen golf of trilling een gelijke grondtoon mag hebben. Uit de grafiek is af te lezen dat hier geen sprake van is. Tevens is te zien dat er een behoorlijke spreiding is van de frequenties die binnen het bereik van het menselijk gehoor vallen Transversaal Longiditunaal Transversaal Longiditunaal Armdeel 1 Armdeel 2 Grondtoon Eerste boventoon Tweede boventoon Bereik, bovengrens Bereik, ondergrens figuur 3.3.3c Armdeel 1 Armdeel 2 Samenstelling Transversaal Longiditunaal Transversaal Longiditunaal Slinger Grondtoon Eerste boventoon Tweede boventoon figuur 3.3.3d De frequentie van de slinger is niet in de grafiek opgenomen. Dit omdat deze in zijn geheel buiten de grafiek valt. In figuur 3.3.3d zijn de waarden wel opgenomen. 54 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

55 3.3.4 Samenstelling Massa veersysteem. In deze situatie is de frequentie bekend. Ook is bekend wat de gewenste effectieve massa van de arm zal zijn. Deze was vooraf vastgesteld op 11 a 12 gram. Middels de onderstaande formules wordt nader toegelicht wat het traagheidsmoment dient te zijn. = 159 = ,2393 =11 12 Met Solid Works is het mogelijk om het traagheidsmoment te berekenen, dit is berekend vanuit het draaipunt (figuur3.3.3e). Voor de complete gegevens van het traagheidsmoment zie bijlage 1. figuur 3.3.3e 0, =11,46 De uitkomst van respectievelijk 11,5 gram ligt binnen de gestelde eis. 3.4 Ontwerp boven en onderplaat. Ontwerpeisen: 1. In de onderplaat dient de lift uit figuur gemonteerd te kunnen worden (figuur 3.4a). 2. De afstand van draaipunt naar hart bevestiging dient groot genoeg te zijn om een draaihoek van 35 graden te kunnen realiseren. 3. De boven en onderplaat dient stijf genoeg te zijn dat er geen beïnvloeding van de onderlinge afstand van de magneten is. 55 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

56 figuur 3.4a De bovenplaat. De bovenplaat heeft 3 verzonken gaten waarmee hij aan de hoge ring bevestigd kan worden (zie figuur 3.4.1a). In het midden tussen de gaten zit een M3 draadgat waarin een inbusboutje geschroefd kan worden. Door het inbusboutje te verdraaien zal de arm in hoogte gaan variëren. Dit is de VTA afstelbout. figuur 3.4.1a Tevens zit er een gat van 8mm in. In dit gat komt de as/stelbout waarmee de antiscating afgesteld kan worden (zie figuur3.4.1b). In dit stelboutje zit een M3 draadgat. waar de inbusbout in komt om de magneet afstand mee in te stellen. 56 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

57 figuur 3.4.1b Om de antiscatingbout te vergrendelen zit er in de bovenplaat een klein M2 draadgat. Hier kan een inbusboutje ingedraaid worden De onderplaat. De onderplaat is in grote lijnen gelijk aan de bovenplaat. Echter zijn er een paar verschillen (zie figuur 3.4.2a). Er is een gat in gemaakt waarin de lift in gemonteerd kan worden. figuur 3.4.2a Het overige gat is om de magneet houder haaks op de onderplaat te bevestigen (zie tevens figuur 3.4.2b). Zowel de boven- als onderplaat wordt gemaakt van 5mm aluminium, de 7000 serie. Deze serie is een stuk stijver dan de stadaard 1000 serie. figuur 3.4.2b Afhankelijk van de soort magneet die geplaatst gaat worden, wordt het materiaal van de magneethouder bepaald. Wanneer er een standaard ijzer neodymium magneet inkomt, werkt het magneetkracht versterkend wanneer de bus van S235 gemaakt wordt. 57 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

58 3.5 Handleiding. De complete handleiding is te vinden op bijlage 2. Hier is voor gekozen zodat het een compleet boekje met eigen bijlagen is. 58 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

59 4. Conclusie & aanbevelingen: Bij het ontwikkelen van een toonarm komen veel verschillende factoren kijken. Wat het extra complex maakt, is dat de factoren elkaar onderling beïnvloeden. Neem bijvoorbeeld de materiaalkeuze van de armbuis. Deze keuze heeft invloed op zowel de longitudinale golven, transversale golven als het massaveersysteem. Dit heeft voor mij de uitdaging extra groot gemaakt om hier een middenweg in te zoeken, met als gevolg dat hier veel tijd in ging zitten. Wanneer ik op deze voet verder zou gaan, dan kan ik hier nog wel een jaar mee verder. Ik heb er bewust voor gekozen om mijn aandacht te vestigen op de onderdelen die naar verwachting de meeste invloed op het geluid zullen hebben. Met deze onderwerpen bedoel ik de trillingen en de geometrie van de arm. Gezien de minimale krachten die op de arm van invloed zijn, heb ik de onderwerpen buiging en sterkte achterwege gelaten. Een andere reden is dat gedurende de opleiding deze onderwerpen al in voldoende mate aan de orde zijn geweest, dit in tegenstelling tot trillingsleer. Aangezien de sterkteberekeningen feitelijk wel onderdeel uitmaken van het ontwerp, verdient het de aanbeveling om dit onderdeel in de toekomst nader te onderzoeken. Naast een theoretisch onderzoek dienen een aantal onderwerpen ook doormiddel van een prototype getest te worden. De vorm van de magneten is zo n onderwerp. Naar verwachting zullen bolle magneten de stabiliteit niet ten goede komen, maar in welke mate is onduidelijk. De plaats van het zwaartepunt valt onder dezelfde categorie. Bij een laag zwaartepunt van de arm, bestaat het risico dat de arm zal gaan slingeren wanneer het gat niet in het midden van de plaat zit. In welke mate dit zal plaatsvinden, is zonder prototype lastig in te schatten. Ondanks de onderwerpen die nog onderzocht dienen te worden, denk ik dat de belangrijkste punten aan bod gekomen zijn. Wat uiteraard nog belangrijker is, is dat ik ontzettend veel geleerd heb. Ik denk dat dit voor een groot deel komt door mijn intrinsieke motivatie voor dit project. De onderwerpen die ik uitgezocht heb, vond ik oprecht leuk om uit te zoeken. 59 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

60 5. Bronvermelding: Literatuur: J.C.F. de Beer (1997). Methodisch ontwerpen. Ulvenhout: Academic Service Samengesteld door: S. Pool Trillingsleer Zwolle PTH Fontys Spruyt, van Mantgem & De Does (1998) TWIN Natuurkunde 4 Leiden: SMD Educatieve uitgevers. Geraadpleegde deskundigen: Dhr. S. Pool Dhr. T. Gosen Dhr. M. van t Hof Dhr. H. Niemeier Dhr. A.J. van den Hul Docent aan de PTH Windesheim. Docent aan de PTH Windesheim. Docent aan Windesheim. Eigenaar van audiowinkel, Audio Selectief te Sneek. Directeur van het bedrijf, Van den Hul B.V. Digitale bronnen. Informatie over magneten. Schroeder toonarmen. DIY Schroeder toonarmen Geometrische informatie Materiaal eigenschappen van hout Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.

61 Bijlagen. Bijlage 1. Traagheidsmoment. 61 Het meesterstuk: De magneetgelagerde toonarm.