סוגי חתכים במחטי פטפון: נושאים מתקדמים – חלק ב'

עולם חתכי המחטים לפטפונים עדיין בגדר עלום עבור חובבי פורמט הויניל הוותיק. זהו עולם זעיר שצופן בחובו ניואנסים מפתיעים והבדלים ...

12:00
  /  
10.06.2014
  
מאת: טומי

סוגי חתכים במחטי פטפון: נושאים מתקדמים – חלק ב'

בחלק א' הצגתי את ארבעת סוגי חתכי המחטים הנפוצים. המחטים החרוטיות כדוריות המסורתיות, המחטים האליפטיות של ראשית שנות ה-70', ונגזרותיהן החדשות יותר, מחטי המגע הקווי והמחטים המודרניות מסוגי ה-MicroLine וה-MicroRidge. בחלק הזה ארחיב על חתכי המחטים המתקדמים יותר אך גם אתמקד ובנושאים שעשויים לשפוך אור נוסף על מה שהוא עדיין, למרבית הפליאה (סך הכל, הטכנולוגיה וותיקה למדי), בגדר תעלומה עבור חובבי ויניל רבים.

לחלק ראשון במאמר: סוגי חתכים במחטי פטפון – חלק א'

 

המידות המקובלות במדידת חתכי מחטים

כשאנו עוסקים בצורתה של קצה מחט היהלום, ראוי להעניק לנושא מעט קנה מידה תפיסתי וחזותי. המידות שמשמשות את התעשייה בכל מה שקשור לנושא, הן אלפיות של אינטש (הנקראות באופן מבלבל מיל' – mil), בשיטה המטרית משתמשים ב'מיקרו-מטרים', הידועים בשמם הבלתי רשמי: 'מיקרונים'.

מיקרון אחד הוא אלפית של מילימטר, (כלומר במטר אחד יש מיליון מיקרונים) והסימון הסטנדרטי ליחידה הזו הוא: µm. לפעמים, בשרטוטים הטכניים, משמיטים את ה'm' ונשארים רק עם ה-'µ'. מיל' אחד שווה ל-25.4µm ומי שרוצה לבצע המרות מקוונות – יכול לעשות זאת, בין השאר, כאן באמצעות מחשבון מקוון.

כדי לקבל קצת קנה מידה באשר ליחידות הכה קטנות האלה אפשר לציין למשל, שעוביו של דף נייר נע בין 3.8 ל- 4.5 מיל', או בין 96.5 ל-114 מיקרון. בדומה לכך, להב סכין גילוח משובח, מגיע בעובי של 5 מיל' או 127 מיקרונים. עוביו של להב סכין יפני איכותי (סכין מנתחים) הוא בסדר גודל של 2.3 מיל' או כ-58 מיקרונים (µm).

ובאשר לעניינינו: על פי הסטנדרטים של RIAA, רוחבו של חריץ תקליט (micro-groove) על פני השטח (בניגוד לרוחבו בקרקעיתו) חייב להישאר בתחום של 76µm, שהם פחות מעובי של סכין גילוח טוב. בקרקעיתו, אמור החריץ להיות בעל רדיוס של 5.1µm (כלומר בעובי של ~ עשרה מיקרונים). במילים אחרות, אנו עוסקים בסדר גודל של מידות, שבו כמעט שני חריצי תקליט היו יכולים להיות חרוטים על שטח בעובי להב סכין גילוח. כדי להמחיש את נושא קצה המחט ביחס לחריצי התקליט ולמידות המדוברות, אולי כדאי לעיין באילוסטרציות הבאות, ששומרות על קנה מידה מציאותי.

אילוסטרציה בקנה מידה מציאותי – מתוך האתר של Shure

אילוסטרציה נוספת בקנה מידה מציאותי – מתוך גיליון של המגזין Popular Mechanics מ-1975

מי אשר קנה מידה הוא טבע שני לו, שם לב בוודאי, שאם ברצוננו להתייחס למידות חיתוכים ספציפיים בקצה המחט, שמידתם מהווה שבריר מגובה המחט הכולל, בשיטה האמריקאית של אלפיות האינטש, הרי שלא יהיה לו מנוס מלהמשיך ולחלקן לעשיריות. למעשה, המידות המקובלות לחיתוכי המחט השונים בארה"ב, הן עשיריות של מיל'. בהמשך, לאחר שאבהיר מהן המידות המשמשות בחיתוכים השונים של המחטים, נוכל לעשות בהם שימוש כדי להתפעל ביתר שאת מחתך זה או אחר. אך הדרך לשם עוד ארוכה.

מידות משטחי הקריאה בחתכי מחטים נפוצים

בהמשך, אציין מהם הפרמטרים המשמעותיים בחתכי מחטים. בינתיים, המספרים הבאים מייצגים את הרדיוס הקטן ואת הרדיוס הגדול של משטח הקריאה (שאינו עגול, אלא מאורך). במחטים בעלי חתך אקזוטי יותר, מדובר לעתים באורך של 'רכס' או 'זיז', כזה או אחר, בקצה המחט המיוחדת: 

מחטים אליפטיות

  • רמת כניסה: 0.7 * 0.4 מיל' 10µm * 18µm
  • מחטים איכותיות: 0.7 * 0.3 מיל' 8µm * 18µm
  • מחטי פרמיום: 0.7 * 0.2 מיל' 5µm * 18µm

מחטי מגע קווי (Line Contact) מסוג שיבאטה

  • שיבאטה בפרופיל 'גדול': 3 * 0.2 מיל' 6µm * 75µm
  • שיבאטה בפרופיל 'קטן': 2 * 0.2 מיל' 6µm * 50µm

מחטי בחתכים מתקדמים ואקזוטיים

  • מיקרו-ליין (MicroLine) של AT ואחרים: 3 * 0.1 מיל' 2.5µm * 75µm
  • מיקרו-רידג' (MicroRidge) של Shure, Dynavector ואחרים: 3 * 0.15 מיל' 3.8µm * 75µm
  • ואן-דן-הול (Van Den Hul) של VDH ולקוחותיו: 2.75 * 0.15 מיל' 4µm * 70µm
  • פריץ גייגר (Fritz-Gyger) של Ortofon (באופן בלעדי???): 2.75 * 0.2 מיל' 5µm * 70µm
  • Special Analog Stylus של Jico (באופן בלעדי – בשם הזה): 3 * 0.1 מיל' 2.5µm * 75µm
  • פרטרייס (Paratrace) של Expert (על Grado, Denon) ואחרים: 2.75 * 0.15 מיל' 4µm * 70µm

אורך החיים המוגדר (מומלץ ע"י היצרן) של מחטים בחתכים שונים

כאשר מדובר על אורך החיים של המחט, ראוי לזכור שאין למחט תאריך תפוגה מוגדר. אורך החיים נקבע למעשה על ידי יכולתו של בעל המחט 'לסבול' את הפלט שלה ואין מדידה סובייקטיבית יותר מזו. עם זאת, כדי להגדיר בכל זאת אורך חיים של מחט, נוטים היצרנים לציין את כמות השעות שבהן המחט מתחככת בתקליט, בטווח המשקל האנכי (VTF) המפורט, עד לרמה שבה יכולת הביצועים של המחט מתדרדרת.

'מהי רמת ההתדרדרות הזו?' – היא שאלה מצוינת בפני עצמה. זאת משום שלכל יצרן יש דרך ייחודית כדי לציין ולהדגיש את הביצועים של המחט שלו בתנאים שמבליטים את יתרונותיה. Jico היפנית, למשל, נשענת על נתונים של Namiki ומציינת אחוז עיוות מסוים בתדר של 15Khz (נניח 3% עיוות עבור מחט חדשה בחתך SAS). הנתונים הבאים, אם כן, אינם מציינים מתי מחט סיימה את חייה ומיצתה את תפקודה התקין, אלא מתי מחט מפסיקה לתפקד – ע"פ מפרט היצרן למחט חדשה.

בפועל, הנתונים הממשיים עשויים להיות גבוהים עד פי 4 מאלה המצוינים כאן, והם תלויים מאוד ביחסו של המשתמש. שמירה על מחט מטופלת, נקייה, ומכוונת בנתונים הגאומטריים המוגדרים שלה, בתוספת שימוש בתקליטים במצב הולם – עשויים לסייע בהארכת חיי המחט עד פי שניים מההערכות הרשמיות האופטימיות ביותר.

אורך חיים של מחטים בחתכים שונים – ע"פ Jico

  • מחט כדורית חרוטית: 150 שעות
  • מחט אליפטית: 250 שעות
  • מחט שיבאטה מגע קווי: 450 שעות
  • מחט SAS או MR ודומיה: 500 שעות

ההערכות הרשמיות, ראוי לחשוד, אינן אובייקטיביות. גם אם הן נכונות מבחינה טכנית ומציינות את שעות הבלאי בדיוק מדעי רב (ע"פ קנה המידה הטכני המפורט), עושה רושם שהן מוכוונות שיווק ומטרתן היא לגרום לתחלופה גבוהה יותר, ומחזור עסקי גבוה יותר של התוצרת. מי מאיתנו בני תמותה יכול להתחייב שהוא מסוגל, בכל תנאי שיבחר, להבדיל בין 3% ל-9% של עיוות בתדר של 15Khz??? האם זהו הפרמטר שיקבע את מועד גסיסתה של המחט?

כותב מאמר זה למשל מתחייב בפומבי שבגילו ה'מופלג' של למעלה מ-50 שנים, הוא אינו יכול לשמוע תדרים בטווח הזה, כמעט בכלל. לא רבים מבני גילו עושים זאת טוב ממנו, ועוד פחות מכך עשויים להבדיל באחוזי עיוות חד ספרתיים בתדרים כאלו. האם זהו הקריטריון שעל פיו יקבע אם הגיע הזמן להחליף מחט אהובה? ממש לא! מי מאיתנו בכלל שומר איזשהו סוג של מעקב 'שעות מחט' אמין?

בשורה התחתונה והמפתיעה, הנוהג הכללי הרווח, הוא שמחט מחליפים, בסופו של דבר, כאשר הפלט שלה הופך להיות בלתי נסבל ושום דבר אחר לא פותר את הבעיה. זה כמובן לא עולה בקנה אחד עם המלצות בעלי העניין בתחום.

מהם הפרמטרים החשובים והמדידים בחתך מחט?

במחט כדורית, משטח המגע (זכרו ששם חתך המחט נגזר ממשטח המגע ולא מצורת הקצה) הוא עגול. כל שצריך כדי לחשב את הגאומטריה והנתונים של משטח כזה (שטח, לחץ וכ"ו), זהו רדיוס המעגל. פשוט ביותר! הנה איור של A.J.Van Den Hul בכבודו ובעצמו, מתוך מסמך שהכין במאי 1980 שעסק בפילוסופיות התכנון של חתך המחט על שמו.

מחט בחתך כדורי

גובה משטח הקריאה העגול זהה לחלוטין לרוחבו, ובמידה ומצוין גם רוחב חתך המחט (cross-section) בגובה פני התקליט, או הרדיוס שלו, יהיו בידינו כל נתוני המחט (כמעט). יתכן ותיווצר לנו בעיית זיהוי קלילה של איזה רדיוס מתייחס לאיזה נתון. האם למשטח הקריאה או האם לרדיוס הכללי של המחט, אך ניתן יהיה להניח במידת וודאות רבה, שהרדיוס הקטן יותר, שייך למשטח הקריאה. למעשה, הרדיוס הזה, באופן מסורתי, מכונה 'reading radius', או הרדיוס הקטן, או, בשמו הנפוץ ביותר, side radius. בשרטוטים הטכניים מציינים אותו בד"כ באותיות r, או rs כאשר ישנם רדיוסים נוספים ובדרך כלל – אין. אך מה לגבי מחט בחתך אליפטי?

מחט בחתך אליפטי

מהציור של VDH ניתן לראות עכשיו בבירור, ששטח משטח הקריאה האליפטי אינו יכול להימדד יותר באמצעות נתון של רדיוס אחד בלבד. עתה יש להתייחס לרדיוס של רוחב האליפסה, כמו גם לרדיוס של גובהה. זהו המצב לאשורו כאשר בוחנים נתונים של מחטים אליפטיות. הרדיוס הקטן, נשאר 'rs' והוא עדיין מייצג את רוחב משטח הקריאה, אך לתמונה נכנס מונח חדש והוא מכונה 'הרדיוס הגדול'. עם הצגתו של זה, קל להתבלבל בין הרדיוס של המחט עצמה, לבין הרדיוס של גובה משטח הקריאה והשרטוטים הטכניים, בעיקר השיווקיים שביניהם, לא ממש מסייעים באבחנה בין השניים.

הרדיוס הזה, מכונה 'רדיוס העקיבה' או tracking radius. והוא למעשה מגדיר את מידת החתך שבאה במגע עם פני קיר חריץ התקליט בממד האנכי. גם הוא מסומן באות R. עד כאן, די צפוי… העסק מסתבך כאשר מדובר בחתכים מתקדמים יותר, כגון שיבאטה והלאה מכך, MicroRidge למשל.

כיצד למשל נגדיר את מידות חתך מחט השיבאטה שגם היא בעלת חתך אליפטי אך (וזאת טרם ציינתי) גם מתפתל לאורך צירו. כיצד יימדד שטח משטח הקריאה הכולל?

מחט בחתך שיבטה

סבוך מכך, באילו נתונים משתמשים כדי לייצג את מידותיה של מחט ה-MicroRidge כפי שמודגמת באילוסטרציה של Dynavector ובפטנט של Namiki (שהיא, ככל המשוער, היצרנית של מחטי ה-SAS של Jico)?

מחט בחתך MicroRidge של Dynavector

מתוך הפטנט של חברת Namiki שעוסק בגרסאות שונות למחט בחתך MR

את היחס בין הפרמטרים שצינתי עד כה לבין ביצועי המחט בכללותם, ניתן למעשה לראות בטבלה הבאה (טבלה המתפרסמת מטעם Jico, כתוכן שיווקי, ויש לבחון אותה בביקורתיות). כאן היא מוצגת, בתור 'חומר עזר' לימודי בדרך לסיכום נושא הפרמטרים. שימו לב שהיחידות המצוינות בטבלה הן במיקרונים אך הגדרות החתכים בכותרת הן במיל' (טכנית זוהי סתירה די מגוחכת שיש בה יותר מלרמוז על השוק היעד המדויק). אעבור כאן על הנתונים המוצגים:

היחס בין חתך המחט לשטח משטח המגע (קריאה) ע"פ Jico

בטבלה מוצגים חמישה חתכי מחטים השייכים לשתי קבוצות. בקבוצה הראשונה point contact אנו מוצאים (בשורה השנייה מלמעלה, משמאל לימין) את המחט החרוטית הסטנדרטית בעלת רדיוס עקיבה (גובה) של 7 מיל' (18µm), ומיד אחריה, את אחותה בעלת הרדיוס הקטן יותר, של 5 מיל (13µm). המחט האחרונה בקבוצה (עמודת האמצע בטבלה) היא המחט האליפטית בעלת שני הרדיוסים. הרדיוס הקטן (rs) של 3 מיל' והרדיוס הגדול של 7 מיל'. Jico, אגב, לא מייצרים מחטים אליפטיות ברדיוס קטן מ-3 מיל', וזאת בניגוד, לדוגמה, למחטים המקוריות של Shure.

בקבוצה השנייה של מחטי מגע קווי ניתן למצוא את מחט ה-Line Contact הקלסית, השיבאטה. ניתן לזהות אותה לפי היטל החתך (cross section) בשורה השלישית בטבלה. יש לה צורת 'דמעה', או 'לב' מאוד אופייניות בניסור דמיוני לרוחב, באמצע גובהו של רדיוס העקיבה. בעמודה הימנית ביותר מוצגת מחט ה-SAS, ראשי תיבות שמשמעותן Special Analog Stylus שהוא בסך הכל כינוי מסחרי לחתך line contact קנייני של Jico.

בשורה השנייה בטבלה מוצג היטל החזית של המחט, זה הנצפה מקדמת החריץ, בתוספת הרדיוס הגדול. בשורה השלישית, כפי שציינתי, ניתן לראות את היטל החיתוך בתוספת הרדיוס הקטן. בעמודה הרביעית, מוצג למעשה משטח הקריאה בתוספת מידות (הגובה והרוחב) של משטח הקריאה.

השורה הרביעית והחמישית הן השורות המעניינות יותר. בשורה הרביעית מוצג השטח הכולל של משטח הקריאה במיקרונים רבועים. אנו שמים לב לעובדה המפתיעה שעוסקת בשטחו הכולל של משטח הקריאה של המחט האליפטית. בפועל, כך עולה מהטבלה, המחט האליפטית היא בעלת משטח הקריאה הקטן ביותר.

בחלק א' כבר ציינתי שמשטח קריאה קטן, אינו תכונה רצויה במחט. הוא מגדיל את הלחץ של המשקל העקיבה האנכי (VTF) על הויניל, ולפיכך גם את בלאי התקליט וקצה המחט, והוא מוגבל בקריאה של פחות מידע מחריצי התקליט. זאת משום שיש לו פחות שטח (משטח קריאה מגע) לעשות זאת.

מהו השיפור, אם כן, שמציגה המחט האליפטית כנגד קודמותיה? לתשובה אגיע מיד, אך בינתיים ראוי לציין שבשורה החמישית והאחרונה בטבלה, מוצג יחס בין גובה לרוחב משטח הקריאה. כצפוי, היחס זהה כאשר הגובה והרוחב זהים, כמו במשטח קריאה עגול לחלוטין. היחס שמתקבל מחלוקה של L1 ב-L2 נותן לנו למעשה חיווי של 'כמה גבוה' הוא משטח הקריאה. תוצאה גבוהה יותר – מעידה על ביצועים טובים יותר. זאת משום שאנו מקבלים משטח קריאה גדול יותר, אך עם זאת, 'רזה' יותר ולכן בעל יכולת 'עקיבה' טובה יותר, בייחוד כאשר מדובר במודולציות הצפופות של התדרים הגבוהים.

למעשה, התמונה המשתקפת מהטבלה היא זו של אבולוציה עקבית (משמאל לימין) כאשר שטחו של משטח המגע עולה עם הדורות החדשים יותר של חתכים (להוציא כמובן, את החריגה במחט האליפטית). המחט האליפטית אמנם בעלת משטח קריאה קטן יותר מקודמותיה, אך היא גם בעלת נתונים 'אתלטיים' יותר מאבותיה והיא מפגינה יכולת עקיבה משופרת. המגמה הזו נמשכת, ע"פ Jico, עד ל'בריאתה' של מחט ה-SAS שהיא ללא ספק האוונגליון של חתכי המחטים בטבלה המוצגת, לפחות בעיני היצרן. הנתונים, אגב, הם נתונים של Namiki. חברת Jico היא המפיצה (אולי גם המרכיבה) של המחטים.

Namiki אינם היחידים שמשתמשים בסוג זה של טבלאות. הנה הנתונים של חברת Audio Technica עם דגש על מחטי ה-MicroLine שלה (ML בעגה של AT).

היחס בין חתך המחט לשטח משטח המגע (קריאה) ע"פ Audio Technica

הטבלה של Audio Technica בנויה כמעט בדיוק כמו הטבלה הקודמת של Jico. אם תיישמו את מה שלמדנו מהטבלה הקודמת, תוכלו בקלות לנתח את הטבלה של AT. מספר נקודות מעניינות הן, שבטבלה של AT נכללת גם מחט בחתך של Van Den Hul ולא פחות מעניין, שע"פ AT, מחט ה-ML שלהם – טובה יותר. אך ללא ספק הנקודה המעניינת ביותר היא שלמחט ה-ML של Audio Technica, ע"פ פרסום מטעמם, ולמחט ה-SAS ע"פ פרסום של Jico יש בדיוק את אותם נתונים. אחת הסברות הרווחות בהקשר זה, היא שחברת Namiki היפנית מייצרת את אותה מחט בדיוק עבור שתי החברות. להוציא את המחיר, אין, ככל הנראה, שוני בין שתי המחטים הנושאות שמות מסחריים שונים.

הנקודה האחרונה שאליה אתייחס בהקשר של טבלאות היחסיות הנ"ל, היא ש-AT נוטים לייחס יותר שטח קריאה לכל סוגי המחטים. ההבדל נובע, ככל הנראה, משיטת חישוב שונה של הדפורמציה של הויניל. באופן תאורטי, למחט הכדורית יש נקודת מגע אין סופית עם קירות הויניל, מה שהופך את שטח המגע התאורטי עם הויניל לאפס. בפועל הויניל (PVC) אינו חלק לגמרי, ולכן יש לו איזשהו מקדם דפורמציה שבכל זאת גורם למגע פיזי עם משטח הקריאה הכדורי. השטח הזה הוא הערכה חישובית של מידת הדפורמציה של הויניל- וההערכה הזו משתנה, ככל הנראה, בידי מי שמחשב אותה.

אך מה לגבי אותם 'זיזים' ו'רכסים' שמאפיינים את החתכים המתקדמים? כיצד הם משתלבים במדידות ובנתונים של חתכי המחטים שציינתי קודם לכן, כגון ה-SAS של Jico וה-MicroRidge של Dynavector?

פרמטרים מדידים נוספים בחתכי מחטים מתקדמים – SAS (או Namiki) לדוגמה:

למחט בחתך MR יש מעין 'כרבולת' בקצה, שמכתיבה סט חדש של פרמטרים. האיור מסביר את עצמו במידה לא רעה, אך ראוי להתייחס לשני פרמטרים חדשים. 'G' בטבלה, מייצג את המרווח הממוצע (Gap) בין סוף המחט לקרקעית חריץ התקליט. 'G' קטן יותר, במחטים מסוג זה, מעיד על מחט 'אתלטית' יותר, שנכנסת לחריץ עמוק יותר, ולפיכך מנצלת טוב יותר את משטח הקריאה שלה, שיותר ממנו נמצא בחריץ.

הערך T אינו ברור לי במלואו. הסברה שלי, מניתוח של השרטוט, היא שמדובר ב-Tracking Radius או Tracking Distance של קצה הרכס – כאשר המרחק במיקרונים מייצג את אורך הצלע של הרכס שבאה במגע עם חריצי התקליט. האיור הימני ביותר מבין השלושה הוא היטל צד של המחט שמדגים את T. האיור המרכזי הוא היטל חזיתי של המחט, כפי שהיתה נראית במבט לחזיתה מתוך קדמת החריץ.

ועתה, לאחר שכיסינו את מרבית הפרמטרים המדידים בחתכי המחטים השונים, ניתן להציג את טבלת הסיכום, שוב, ע"פ Jico.

פרמטרים מדידים בחתכי מחטים מתקדמים – ע"פ Jico: סיכום

מגבלות ואילוצים בתכנון חתכי מחטים

תפקידה של המחט כחוליה הקריטית בהצגת הזן (input) למערכת שחזור שמע (playback) כדי לייצר רפרודוקציה של המקור ברמת נאמנות גבוהה, משאיר למהנדסים חופש תכנוני די גדול. אולם, כמו בכל אתגר תכנוני, הם עומדים בפני מספר אילוצים שיש לשקול בכבדות.

פורמט חריץ המיקרו-גרוב אינו משתנה

אחת הבעיות המרכזיות היא שפורמט חריצי התקליט (micro-groove) הוא קבוע ומתכנן המחט אינו יכול להתאימו לצרכיו. האילוץ הראשון, אם כן, קשור בגאומטריה של חריץ התקליט.
.
מידות אופייניות של חריץ תקליט מודרני (מידות במיל')

  • בסביבות 76 מיקרון (3 מיל') רוחב על פני התקליט
  • בסביבות 5.1 מיקרון (0.2 מיל') רדיוס בקרקעית
  • זווית של 90º בין קירות החריץ

עם זאת, חריץ התקליט אינו בעל מתאר קבוע, אלא אם כן הוא אינו חרוץ (modulated), ריק מתוכן ושקט לחלוטין. בפועל, חתך החריץ עשוי להיות רחב או צר יותר מהמידות הנ"ל.
.
הגדלה של חריץ מיקר-גרוב: רוחב החריץ על-פני השטח אינו קבוע

כך זה נראה בהגדלה של פי 1000:

הסטנדרט האמריקאי של תעשיית התקליטים (RIAA) מדגיש שאסור לרוחב החריץ על פני משטח התקליט לרדת מ-25.4 מיקרון (בדיוק 1 מיל'). על כן, על רוחב קצה המחט האידאלי, להתאים עצמו למקרה הגרוע ביותר. כלומר, רוחבו של קצה המחט, בין נקודות המגע (contact area) עם חריץ התקליט חייב להישאר בטווח של 1 מיל'.

מחטים שאינן מתוכננות ע"פ האילוץ הנ"ל, עלולות ליצור בעיות עיוות משמעותיות כאשר, למשל, המחט מנסה לקרוא את המידע בקצוות העליונים של החריץ והתוצאה היא עיוות ורעשי רקע מוגברים.

קרקעית החריץ גם היא אינה זוויתית (כפי שצורת ה-'V' הקלסית מרמזת) אלא מעוגלת. למעשה, תקני RIAA (היו שניים עיקריים, של 'קולומביה' – מ-54' ושל IEC מ-72' והכוונה לאחרון) קובעים שהרדיוס של עקומת קרקעית החריץ לא יעבור את ה-0.2 מיל' (5.1 מיקרון). אחד הדגשים בתכנון מחטים הוא הזהירות הנדרשת מפני מגע של קצה המחט עם קרקעית החריץ. כאשר זה קורה, מתווסף רעש רקע שאינו חלק מהמקור. על כן, יש לשמור על מרווח (Gap) הולם בין שני המשטחים וכבר ציינתי קודם לכן את הפרמטר 'G' בנתוני קצות מחטים מתקדמים.

משטח הקריאה – רגיש להטיה ותלוי בזווית הקריאה

אילוץ חשוב נוסף שחל על כל חתכי המחטים (למעט החתך הכדורי) הוא שאסור שמשטח המגע יהיה מוטה קדימה, או אחורה, ביחס למודולציות בחריץ.
.
הטיית משטח הקריאה – 'VTA' כאשר מדובר בהטיה קדימה אחורה, ו'אזימוט' כאשר מדובר בהטיה לצדדים

כאשר הטיה כזו קיימת במידה משמעותית, קצה אחד של משטח המגע עלול להגיע לקצה הקדמי של מודולציה בחריץ, לפני קצהו האחר. התוצאה של תופעה כזו מקבילה למעשה לכך שהרדיוס הצדדי (rs) של משטח המגע, גדל בעצם, וגורם לעיוות בעקיבה ובפלט. שימוש לא נכון במחט מסוג line contact מקביל לרכישת מחט יקרה ואקזוטית תוך כדי צמצום הפוטנציאל שלה לזה של מחט כדורית ישנה. חתכי מחטים בעלי משטח מגע מאורך רגישים בהרבה לאילוץ הזה משום שיש להם רמת עפיצות ('tolerance') לכיוון שגוי של VTA, אזימוט וזנית', נמוכה בהרבה מהחתכים המעוגלים יותר. הם פחות סובלניים לכיוון גאומטרי בלתי הולם ודורשים רמת מיומנות די גבוהה של כיוון. עוד על כך – בהמשך.

מניעת שחיקת התקליט וקצה המחט

אילוץ נוסף שייך לתחום חוזק החומרים ולויניל עצמו. על קצה המחט 'להחליק' לאורך המסלול שנקבע לו מבלי לשנותו ע"י שחיקתו או עיוותו. זהו אילוץ משמעותי כאשר מדובר בחומר רך כמו תקליט פולי-ויניל כלוריד (PVC). באופן דומה, אסור שהתקליט ישנה או יעוות את קצה המחט. כלומר, אחת המטרות החשובות של תכנון חתך מחט יעיל, היא להימנע משחיקה של התקליט, כמו גם שחיקה של המחט עצמה.

הייצור ורמת הביצוע חייבים לעמוד ביעדי התכנון

אילוץ נוסף, חל גם על היצרן ותהליך הייצור. זה בתורו חייב להיות מסוגל לייצר את המחט בהתאם לכל שאר האילוצים בדיוק ועקביות, במספרים גדולים ועדיין להציע את הביצועים הטובים ביותר ובמחיר סביר. ראוי לציין שרמת התכנון לא תמיד משתקפת ברמת הביצוע ופעמים רבות אנו עדים לפשרות בתהליכי הייצור שאינן עולות בקנה אחד עם שאר האילוצים.

האם חיקוי חתך מחט ראש החריטה הוא הפתרון האידאלי?

בחלק א' ציינתי שחתך המחט האידאלי היה מחקה את צורתו של ראש החריטה שחרץ את המאסטר, ושגיבש למעשה את צורתו הסופית של חריץ התקליט. אך האם הקביעה הזו מדויקת?

מצד אחד, היינו מעוניינים, לכאורה, ברדיוס מגע קטן, בדיוק כמו זה של קצה ראש החריטה, על מנת לעקוב ביעילות מקסימלית אחרי המודולציות שהוא יצר. מצד שני, הדבר האחרון שהיינו מעוניינים בו הוא לחרוץ שוב את התקליט. זו בדיוק הפונקציה שממלא ראש החריטה. אחרי הכל, תפקיד ראש החריטה (או במדייק יותר, 'מחט החריטה') ותפקיד מחט הקריאה שלנו, הם שני תפקידים שונים לחלוטין.

הראשון תוכנן ל'פסל' את החריץ והשני תוכנן לעקוב אחריו ולשחזר את המידע שבו. הדבר דומה למכונת שכפול מפתחות מסורתיים. ראש אחד עוקב אחר תוואי המפתח המקורי וראש שני חורץ את הגולם החדש. לא היינו רוצים שהראש העוקב – גם יחרוץ את המפתח המקורי תוך כדי הכנת ההעתק.

בנוסף, עלינו לקחת בחשבון עפיצות (טולרנס) זוויתית בסדר גודל של 2º – 3º של קצה המחט אך גם של חריץ התקליט, כדי לייצר פעולת קריאה יעילה. בסתירה בולטת לכך, על ראש החריטה לפעול בדיוק רב, וטולרנס בסדר גודל כזה היה הופך אותו לחסר יעילות לחלוטין. כלומר, ההנחה שלשני סוגי המחטים, זו החורצת וזו הקוראת, יתאים פרופיל זהה, שגויה מראש.
.
טולרנס ('עפיצות') זוויתי של קצה המחט

צידו השמאלי של האיור מדגים קצה מחט ב'ישיבה' אולטימטיבית בחריץ תקליט אידאלי בעל מפתח של 90º בין קירותיו. צידו הימני של האיור מדגים, לעומת זאת, מציאות שבה לא מובטח מפתח סטנדרטי, לא מובטח תהליך ייצור נקי שישאיר אחריו חתך מחט ע"פ התכנון המדויק, וגרוע מכך, ונפוץ עוד יותר, לא מובטח כיוון VTA ו-SRA או אזימוט נכון של המחט.

זווית עקיבה אנכית (VTA) כנגד זווית גריפה של המחט (SRA)

השפעת פרמטרים גאומטריים שונים על תפקוד קצה המחט

VTA (זווית עקיבה אנכית) הוא אחד המונחים הכי לא מובנים למשתמשי פטפונים, כולל מומחים למיניהם. רבים מהם חושבים שזוהי הזווית בין ה-cantilever (המוט שאליו מחוברת המחט) לבין משטח התקליט. הם צודקים רק באופן חלקי. למעשה המונח מתייחס לתנועה של המחט במישור האנכי (יותר נכון 'קשת' התנועה של המחט על ציר ה-cantilever שלה). VTA כשלעצמו, אינו פרמטר קריטי בגאומטריה של הפטפון אך הוא צמוד למונח אחר וקריטי, ומדובר כמובן, ב-SRA שהוא זווית הגריפה (מלשון 'מגרפה') או Stylus Rake Angle. אתייחס לכך מיד.

כאשר מדובר בחריטת המאסטר של התקליט, VTA הוא סטנדרט תעשייתי שעומד על 20° +- 5°. הפונקציונליות של כל ראש פונוגרפי מודרני מתוכננת בזווית VTA מסוימת (לרוב, של 20°) כדי לחפוף את ה-VTA המקורי של מחט החריטה. כשמדובר בחתכי מחטים מתקדמים, SRA ו-VTA הופכים לפרמטרים קריטיים התלויים אחד בשני.

SRA הוא הפרמטר החשוב כאשר מדובר בגאומטריה של המחט. מדובר בזווית של המחט עצמה (לאורך צירה) ביחס למשטח התקליט. הסברה הרווחת היא שמדובר בניצב (90°), אך בפועל, כמעט תמיד, מדובר בזווית אופטימלית של בין 92° ל- 93°. כדי לקבל תפקוד אולטימטיבי מחתכי מחטים מתקדמים דרוש כיוון SRA דקדקני על-מנת להבטיח שזווית הגירוף קרובה ביותר לזווית החריצה המקורית שהשאיר ראש החריטה ושאנו מנצלים את מלוא הפוטנציאל של משטח הקריאה המתקדם.

החשיבות המידית של הדגשים שמצאתי לנכון להבהיר כאן, היא בכך ש-VTA הוא כיוון שיחסית, קל להגיע אליו. רוב יצרני הזרועות והפטפונים מדגישים שבכדי להגיע ל-VTA נכון, מספיק שהזרוע מקבילה למשטח התקליט. קל להגיע להקבלה כזו באמצעים ויזואליים בלבד, או תוך שימוש בשבלונה שטוחה. בעולם מושלם, זה גם היה מביא לגאומטריה מושלמת ול-SRA אידאלי.

בפועל, (וכאן באה חשיבות האילוץ שעוסק בתהליכי הייצור לידי ביטוי), הרבה מאוד יצרנים מודרניים, בסוגי מחטים רבים, (גם היקרות שביניהן) עושים עבודה גרועה מאוד בהתקנת המחט על המוט שלה (cantilever). כתוצאה מכך, הם משנים את זווית ה-SRA לרמה כזו, שאין בהקבלת הזרוע לתקליט בכדי להעיד יותר על גאומטריה נכונה. רבים היצרנים שמודעים היטב לכך שהלקוח הממוצע לעולם לא 'יתפוס' אותם בכלכלתם מכיוון שמדובר בניואנסים שאינם מוכרים בציבור הרחב ושממילא דרוש ציוד אופטי נוסף כדי לשים אליהם לב.

חשד למקרה כזה עולה כאשר מבצעים בדיקה קצרה של משובי לקוחות שעוסקים בראש מסוג Shure M97xE באמזון, המדרגים את התוצרת בציון של 3 נקודות ומטה מתוך 5 אפשריות. אי אפשר שלא לשים לב לכמות הבלתי סבירה (ביחס לכלל) של משתמשים המתלוננים על מחט או cantilever עקומים ועל פגמים נראים בראש.

פרמטר ה-VTA וה-SRA הם קריטיים לתפקוד מחטים בחתכים מתקדמים אך הם לא היחידים. אזימוט, למשל, היא ההטיה שמאלה וימינה של המחט בתוך החריץ. בדומה ל-VTA קל לכוונו בעזרת מראה שטוחה. אזימוט קובע למעשה, כמה ממשטח הקריאה של קצה המחט – יבוא במגע אחיד עם קירות החריץ, והוא לא פחות חשוב מ-VTA. כיוון אזימוט מדויק יכול להתבצע אך ורק בעזרת תקליט טסט של טכנאים, אם כי כיוון ה'מראה' מספק בדרך כלל לקביעת נקודת אתחול לא רעה לכיוונים מתקדמים יותר.

כאילו זה לא די והותר, זנית' (zenith) היא ההטיה הסיבובית של קצה המחט ביחס לצירה. אם הייתי, לצורך הדוגמה, מתקין מחט אליפטית על ה-cantilever כאשר שתי 'האליפסות' של משטחי המגע היו פונות, האחת קדימה והשנייה אחורה, הרי ש'הפכתי' את זווית הזנית' ב-90°. הדוגמה הקיצונית הזו ממחישה מהו בעצם זנית', והיא לוקחת את הרעיון לגבולות הקצה. עם זאת בעולם האמתי אין ערובה שהיצרן אכן הצליח לחבר את היהלום הזעיר ל-cantilever בצורה אופטימלית, לבטח לא כאשר הוא נדרש לחזור על התהליך אלפי פעמים ביום, להסתמך לעתים על כוח עבודה בלתי מיומן בשכר נמוך, במדינות שהאוריינטציה הטכנית בהן אינה מן המפותחות (וכאן עוד הייתי עדין בתיאור המציאות העגומה השוררת ב'מיזמי זיעה' רבים בעולם השלישי).

זווית זנית' של מחט – אילוסטרציה של מחט אליפטית בחריץ במבט מלמעלה

חתכי מחטים מתקדמים

עתה, לאחר שהזכרתי כמעט כל נושא אפשרי למעט זה המוזכר בכותרת הפרסום, הגיע הזמן לסקור בקצרה כמה חתכי מחטים מתקדמים. הדרך הכרונולוגית הנכונה (והכמעט היחידה האפשרית) לעשות זאת, היא לבדוק את רישומי הפטנטים בארה"ב (שוק מועדף על יצרני המחטים). ב-2009, עשה זאת בחור המתכנה 'flavio81' מלימה שבפרו, בשרשור שכותרתו 'צורות מחטים מתקדמות' באתר Vinyl Engine. פלביו סיכם אז, בצורה פנטסטית, את האבולוציה המודרנית של חתכי המחטים המתקדמים. לי נותר לתמצת את דבריו לתרגמם. המאמץ המחקרי נעשה בידי הכותב המקורי.

המחט האליפטית

הפטנט (US 3292936) של J.F.Grado מדצמ' 1966, זמין למי שרוצה לעיין בפרטים הקטנים. מדובר באחת המחטים הראשונות שחרגו מהחתך החרוטי כדורי החלק שהיה נפוץ מראשית המאה ה-20.

המחט האליפטית של Grado מ-1966

ב-20 לאוקטובר 1970 רשם R.B.Puleston פטנט (US 3534968) שהתבסס על המחט של גראדו. החיתוך האלפיטי היה שונה במעט והוא הציג בפעם הראשונה חיתוך בעל רדיוס קטן של 0.2 מיל':

המחט האליפטית של Puleston מ-1970

Shure M92 בעלת מחט אליפטית קלסית

המחט של Shibata

במרץ 1972 נרשם הפטנט (US 3774918) של Norio Shibata מטעם JVC. החברה פיתחה מחט ייחודית לקריאת פורמט הויניל הקוואדרופוני החדיש (ד'אז) שנקרא CD-4. הפורמט כלל בחריצי התקליט מודולציות בתדרים של מעל 35Khz שיצרו צורך בחתך מחט חדש שיאפשר קריאה של המידע מבלי 'לרטש' את קירות חריצי הויניל.

כך, ע"פ פרטי הפטנט, מלטשים את חתך המחט הקוואדרופונית של Shibata, מ-1972

מחט בחתך Shibata מראש וינטאז' של ADC מסוג XLM

המחט של Pickering/Stanton בחתך Stereohedron מסוג Line Contact

במרץ 1975, רשם George F. Hughes פטנט (3871664 US) מטעם חברת Diamagnetics שהיתה מסונפת לחברת Pickering, שעסק בסוג חדש של חתך מחט. המחט נקראה Stereohedron ועיקר החידוש היה במשטח המגע המאורך שלה שדמה עד מאוד ל-Shibata, אך כלל עתה, בפעם הראשונה, שני חיתוכים אליפטיים בכל צד:

מחט ה-Stereohedron של Diamagnetics מ-1975

הגדלה X100 של מחט בחתך ה-Stereohedron מראש 881S של Stanton

המחט של Ogura מ-1976, בחתך מסוג Line Contact

בספט' 1976 נרשם פטנט (US 4105212) של Jushiro Ogura מטעם חברת הליטוש היפנית על שמו, שעסק בחתך חדיש יותר. הפטנט עוסק ברובו בטכניקת החיתוך של החתך הייחודי והוא דומה מאוד למה ש-Audio Technica מכנים Micro Line וחברת Ortofon מכנה Fine Line (דרושה בדיקה נוספת…). מחט ה-Ogura נמכרה לצרכנים ע"י מספר יצרנים תחת השם המסחרי 'Polyhedron'.

מחט ה-Ogura מ-1976, אחד מחתכי ה-Line Contact הראשונים

מחטים בחתך Special Elliptical של Denon מראשים מסוג DL-110 משמאל, ו-DL-160 מימין

שני היהלומים של Denon אגב, הם יהלומים שלמים כאשר הדגם הוותיק יותר, ה-160, הגיע בזמנו במידות של 0.7 * 0.3 מיל' והחדיש יותר במידות מודרניות ואיכותיות מאוד של 0.7 * 0.2 מיל'.

המחט של Van Den Hul מ-1978, בחתך אופייני על שמו

במאי 1981 (לאחר שנים של ייצור) רשם יצרן ציוד האודיו ההולנדי Aalt-Jouk Van Den Hul פטנט (US 4365325) על חתך חדש שנושא את שמו. הפטנט נכנס לתקפו ב-1982. באתר שלו מסביר VDH שהחתך המכונה VDH-1 (ישנו גם VDH-2) הגדיל את הרדיוס האנכי של משטח הקריאה הקווי ל-85 מיקרון בעוד שהרדיוס הצידי הגיע למימדים של 2 מיקרון. מדובר ב- 3.3 * 0.078 מיל' (מרשימים למדי) ולפי הממציא, המחט מסוגלת לעקוב אחר מודולציות של 80Khz (אין לי שמץ של מושג לאיזו תכלית).

בכל מקרה, VDH מאשים במאמר ה-FAQ (כנראה אוסף להדפסה מתוך האתר שלו) את שתי החברות היפניות, Namiki ו-Ogura שהן מייצרות מחטים בחתך על שמו מ-1976 ללא תשלום תמלוגים כלשהם. במאמר שלו הוא מתבדח על ההבדל בין Royalties (תמלוגים) והדרך בה היפנים משבשים את ביטוי המילה באנגלית כ-Loyalty (נאמנות) וטוען שהתנהלותן חסרה את זו האחרונה. שווה להעיף מבט ברשמיו ורישומיו של ההולנדי הזעפן משהו.

מחט בחתך VDH מ-1982

מחט בחתך VDH מראש של London Decca

מחט בחתך Paratrace (שם מסחרי של Expert Stylus) על גבי ראש של Audio Technica מדגם CN5625 שדומה מאוד לחתך של VDH

מחט בחתך VDH-1 של ראש VDH מדגם MC One

המחט של Namiki מ-1985, בחתך מסוג Micro Ridge

ביוני 1985 רשם Hiroshi Shimamoto מחברת Namiki פטנט (4521877 US) על חתך שכונה Micro Ridge בפעם הראשונה. חברות רבות, כ-Shure ו-Dynavector אימצו לאחר מכן את השם המסחרי הזה שאפיין אותו 'רכס' חדש בקצה המחט. חתך זה הציג מספר פרמטרים חדשים משום שצורתו הייחודית הציגה אתגרים חדשים למדידת והערכת חתכי מחטים.

מחט בחתך Micro Ridge מתוך הפטנט של Namiki

מחט בחתך Micro Ridge מראש וינטאז' של Adcom מסוג XC MRII

מחטים בחתך Fritz-Gyger מ-1987

ביולי 1987 הגישה המלטשה השוויצרית FG, את הפטנט (US 4855989) שעיקרו, החיתוך הייחודי שלהם למחט יהלום מתקדמת. הרעיון היה לקדם את חתך המחט הקוראת, אל עבר חתך מחט החריטה (דיברתי על כך קודם לכן ובמידה מסוימת ההתקרבות לפרמטרים של ראש החריטה מועילה למטרת קריאה). התוצאה היתה חתך חדיש וייחודי, יקר וקשה ביותר לייצור, שטרם נראה כמותו. מי שהתעניין בסדרות הראשים היוקרתיות של חברת Ortofon הכוללות יהלום FG מתקדם – לא יכול היה, בוודאי, שלא לשים לב למחירים מרקיעי השחקים שעשויים בקלות לאפיין יהלומים יקרים בטבעות אירוסין.

מתוך הפטנט של Fritz-Gyger

יהלומי Fritz-Gyger מראשים של Ortofon

יהלום Gyger-S (יפיפה) מראש Goldring Elite

משקולות נייר (מרשימות) משמאל לימין: VDH, שיבאטה ו-Fritz Gyger

סיכום כרונולוגי והערות על חתכי המחטים מתקדמים

הכרונולוגיה של חתכי המחטים היא כזו: 

  • המחט הכדורית
  • המחט האליפטית
  • שיבאטה ו-Hughes (האחרונה היא ה-Stereohedron של Stanton ו-Pickering)
  • Ogura
  • Van Den Hul 1
  • Micro Ridge Micro Line
  • Fritz-Gyger

מספר נקודות מעניינות:

  • הפטנט של Hughes (מחט ה-Stereohedron) 'רוכב' על הפטנט של Shibata והוא בסך הכל כולל שני חיתוכים נוספים. זוהי למעשה, שיבאטה כפולה.
  • המחט בחתך Paratrace של חברת Expert Stylus היא, במהותה, Van Den Hul
  • מחטים של Jico בחתך SAS ומחטים בחתך Micro Ridge של Dynavector, נראות כבעלות אותו חתך…


    Dynavector בחתך Micro Ridge 
  • הסברה הרווחת היא שחברת Namiki מייצרת את מחטי ה-ML עבור Audio-Technica וגם עבור Jico – וראינו את המידות הזהות של המחטים האלו בשני פרסומים שונים מטעם החברות המדוברות.
  • הרבה מהתמונות במאמר הזה לקוחות 'בהשאלה' מ-vinyl factory וכמובן שעשיתי שימוש בחומר רב מתוך השרשור של flavio81 ב-Vinyl Engine.

תודה לכם על הקריאה הממושכת.

לדיון בנושא: סוגי חתכים במחטי פטפון: נושאים מתקדמים – חלק ב'


12:00
  /  
10.6.2014
  
מאת: טומי

1