פורסם: 17/08/11 17:33 ע"י eyal2991


פרק שמיני






שלום לכווווולם,
אחרי פאוזה עצבנית של שלושה פטפוטי פיזיקה – אנחנו חוזרים לדבר על...

הבסיס

טוב זה פשוט... הכל צריך לשבת על משהו נכון? אבל כמו שכבר למדנו, בפטיפון אין דבר ממש פשוט (למרות שזה באמת פשוט יחסית לחלקים אחרים).
אז הבסיס (Plinth, שסי) הוא אותו חלק שמחזיק את הפלטה. לפעמים הוא גם יחזיק את המנוע – אבל הרבה פעמים לא. בד"כ הוא יחזיק את הזרוע – אבל לא בכל המקרים...

הנה בסיס שמחזיק הכל:


והנה אחד שהמנוע נפרד ממנו


והנה אחד שגם הזרוע נפרדת


הסיבה להפרדת המנוע די ברורה, ומאד נפוצה. המנוע הוא מקור הויברציות העיקרי בפטיפון ומנסים לבודד אותו ככל שאפשר. הויברציות יגיעו לפלטה דרך 2 מסלולים. מסלול אחד הוא דרך אמצעי התמסורת ישירות לפלטה (על כך בפרק הרלוונטי) , והמסלול השני דרך הרצפה לשסי, או ישירות מהמנוע לשסי אם הוא לא הופרד, וגם אותו משתדלים לבטל ככל שאפשר.
הפרדת הזרוע מגיעה ממקום דומה – בידוד הזרוע מהויברציות של שאר החלקים. הדבר גם מאפשר יותר ורסטיליות במספר הזרועות ואופן המיקום שלהן.

בגדול נהוג לזהות שתי גישות למבנה הבסיס – Suspended ו- Non Suspended. שתיהן מייצגות פילוסופיה שונה לגבי הקטנת הויברציות במערכת. אבל במקום להתייחס לחלוקה הנ"ל, הייתי רוצה להציג את הדברים בצורה שונה, קצת יותר מובנית.

בפרק 2 ציינתי שכאשר מדובר על ויברציות במערכת חשוב להבחין בין שני סוגים: ויברציות שמגיעות מבחוץ, לעומת ויברציות שנוצרות מהמערכת עצמה. עם ויברציות שמגיעות מבחוץ – המטרה היא בידוד, כלומר למנוע את הגעתן למערכת שלנו מלכתחילה. לעומת זאת, לויברציות שכבר מסתובבות בתוך המערכת בין אם נוצרו בתוכה ובין אם אלה שאריות של ויברציות חיצוניות שלא הצלחנו לבודד – המטרה היא להקטין ככל האפשר. הדבר נעשה בשתי טכניקות, כפי שלמדנו בפטפוטים האחרונים:
א. בניית מערכת קשיחה ככל האפשר, כך שאם אני נותן לה מכה עם היד למשל, מלכתחילה היא לא תרעד יותר מידי. הדבר אנאלוגי להגדלת ה K של הקפיץ עליו למדנו, ומושג בשלוש דרכים:
> חומר: שימוש בחומרים קשיחים
> מבנה: מבנה יציב וכבד
> צימוד: צימוד למשטח יציב עליו עומד הפטיפון
שימו לב שלצורך המטלה האחרונה הדרישה היא דווקא יכולת צימוד ל"רצפה", כלומר הדרישה היא הפוכה מבידוד.
ב. בניית מערכת בעלת יכולת שיכוך גבוה, כלומר כזו ש"תהרוג" מהר וביעילות ויברציות שכבר נגרמו לה. הדבר אנאלוגי להגדלת יחס השיכוך עליו דיברנו.

אי לכך, במבט רחב על כל סוגי הפטיפון שמוכרים לי, ניתן לצמצמם את המנגנונים בבסיס המשמשים להתמודדות נגד ויברציות למספר קטן למדי. אופני המימוש של המנגנונים שונים ורבים. להלן רשימת המנגנונים הקיימים:

1) Suspension– שימוש ברכיבים "רכים" (compliant) כדי לבודד את הפטיפון מרעשים שמגיעים מהמשטח עליו הוא מונח, ו/או כדי לנקז כמה שיותר מאנרגיית הויברציות ממקורות שונים לתדרים לא מזיקים
2) Rigidity– שימוש בחומרים ו/או מבנים שקשה להרעיד. תחת כותרת זו גם שימוש בספייקים כדי לצמד את הפטיפון למשטח
3) Damping– שימוש בחומרים ו/או מבנים בעלי יכולת גבוהה להמיר ויברציות לחום

הגיע הזמן לצלול מעט לכל אחד מהמנגנונים הקיימים, לראות מימושים שונים ולנסות להבין אותם. מוכנים? אז קדימה:

Suspension

תחת קטגוריית הסספנשן נמצא מגוון פתרונות: קפיצים עם או בלי אלמנט שיכוך, מנגנונים הידראולים, מנגנוני לחץ אויר, מנגנונים מגנטיים ורגליות רכות מחומרים שונים.
המשותף לכל הפתרונות הללו הוא המצאות של אלמנטים תומכים רכים (compliant). כאשר אני מציין "תומכים", הכוונה היא שהם נושאים עליהם חלק או את כל משקל הפטיפון. שימוש באלמנטים רכים שאינם תומכים (כדוגמת טכניקות השיכוך שהזכרנו בפרק על הפלטות, כמו רצועת גומי מסביב לפלטה) אינו נופל תחת קטגוריה זו.
מבחינה סמנטית, לא כולם משתמשים באותה הגדרה ל Suspended Turntable– יש כאלו למשל שלא יכללו את הרגליות הרכות בקבוצה זו. אני, בכל אופן, הגדרתי כך את הדברים כיון שזה מסתדר עם האופן שבו אני רוצה להעביר את החומר הזה.

כפי שכבר ציינתי, קיימות שתי מטרות למנגנונים הללו:
א. בידוד מרעשים שמגיעים מה"רצפה"
בפטפוטים האחרונים למדנו מה קורה כשתנודות מנסות להזיז גוף דרך תווך של קפיץ. באופן כללי ניתן להביט על כל המנגנונים הללו באותו אופן (למרות שיש קצת הבדלים, אבל לא נכנס לזה פה). בואו נתחיל מפטיפון שפשוט יושב על קפיצים. ראינו בפטפוט הקודם שאם אני מכוון את המערכת לנאמר, תדר תהודה של 3 הרץ, תנודות בתדרים גבוהים יותר בעצם יסוננו וכמעט לא ינדנדו את המערכת. תנודות בתדרים נמוכים יותר כן יעברו ויגרמו לתנודות אבל לא יוגברו כמו בתדר התהודה.
כאשר המתכנן בא להחליט מה תדר התהודה אליו יתכנן, נהוג להתרחק קודם כל מטווח תדרי האודיו (20 עד 20,000 הרץ). כמו כן, נהוג לרדת עוד יותר למטה מתדר התהודה של הזרוע שמכוונת בד"כ לאזור 12 הרץ. מאידך באזור של 1 הרץ ומטה קיימים סוגים אחרים של רעשים. למשל עיוותים בתקליט (warps) שקורים פעם בסיבוב (כחצי הרץ ב 33.3 סיבובים לדקה) – ולכן לא יורדים נמוך מידי. 3-5 הרץ זה די סבבה לדעתי.
נעשה תרגיל פשוט: פטיפון שוקל 20 קילו, ויושב על 4 קפיצים ללא שיכוך – אני רוצה לכוון אותו ל 3 הרץ. באיזה k אבחר לקפיצים?
תשובה: כל קפיץ נושא 5 קילו, ואם נהפוך את נוסחת התדר שלמדנו בשעור הפיזיקה הראשון



נקבל:



ב. Vibration Tuning
לגבי מקורות רעש שמגיעים ישר לפלטה (כמו מכה על השסי, גלי קול באוויר, Stylus Drag וכיו"ב) ולא כאלה שמגיעים מהרצפה הקפיצים גורמים לכך שרוב אנרגיית הויברציה תתרכז בתדרים שאינם מזיקים.אני אנסה להסביר, והפעם בצורה אינטואיטיבית, בלי נוסחאות (למרות שאחרי שלושת הפרקים הקודמים היינו יכולים להבין גם את המתמטיקה...)
כאשר אני נותן מכה לשסי, אני מחדיר אנרגייה למערכת שגורמת לויברציות. לא רק הקפיצים מתנודדים כתוצאה מכך, אלא גם בשסי עצמו נוצרות מיקרו-ויברציות, ובעצם בכל אחד מחלקי הפטיפון. העניין הוא שכיון שהקפיץ "רך" הרבה יותר, מרבית האנרגייה מתנקזת לקפיצים (איפה ש"קל" לה יותר להגיע). הדבר דומה מאד להזרמת זרם דרך שני נגדים במקביל: רוב הזרם יזרום דרך הנגד הקטן יותר. התוצאה אם כן היא שחלק מזערי מהאנרגייה תגרום לויברציות בשסי עצמו, ואילו מרביתה תתנקז לקפיצים אותם כיוונתי מלכתחילה לתדרים שאינם מזיקים (כמעט).


דבר אחרון שיש לי לומר על פטיפון שיושב על קפיצים הוא שכאשר מכיילים אותו, יש לאזן את הקפיצים כיון שאם חלוקת המשקל לא שווה הקפיצים לא יתכווצו במידה שווה – וכך יפגע הפילוס.

לא מעט מימושים מוסיפים לקפיצים סוג של שיכוך. במקרים הפשוטים מדובר בפיסת ספוג קטנה שמשחילים לתוך הקפיץ, כך:



או למשל שימוש בשמן:




למה זה טוב? שאלה טובה האמת, באופן אישי אני לא ממש מבין למה. התוצאה הברורה היא שאם אני נותן מכה לגוף הפטיפון, הנדנודים ישככו אחרי זמן קצר הרבה יותר, שזה נחמד, אבל בין כה וכה כיוונתי אותם להתנדנד בתדר שלא מפריע לי. (אגב, כמובן שגם בלי התוספות הנ"ל הפטיפון לא יתנודד לעד כמו במקרה האידאלי שלמדנו עליו בפרק 5, וזאת כיון שאין קפיצים אידאליים ותמיד תברח מהם אנרגייה, ובגלל התנגדות האויר).
לעומת זאת – למיטב הבנתי יש חסרון להוספת שיכוך. הסברתי כבר שכשאשר אני נותן מכה לשסי מרבית האנרגייה תתנקז לקפיצים כיון שהם רכים יותר. הוספת שיכוך בעצם גורמת לכך שהקפיץ יהיה "קשה" יותר להרעדה, מה שאומר שיותר אנרגייה תזרום לשסי עצמו ויותר מיקרו ויברציות יופיעו בו. במקרה הקיצוני בו אני מונע מהקפיץ לרעוד לחלוטין, הפטיפון הופך בעצם ל Non suspended וכל האנרגייה תתנקז למיקרו ויברציות בשסי.

חלק מהיצרנים מעדיפים לתלות את הפטיפון ולא להניח על קפיצים. הדבר מאפשר מערכת יציבה יותר. שילוב מתוחכם של מערכת suspension נמצא למשל בפטיפונים של SME:






המערכת של SME מטפלת גם בתנודות אופקיות, לא רק אנכיות, כמו קפיצים פשוטים.

חוץ מקפיצים קיימות טכניקות סספנשן נוספות, כולן משלבות אלמנט רך עם שיכוך כלשהו:

רגליות רכות:




לחץ אויר:




מגנטים:




לסיום, ראוי לציין שלמרות שרגליות רכות דומות עקרונית לקפיצים, הרי שהדגש שם שונה. הרגליות הן בעלות נטייה לתדר תהודה גבוה הרבה יותר מהקפיצים, כזה שנופל בקלות בתוך ה Audio Band, אבל יחס השיכוך שלהם גבוה כל כך, שהן Overdamped באופן דרסטי ותהודה בכלל לא מתקיימת בהן. מבחינה זו, הייתי יכול לשלוף אותן מהפרק שעוסק ב SUSPENSION ולהסיף אותן תחת DAMPING (בו ניגע עוד מעט). זה די סמנטי העניין הזה, אז רק שימו לב לעובדה הזו.

Rigidity

דמיינו שאתם בונים סטנד למערכת.
הסטנד בנוי באופן מאד בסיסי – 4 רגליים שלחלקן העליון מוברגת פלטה יחידה.
באופן אינטואיטיבי תרצו לוודא שנקודות החיבור בין הרגליים לפלטה יהיו קשיחות ככל שניתן, ואולי אפילו תוסיפו קושרות בין הרגליים בין הפלטה לרצפה. כל זאת כדי שאם תתנו דחיפה לסטנד מהצד, הוא לא יתנדנד כלל. באופן אינטואיטיבי אנחנו מזהים שהמפרקים הללו הם הנקודות החלשות במבנה ולכן נקפיד לחזק אותם.

אם כן, הקשיחות היא אותה תכונה שמתארת את התנגדות גוף לרעידות, או כל דפורמציה שהיא. בדוגמאת הקפיץ עליה שוחחנו רבות בפרקים האחרונים יהיה הגודל k של הקפיץ זה שיקבע את קשיחות המערכת.
במבנים מוצקים הקשיחות היא תוצאה של מבנה וחומר:
> אחת הדרכים הפשוטות והמקובלות להגדלת הקשיחות היא העלאת המסה:




> דרך נוספת – מבנים בעלי קשיחות מבנית יוצאת דופן. בפטיפונים כאלה ניתן להגיע לרמת קשיחות מאד גבוהה מבלי שישקלו טונות:



> דרך שלישית, שימוש בחומרים בעלי קשיחות גבוהה, כדוגמאת Carbon Fiber:




> דרך רביעית, צימוד לרצפה...
טוב, הגיע הזמן לדבר על ספייקים, קונוסים וכיו"ב



אני מתנצל מראש.
קראתי לא מעט מקורות, כתבות ופרסומים בנושא, הרשת מלאה בהם. יש תאוריה שמדברת על כך שספייק הוא בעצם "דיודה מכאנית" בכך שהוא מאפשר לויברציות להתנקז לרצפה ומונע מויברציות מהרצפה לעלות לפטיפון. אני מתקשה לקבל את ההסברים מאחורי התאוריה הזו, לא חושב שיש משהו חד כיווני בספייקים, ולא מבין אינטואיטיבית למה הרצפה (שהיא שיא הקשיחות) היא מקום שאפשר "לנקז" אליו ויברציות. אתם מוזמנים כמובן לקרוא בעצמכם ולנסות להחליט עבורכם. בטוח שהקונוסים משפיעים על הסאונד, ואולי לטובה לפעמים, אבל ההסברים הנ"ל פשוט לא הצליחו לשכנע אותי.

מה כן עושים הספייקים?
למיטב הבנתי, הסיפור של ספייקים התחיל לפני כמה עשרות שנים כאפליקציה לרמקולים בלבד. הרעיון היה כזה: כשהוופר זז קדימה (למשל), חוק הפעולה והתגובה גורם לכל הרמקול לרצות לזוז אחורה. אם הדבר אכן יקרה, ברור שהתגובה בתדרים הנמוכים תימרח ותבאס ת'תחת.
כדי לפתור את העניין, הוצמדו לתחתית הרמקול ספייקים כדי "לתפוס" את הרצפה ולמנוע ממנו לזוז כשהוופר רוקד.

במלים אחרות – ישנו כאן מנגנון של הגדלת הקשיחות ע"י צימוד למשטח מאד קשיח (קשה להרעדה). זה לדעתי, מה שספייקים נותנים לפטיפון אם הם בשימוש נכון. אם הם יושבים על "צלוחיות" קטנות שיכולות לזוז בקלות, או אם אלה קונוסים שבכלל לא "תופסים" את הרצפה, האפקט נעלם.

אם אכן נעשה בספייקים שימוש בצורה אפקטיבית, נקבל פטיפון יותר קשיח וקשה להרעדה – אבל, חשוב לשים לב, שהצימוד הנ"ל הוא בדיוק ההיפך מפתרונות הבידוד כדוגמת קפיצים וכיו"ב. הצימוד גורם לכך שויברציות מהרצפה יגיעו לפטיפון בצורה מאד אפקטיבית גם כן. לכן, אם תוכנן פטיפון עם ספייקים שבאלה, יש לתת תשומת לב מיוחדת לקשיחות גבוהה וליכולת שיכוך פנימית מצויינת.



בסופו של דבר, מתכנן צריך להחליט מהן הבעיות שהוא רוצה לפתור וכיצד הוא פותר אותן.

Damping

בניגוד לקשיחות, יכולת השיכוך אינה מקשה לייצר ויברציות בפטיפון Per Se. לעומת זאת, מדובר ביכולת "להרוג" ויברציות מהרגע שהן נכנסו למערכת. הגדלים c, zeta ו-Q עליהם דיברנו בשיעורים כולם קשורים ביכולות שיכוך והמהירות בה אנרגייה קינטית הופכת לחום. נזכר בגרף:




ישנן מספר טכניקות לשיכוך ויברציות בשסי. בחלקן נגענו כשדיברנו על Suspension. אבל ישנן דרכים נוספות, שמשמשות גם בפטיפונים שהם Non Suspended. כמו עם קשיחות, גם היכולת לשכך היא פונקציה של חומר ומבנה.

חומר:
לכל חומר, בנוסף לתכונת הקשיחות שדיברנו עליה, ישנו גם שיכוך פנימי. חשוב לדעת, שהמדע כיום אינו מבין ב 100% את כל מנגנוני השיכוך בחומר מוצק וכיצד הם משפיעים זה על זה. ישנם כמה מנגנונים שגורמים לתופעה, והאינטואיטיבי ביותר ביניהם הוא חום שנוצר בעת שהאטומים מתנגשים ביניהם.
כדי להבין את זה טיפה יותר טוב, הסבר קצרצר על מה שקורה בתוך הגוף: אם אקח גוף מוצק ואתן לו מכה בנקודה מסויימת, הוא יחווה מיד דפורמציה באותה נקודה – האטומים יזוזו כתוצאה מהמכה "אל תוך הגוף". אותם אטומים יפגעו באלה שנמצאים לידם והם בתורם באלה שלידם, וכך נוצר גל של מאמצים ודפורמציה בתוך הגוף. זוהי הויברציה. הגל מתפשט מנקודת הפגיעה בצורה ספרית (Spherical), כלומר כמו כדור. הגל פוגע בדפנות הגוף וחוזר פנימה ומסתובב בפנים עד שהוא שוכך לחלוטין. במהלך התנגשות האטומים משתחררת גם אנרגיית חום וזהו אחד הגורמים העיקריים להחלשות הגל עם הזמן. אני מניח שהמבנה האטומי של החומר משפיע על רמת השיכוך הפנימי של החומר.

שימוש בחומרים בעלי יכולת שיכוך גבוהה הוא די נפוץ. אחד המוכרים הוא אקריליק:




מבנה:

מספר פתרונות מבניים נפוצים בתעשייה, להלן דוגמאות:
1. שימוש בחול: הפיכת השסי ל"ארגז חול" היא טכניקה זולה ומקובלת, בעיקר בפתרונות DIY. הרעיון הוא שבעת רעידה, גרגרי החול מתחככים זה בזה ופולטים חום, וכך ממירים את התנודות לאנרגיית חום במהירות ויעילות רבה.




2. CLD: טכניקת Constrained Layer Damping היא "אחות" של ה Open Layer Damping עליה דיברנו בפרק על הפלטה.




הרעיון הוא "לחצות" את השסי לשתי שכבות, ולהדביק ביניהן חומר בעל שיכוך פנימי גבוה מאד כמו ספוג, או קצף מוקשח למשל (בירוק בציור). כאשר השסי מנסה לעבור דפורמציה החומר הפנימי עובר מאמצי גזירה ובעת שהוא חוזר לצורתו המקורית, הוא "מאבד" אנרגיה רבה בגלל התכונות שלו.

אפליקציות רבות נקראות CLD בטעות. סתם לתקוע שכבות מודבקות זה פשוט לא זה. מן הסתם, Well Tempered עושים את זה נכון:




3. מניעת גלים עומדים: כפי שבחדר עם קירות מקבילים ייווצרו גלים עומדים, כך גם בשסי מלבני. גלים שנוצרים בשסי שאורך הגל שלהם הוא חלוקה שלמה של מידת השסי, יהיו בעלי חיים ארוכים במיוחד כיון שההחזרות יחזקו את הגל המקורי. לא מעט יצרנים מקפידים לא להשתמש בדפנות מקבילות , בין המפורסמים הם TW Acoustic:




בזאת מגיע הפרק על הבסיס לקיצו. למדנו על טיבען של תנודות ועל התמודדות איתן בפטיפונים דרך הבסיס. בסופו של יום – אין דרך להעלים אותן באפס זמן, והדרך בה בחר יצרן להתמודד איתן תהווה חלק חשוב בחתימת הצליל של הפטיפון.

עד כאן להפעם
אייל




hifimusic
אודות
תנאי שימוש
צור קשר
אוהבים את
hifimusic?
סקירות אודיו
הכל
הגברה
רמקולים
מקורות
אחר
סקירות מוזיקה
הכל
קלאסי
ג'אז
פופ/רוק/אלטרנטיבי
עולם/ישראלי/אחר
קישורים
מותגים על פי שם
מותגים על פי יבואן
מומלצים
הפורום
הרשם
לוח בקרה
הודעות אחרונות