Fondamenti sui bracci di lettura [Italiano]

Progettare un braccio

Est modus in rebus?
(c'è un solo modo di risolvere i rebus?)

Introduzione

Tempo fa chiacchieravo con un costruttore di giradischi e di bracci. Secondo lui, supponendo una base giradischi fatta decentemente, il braccio era responsabile per l'80% della qualità del suono prodotto.
Nel corso della mia serie di prove di giradischi e bracci ho cominciato a comprendere il suo punto di vista, anche se io ridimensonerei al 60% l'importanza da dare al braccio. Che siate d'accordo o meno, non può essere revocato in dubbio che il braccio ha un effetto fondamentale sul suono prodotto da una sorgente vinilica.

Nel corso degli ultimi quattro anni, presso di me hanno stazionato per lunghi periodi (anche superiori al mese) nove bracci, sei dei quali durante gli ultimi sei mesi, ed altri ne stanno arrivando. Ne ho avuti di tutte le forme e dimensioni ed ognuno suonava diverso, quindi ho pensato che era giunto il momento di cercare di capire in che consiste l'essenza di un braccio e di trasmettere i risultati della mia indagine ai lettori di TNT-Audio.

Prima di iniziare, qualche parola di avvertimento: quanto segue è un inquadramento generale dei bracci, di ciò che fanno e delle ragioni che stanno dietro al particolare progetto di ognuno di loro. Ogni modello ha i suoi fautori e vi sono dei netti schieramenti fra quelli che ritengono di avere individuato la soluzione migliore; se, nella mia ignoranza, mi dovessi trovare ad offendere qualcuno di questi schieramenti, tutto ciò che potrei dire a mia discolpa sarebbe che, avendo giochicchiato con un sacco di modelli diversi, ora so quali piacciono a me...

Il problema

Su un disco la musica viene codificata sotto forma di solchi ondulati incisi nel vinile. Per darvi un'idea, pensate ad una lamiera ondulata, piegata a metà (in senso perpendicolare alle ondulazioni) finchè fra le due pareti si formi un angolo retto. Ci siete? Una parete della "V" che abbiamo così ottenuto è il canale sinistro, l'altro il destro. Lo stilo (pensate ad uno di quei conetti da segnalazione per il traffico stradale) si muove lungo la "V" e viene sospinto avanti e dietro dalle ondulazioni delle pareti; queste ondulazioni vengono trasmesse al cantilever [la cannuccia che sostiene lo stilo, n.d.t.] e vengono trasformate in un segnale elettrico tramite (generalmente) due coppie di magneti e bobine pure posti a 90° gli uni rispetto agli altri (ed ognuno perpendicolare alla parete del solco che lo stilo sta tracciando); ciò fornisce il segnale stereo al preamplificatore. E' deliziosamente semplice...

Ora, considerate le dimensioni microscopiche in gioco, e pensate che è il braccio ad avere il compito di tenere la puntina mentre il solco a "V" scorre.

Allora, contro cosa lotta il braccio? Beh, il problema di fondo è questo: se la superficie del disco fosse perfettamente piana e scorresse sotto lo stilo tutta dritta, come un nastro scorre sulla testina di un registratore, il braccio potrebbe essere un pezzo di cemento rigido che mantiene la testina assolutamente immobile. In questo modo, quando lo stilo si muove, questo movimento diventa segnale musicale; non si perde nessuna energia per muovere la testina avanti e dietro seguendo la musica. Ma NESSUN disco è assolutamente piatto, e, anzichè viaggiare lungo una linea retta, il solco corre lungo una spirale, quindi il braccio deve consentire movimenti sia in alto e in basso, sia a destra e a sinistra, lungo tutto il [(raggio del), n.d.t.] disco.

Quindi il braccio perfetto deve consentire allo stilo di andare su e giù seguendo le ondulazioni della superficie del disco, e di muoversi di fianco seguendo la spirale del solco, MA deve anche mantenere saldamente a tutte le frequenze musicali la puntina, come se fosse montata su quel blocco di cemento.

E' un impegno gravoso...

Naturalmente, l'unica risposta si trova nell'uso di articolazioni di un tipo o di un altro, che devono permettere al braccio di basculare sia sul piano verticale che su quello orizzontale, con un attrito quanto più prossimo allo zero possibile, ma senza alcun movimento della testina, nemmeno lo "sbandamento", a frequenze musicali. Il braccio deve anche premere lo stilo verso il solco con una forza costante, così da opporsi alla controspinta del solco modulato che tende a "sputare" lo stilo in alto diminuendo quell'intimo contatto con le pareti del solco che contengono l'informazione musicale, e così da mantenere l'allineamento degli elementi che compongono il generatore della testina [il generatore di F.E.M., costituito dall'insieme bobine/magneti prima descritto, n.d.t.].

Per risolvere questo problema impossibile si sono sviluppate tre scuole di pensiero. Quella del braccio su articolazione, quella del braccio imperniato a singolo fulcro (c.d. "unipivot") , e quella del tracciamento parallelo [i bracci c.d. "tangenziali", n.d.t.]. Ogni impostazione ha i suoi vantaggi, che vedremo in seguito, ma tutte hanno lo stesso problema di progetto. Se prendete una canna di un qualsiasi tipo e la mantenete rigidamente ad un'estremità, questa "risuonerà" a certe frequenze, come una corda tesa pizzicata. Più rigido è il braccio, più è elevata la frequenza di risonanza (come una corda più tesa). Dei veri "rigidoni" come i grandi SME e l'Artemiz della Roksan presentano modi primari di risonanza ad 1kHz o più, in una zona dove sono meno avvertibili rispetto a frequenze di risonanza inferiori.
Un accorto lavoro sulle forme o sullo smorzamento può diffondere [lungo un più ampio arco di frequenze, n.d.t.] queste risonanze o ridurne l'intensità, ma sintonizzare il tutto fino a farle diventare quanto meno presenti possibile è una delle "arti nere" della progettazione di un braccio. A ciò aggiungasi che ogni elemento, ed in particolare i giunti, contribuisce alla caratterizzazione sonica di un braccio, il che spiega perchè si trovano così tanti bracci fatti di un un unico elemento da quando SME, Mission e Rega hanno tracciato la via.

Bracci su articolazione

E' il tipo più comune e probabilmente il progetto più ovvio. Semplicemente si mettono sul punto di fulcro del braccio due articolazioni perpendicolari fra di loro. Supponendo che le articolazioni siano ben fatte, manterranno rigidamente il braccio, consentendogli, al contempo, libertà di movimento sia radiale che perpendicolare. Se il baricentro [del braccio, n.d.t.] è posto alla stessa quota dello stilo, la forza d'appoggio rimane costante indipendentemente dalla spinta esercitata dalle ondulazioni della superficie del disco che muovono il braccio su e giù: e questo è bene. Allo stesso modo, se, poi, l'articolazione orizzontale è posta alla stessa quota dello stilo, allora quando questo si solleva per via di un'ondulazione, non tenderà a muoversi in avanti o indietro come invece accade se l'articolazione è posta ad una quota superiore.

La magagna... Queste articolazioni sono tutte del tipo a cuscinetto a sfera (o sue variazioni). Per presentare un basso attrito devono avere un po' di gioco. Così, quando lo stilo prova a muovere il braccio, i cuscinetti possono prima compiere un levissimo movimento e, forse cosa più importante, possono tendere a vibrare scontrandosi tra di loro: è un effetto che viene definito "chiacchiericcio dei cuscinetti". Se si aumenta la rigidità dei cuscinetti nella loro sede, si aumenta l'attrito, e quindi viene compromessa la prestazione del braccio. Quindi un braccio su articolazione è un compromesso.
Bisogna tenere i cuscinetti saldi abbastanza da ridurre (non si può eliminare) il "chiacchiericcio", ma laschi abbastanza da consentire il minore attrito possibile. Ecco perchè i bracci di alto livello sono così costosi: richiedono un perfetto allineamento dei cuscinetti e, per il suddetto compromesso, che questi stiano esattamente al posto dove debbono stare; il che richiede tempo. Parlare di cuscinetti costosi è generalmente fuorviante: i cuscinetti ABEC3 costano pochi spiccioli, quello che costa è il tempo e la precisione che occorrono per farli lavorare correttamente...

Ci sono altri due svantaggi di questo tipo di bracci. Il primo consiste nel fatto che ogni cuscinetto agisce come una parete, dove si possono produrre o riflettere delle risonanze, quindi, nonostante uno SME abbia la canna del braccio fatta di un singolo elemento, ha un bel po' di altre pareti nella sua articolazione; il secondo sta nella circostanza che con il tempo questi cuscinetti si consumano e perdono precisione, necessitando sia di un rimpiazzo che di aggiustamenti.

Bracci imperniati a singolo fulcro (Unipivot)

In passato gli unipivot sono stati molto popolari, poi sono caduti in disgrazia dopo l'avvento della brigata dei bracci modello "corazzata", ultra-rigidi e su articolazione, come l'ITTOK e, poi, lo SME V. Ora sono tornati ad essere "il gusto del mese". Il punto è che ci sono unipivot ed unipivot, come ci accingiamo a vedere.

Sulle prime, quella del braccio unipivot sembra un'idea malsana. Invece di una coppia di sostegni a cuscinetto perpendicolari tra di loro, qui abbiamo un singolo punto di sostegno, che punta in alto oppure in basso, che appoggia in una sede concava (pochi, come gli Hadcock, usano dei cuscinetti a sfera), e che sta piazzato al fulcro del braccio. Ma come? Assolutamente nessuna rigidità alla "sbandata": spostate la testina ed il braccio si sposterà con lei?

Però... se riuscissimo a bilanciare le masse di tutto il braccio in modo tale che quando la puntina prova a far sbandare il braccio A FREQUENZE MUSICALI, l'inerzia stessa del solo braccio la mantiene stabile? WOW! Ecco un'idea che vale la pena di sviluppare...

Allora, come facciamo? Il modo più semplice è appendere dei pesi al lato inferiore del braccio, sia sotto forma di contrappesi allungati, sia sotto forma di sedi dell'articolazione appesantite e poste sotto il fulcro. Ciò darà al braccio una intrinseca stabilità e la testina tenderà verso il basso, anche se la cosa renderà più difficile lo spostamento del braccio lungo il raggio del disco.

Avete già inquadrato la magagna? Se il baricentro del braccio si situa molto al di sotto della quota del fulcro, non appena sotto il braccio scorre un'ondulazione della superficie del disco il baricentro stesso verrà sollevato, così incrementando la pressione dello stilo [nei solchi, n.d.t.] nel momento peggiore possibile, spingendo lo stilo stesso in alto verso il corpo della testina mentre il braccio oppone resistenza al movimento verso l'alto. E questo è MALE...

Però un sacco di unipivot, in realtà probabilmente la maggioranza, sono fatti così: l'Hadcock ed il Kuzma ne sono due che ho qui al momento. Il Kuzma aggiunge anche un denso bagno di composto siliconico nel quale si adagia la sede dell'articolazione.
Ciò aumenta ancora di più la stabilità, ma il composto siliconico aumenta a tal punto la riluttanza del braccio a seguire le ondulazioni della superficie del disco, che gran parte della fatica si addossa sulle spalle del cantilever e della sospensione della puntina. E' vero che si tratta di un caso estremo di smorzamento per un unipivot, ma è anche vero che si tratta di un rimedio comunemente usato per resistere alle forze esterne che impongono una "sbandata", ed anche per smorzare la risonanza del braccio.

L'altra maniera di costruire un unipivot è quella di avere il baricentro giusto sotto la quota del fulcro, cosicchè, quando un'oscillazione superficiale gli scorre sotto, la forza d'appoggio non viene alterata. In tal caso occorre la stessa forza per produrre spostamenti del braccio orizzontali o verticali, producendo un caso di "massa perfetta". Modelli di tal fatta sono ancora più difficoltosi da posizionare lungo il disco, ma a frequenze musicali è il momento inerziale intrinseco del braccio che si oppone ad ogni spostamento esterno: è comunque un progetto molto difficile da sintonizzare nel suo complesso.
Alcuni progetti di questo tipo implementano un "falso" unipivot, perchè impiegano una qualche resistenza fisica per fermare l'oscillazione che deriva dallo spostamento del braccio per posizionarlo lungo il disco. Il tutto assume le forme di una sede di cuscinetto, che si comporta proprio come la sede del cuscinetto del perno di un giradischi, reggendo la spinta verticale della base del fulcro libero alle sollecitazioni orizzontali, ma, a differenza del perno del piatto, senza offrire alcuna resistenza al su e giù dello "annuire" del braccio. Poichè tale costrizione [sul piano verticale, dove regge la spinta, n.d.t.] comporta assenza di carico, l'attrito è praticamente zero, e dona al braccio la stessa facilità d'uso dei bracci su articolazione.
Certo, residua il problema della vibrazione fra sede e cuscinetto, ma, visto che non deve sopportare alcun carico, si può realizzare in materiale con bassa risonanza, come il Delrin, e visto che il vincolo si esercita per superfici ridottissime, l'attrito non è un problema. Il braccio Romeo della Audiomeca è un "falso" unipivot, anche se potete sempre rimuovere il rivestimento in delrin, così da farlo diventare un "vero" unipivot, quando vi sentirete abbastanza coraggiosi.

Già il mero esame visivo di un unipivot vi mostra in che direzione si è mosso il progettista. Prolunghe in basso - Hadcock, Kuzma, VPI, Moerch, ARO - o baricentri alti, spesso con pesi ai lati della sede del fulcro per aumentare l'inerzia contro le "sbandate", come gli Audiomeca e i Graham.

Comunque, punto comune di tutti gli unipivot, è il cuscinetto del fulcro con attrito molto vicino a zero, che (se di buona qualità) è autoregolante ed esente dal "chiacchiericcio". a parte ciò, i problemi di risonanza del braccio sono sostanzialmente gli stessi dei bracci su articolazione.

Bracci a tracciamento parallelo [o "tangenziali", n.d.t.]

Quando si incide un master analogico, lo si fa su una lacca sulla quale il bulino incisore scorre lungo una linea retta lungo il raggio come adagiata su una slitta. I bracci imperniati si muovono all'interno del disco tracciando un arco, il che comporta inevitabilmente che per la maggior parte della loro traiettoria lo stilo sarà lievemente angolato rispetto a come i solchi sono stati originariamente incisi. Il che introduce una qualche distorsione.
Inoltre, poichè la testina viene montata angolata all'estremità libera del braccio, tenderà a tirare il braccio verso il centro del disco, e questa forza va compensata con un qualche meccanismo di "anti-skate", altrimenti lo stilo verrà schiacciato di più contro una delle due facce del solco, con una riduzione della qualità del suono ed un'inevitabile usura sbilanciata sia della puntina che dei solchi. Questa forza viene applicata in molti modi: con pesi e funi, con magneti o con molle, ma sono tutti dei compromessi e potenziali fonti di colorazione.

Il braccio tangenziale prova ad imitare il bulino incisore ed ha un braccio che si muove in senso radiale mantenendo il fulcro alloggiato su una specie di slitta mobile. Se la testina è perfettamente allineata, allora si eliminano sia l'errore di [(angolo di), n.d.t.^]] tracciamento, sia la necessità dell'antiskating; inoltre si riesce a mantenere il braccio più corto, quindi più rigido e con un minore momento inerziale.

Lo svantaggio, naturalmente, sta nella slitta, che si deve muovere contemporaneamente allo stilo. dischi eccentrici (cioè tutti...) implicano che essa debba muoversi avanti e dietro, pur proseguendo nell'attraversamento del disco.
O il braccio viene dotato di una complessa rete di sensori e di motori che avvertono la deviazione e spostano la slitta in avanti o indietro, oppure una slitta a bassissimo attrito, come su cuscino d'aria, consente il movimento col minimo dell'attrito. Entrambe queste soluzioni sono oltremodo complicate ed il fatto che ognuno dei loro propositori li riesca anche solo a farle funzionare mi affascina. Ovviamente si tratta di soluzioni costose, difficili da regolare, che necessitano di un ambiente senza polvere ed una preparazione perfetta. Ma quando sono ben messe, c'è gente che dice che non c'è nulla che gli si avvicini.

Una variazione interessante e, secondo me, più pratica è proposta dalla Audiomeca: ciò che sembra un tangenziale è, invece, un braccio imperniato che, però, si muove lungo un ridottissimo arco; un piccolo sensore si accorge di quando il braccio oltrepassa i limiti dell'arco ed aziona un motore che sposta un po' la slitta per compensare: le variazioni minori sono compensate "passivamente" dalla rotazione sul perno.

Per finire: cedevolezza della testina e "massa effettiva"

Potrete pensare che, in teoria, sarebbe bello avere un braccio che applicasse unicamente una forza d'appoggio e non offrisse altre resistenze al cambio di direzione. Sfortunatamente, poichè presenta una massa che viene accelerata, il braccio possiede anche una propria inerzia che opporrà resistenza a questo movimento. Più è massiccio il braccio, maggiore sarà la sua inerzia o "massa effettiva".
C'è stato un tempo in cui la massa effettiva minore possibile veniva vista come la perfezione, ma ciò ha dato luogo a bracci sgraziatamente risonanti, che avevano bisogno di testine ad alta cedevolezza per lavorare, col risultato che tendevano a saltellare sul disco quando arrivava un'ondulazione della su superficie, o addirittura quando venivano posizionati su un certo punto del disco stesso...

Ciò avviene perchè la cedevolezza della testina e la massa effettiva del braccio vanno accoppiate. La cedevolezza della testina è la "mollosità" delle sue sospensioni. Pensate ad un trampolino su una piscina. Se sul trampolino salta una persona molto leggera, oscillerà abbastanza velocemente. Se invece ci sale un panzone, l'oscillazione sarà più lenta. Per far sospingere il panzone alla stessa velocità c'è bisogno di un trampolino più rigido (bassa cedevolezza).

E questo cosa ha a che vedere con i bracci e le puntine? Beh, noi vogliamo che la combinazione fra braccio e puntina risuoni, o "oscilli", a certe particolari frequenze, per esempio inferiori a quelle di ogni segnale musicale (7 Hz). Quindi una testina ad altissima cedevolezza, come la Shure V15, amerà i bracci a bassa massa, mentre una testina a bassa cedevolezza, come la Koetsu, vorrà bracci a massa elevata, come il Bruer. Ai giorni nostri, la maggior parte delle testine presentano una cedevolezza media, ma va è ancora fatto il controllo che una certa testina lavora bene col vostro braccio.

Conclusioni

Dunque, siete compiutamente confusi, ora? Certi vi diranno che gli unipivot hanno un suono più dolce, mentre quelli su articolazione sono più dinamici. Quello che io ho da dirvi è che ho ascoltato dei grandi bracci su articolazione e dei grandi unipivot, e tutto ciò di cui ora ho bisogno è di qualcuno che mi presti un tangenziale...

Traduzione: Carlo Iaccarino