Tonabnehmer und Tonarm richtig auswählen und einstellen: Compliance, VTA, Azimut & Co.

Die Aufgaben von Tonabnehmer und Tonarm

Beginnen wir beim Grundprinzip der Analog-Wiedergabe von Schallplatte: Was den Klang ausmacht bzw. beeinflusst, sind die drei Komponenten:

• Laufwerk
• Tonarm
• Tonabnehmer

Weiter geht es zum Übertrager bzw. zu einer Phonovorstufe; ebenfalls Komponenten, die sich klanglich auswirken. Wir konzentrieren uns in diesem Beitrag aber auf den Plattenspieler. Das, was wir hören möchten, ist das Signal aus der Rille, das ein Tonabnehmer möglichst unverfälscht auslesen soll oder je nach Abstimmung in gewisser Art und Weise „sounden“ soll. Deshalb kaufen wir verschiedene Systeme oder wechseln sie öfter. Deshalb lieben wir ein SPU wegen seines erdigen, groovigen, musikalischen Sounds oder ein Hana Umami Red aufgrund seiner einzigartigen, emotionalen Mitten-Wiedergabe.

Welche Rolle spielen dann noch Laufwerk und Tonarm? Das Laufwerk des Plattenspielers soll im Wesentlichen seine Runden drehen – stoisch mit exakter Drehzahl. Und es soll Störungen und Resonanzen aller Art eliminieren (z. B. durch entkoppelnde Standfüße oder die Konstruktion des Tellerlagers). Auch für die Planlage der Schallplatte kann ein Laufwerk verantwortlich sein, sei es durch ein verschraubbares Plattengewicht wie z. B. bei der AMG Viella oder einem innovatives Ansaug-System wie bei den Techdas-Laufwerken. Ganz zu schweigen von der Rolle des Plattentellers. Alles in allem ein sehr komplexes Thema, das einen eigenen Beitrag verdient.

Welche Eigenschaften soll ein guter Tonarm haben?

Soll er nun klingen oder nicht? Soll er der Wiedergabe seinen Stempel aufdrücken oder nicht? Ist er nur ein Utensil, das den Tonabnehmer auf die Platte drückt? Gute Frage, die je nach Philosophie unterschiedlich beantwortet wird. Meine Meinung: Ein Tonarm soll den Tonabnehmer

• exakt und souverän führen,
• keine immanenten Kräfte freisetzen,
• Resonanzen aller Art vermeiden,
• und damit den Klang des Systems voll zur Geltung bringen.

Der Tonarm bildet mit dem Tonabnehmer ein Feder-Masse-System, und ein solches hat eine Resonanz-Frequenz. Genau an dem Punkt gilt es also, nicht den Arm isoliert zu betrachten, sondern sein Zusammenspiel mit dem Tonabnehmer …

Die schlimmsten Resonanzen, die entstehen können, sind die, die das Zusammenspiel von Tonarm und Tonabnehmer betreffen. Und damit sind wir beim eigentlichen Thema:

Wann passt ein Tonarm zu einem Tonabnehmer?

Zunächst sollte er passende Anschlüsse auf der einen und passende Gegengewichte auf der anderen Seite besitzen. Banal? Vielleicht, aber beide Aspekte gilt es beim Kauf zu bewerten. Wer ein SPU oder MPU betreiben möchte, braucht einen Arm, der einen „SME-Anschluss“ besitzt; und der eine bis zu 37 Gramm schwere Tondose ausbalancieren kann.

Gesagt, getan: Man kauft man sich also einen SPU-tauglichen Arm mit entsprechend hoher effektiver Masse, und dann kramt man ein ultraweich aufgehängtes MM-System aus der Schublade. Dessen hohe Nadelnachgiebigkeit (= Compliance) passt aber nicht zu diesem Arm – dazu gleich mehr. Und schon braucht man einen zweiten Tonarm, so schnell geht das …

Die entscheidende Größe für das Zusammenspiel von Tonabnehmer und Tonarm ist also diese ominöse Compliance.

Compliance = Nadelnachgiebigkeit eines Tonabnehmers

Die Compliance gibt an, wie hart oder weich die Nadelträger-Aufhängung ist. Ihre Maßeinheit ist µm/mN, und gemessen wird die Auslenkung der Nadel in Mikrometern (manche sagen auch Mü oder Mümeter), wenn eine Kraft von einem Milli-Newton auf sie wirkt.

Manchmal liest man auch „cm/dyne“, davor steht dann 10 hoch minus 6. Das ist das Gleiche wie µm/mN, also nicht verwirren lassen.

10 Hz oder 100 Hz? Compliance-Werte und Variationen

Wir lesen also: 12 µm/mN (100 Hz). Die Angabe in Klammern hat es in sich. Der Standard ist die Messung bei 10 Hz. Dennoch messen einige Hersteller bei 100 Hz, z. B. Audio Technica und andere japanische Hersteller, auch in Amerika kommt das vor.

Wenn euch also ein solcher Wert über den Weg läuft, müsst ihr diesen mit ca. 1,7 bis 1,8  multiplizieren (ganz grob!). Dann ist das Ganze vergleichbar, und das ist auch der Wert, der in den entsprechenden Compliance-Rechnern zählt.

Statische und dynamische Compliance

Damit nicht genug: Man unterscheidet zwischen dynamischer und statischer Compliance. Erstere zählt. Eine Regel besagt: Die statische Compliance teilt man einfach durch zwei, um die dynamische zu erhalten. Auch das ist allenfalls eine grobe Annäherung, siehe folgende Beispiele:

• Audio-Technica OC9XSL: statische Compliance 22, dynamische Compliance 18 (bei 10 Hz dann ca. 30)
• Audio-Technica AT-33SA: statische Compliance 40, dynamische Compliance 10 (bei 10 Hz dann ca. 17)
• Audio-Technica AT-ART9XI: statische Compliance 25, dynamische Compliance 15 (bei 10 Hz dann ca. 25)

Tja, was sagt uns das? Dass Audio-Technica bezüglich seiner Angaben sehr speziell ist. Die Nadeln sind in der Praxis härter aufgehängt als es die offiziellen Werte vermuten lassen. Und dass man all diese Werte nicht auf die Goldwaage legen sollte, weil man nicht weiß, wie welcher Hersteller das konkret misst.

Je höher die Compliance, desto besser die Abtastfähigkeit des Tonabnehmers?

Eine weiche Feder kann den einwirkenden Kräften leichter nachgeben. Resultat: Systeme mit hoher Compliance tasten tendenziell besser ab, weil sie der Rillen-Modulation leichter folgen. Auf einer Testplatte erreichen gute MM-Systeme Werte von 100 µm, während MCs oft schon bei 50 µm der Saft ausgeht. Es gibt auch Ausnahmen: Das Umami Red schaffte bei mir 90 µm, Bestwert für MC. Ob man das zwingend braucht? Eher nicht …

Sind weich aufgehängte (MM-)Tonabnehmer besser? Auf keinen Fall, denn:

• Abtast-Auslenkungen über 60 µm (manche sagen 50) kommen in der Praxis nicht vor.
• Massereichere Tonarme führen Tonabnehmer tendenziell souveräner und besser durch die Rille, haben mehr Kontrolle, schirmen andere Einflüsse besser ab, sind unerschütterlicher, wenn man so will. Ein gutes Beispiel ist der GrooveMaster 4, ein Trumm von Arm, der aber so gut konzipiert ist, dass er mit Tonabnehmer bis zu einer Compliance von 25 sehr gut klarkommen soll.

Und ein weich aufgehängtes MM (also eine hohe Compliance) an einem schweren Tonarm? Das funktioniert definitiv nicht gut, hier sind größere Einbußen bei der Bass-Wiedergabe zu erwarten als auch insgesamt eine eingeschränkte Tracking-Fähigkeit.

Daneben gibt es noch weitere Argumente, die für ein härter aufgehängtes MC-System sprechen: MCs haben eine geringere bewegte Masse und können bessere Rauschabstände erreichen, wenn die Phonovorstufe bzw. der Übertrager mitspielt! (Bitte keine Diskussion über MC/MM an dieser Stelle, beides hat was für sich in der Praxis!).

Einteilungen der Compliance

(Diese Werte sind von mir andere Grenzen sind gängig und legitim, aber auch nicht wirklich entscheidend.)

• Niedrige Compliance: hart aufgehängte Tonabnehmer (9 bis 9 µm/mN)
• Mittlere Compliance: mittelhart/mittelweich aufgehängte Abnehmer (10 bis 21 µm/mN)
• Hohe Compliance: weich aufgehängte Systeme(22 bis 30 µm/mN)
• Sehr hohe Compliance: sehr weich aufgehängte Systeme (31 bis > 40 µm/mN)

Einteilung von Tonarmen

Als quasi Gegenstück dazu teilt man auch Tonarme ein – in folgende Gewichtsklassen (Grenzen auch hier fließend):

• Ultraleichter Tonarm: 4 bis 5 Gramm
• Leichter Tonarm: 6 bis 9 Gramm
• Mittelschwerer Tonarm: 10 bis 19 Gramm (das Gros der heute gebräuchlichen Arme)
• Schwerer Tonarm: 20 bis 26 Gramm
• Sehr schwerer Tonarm: > 27 Gramm

Das ist mitnichten das Gewicht des Arms, wenn man ihn auf eine Waage legt, logisch. Es geht um die EFFEKTIVE bewegte Masse. Diese wird inklusive eines Headshells gemessen. Das wiederum bedeutet, dass man mit dem Gewicht eines (anderen) Headshells die effektive Masse erhöhen bzw. senken kann.

Wie die Hersteller genau auf ihre Werte kommen, ist unterschiedlich. Und aus meiner Sicht definitiv nicht verlässlich. Manchmal stellt sich bei Messungen mit einem Tonabnehmer, dessen Nadelnachgiebigkeit bekannt ist, heraus, dass der Arm eigentlich schwerer oder leichter sein müsste. Oder ist die Compliance falsch angegeben? Ein Henne-Ei-Problem für uns Analogis …

Tonarm und Tonabnehmer als Feder-Masse-System

Wie erwähnt ist die Kombination aus Tonarm und Tonabnehmer ein Feder-Masse-System, das naturbedingt eine Eigenfrequenz besitzt. Dabei gilt:

• Je härter die Feder, desto höher fällt die Resonanzfrequenz aus.
• Je höher die Masse, desto niedriger ist die Resonanzfrequenz.

Schlecht ist, wenn diese Resonanzfrequenz tatsächlich angeregt wird. Dann schaukeln sich die Schwingungen auf und überlagern andere Frequenzen. Es kann zum Dröhnen und einer Verfärbung des Klangbilds kommen. Im schlimmsten Fall hüpft die Nadel bei basslastiger Musik aus der Rille.

Deshalb ist das Ziel, die Resonanzfrequenz unter 13 zu halten, 12 ist der gängige Oberwert. Interessantes Detail: Im HiFi-Jahrbuch aus dem Jahr 1976 steht , dass die ideale Resonanzfrequenz zwischen 12 und 18 Hz liege. Ist die Musik also basslastiger geworden?! Oder liegt es daran, dass damals eher weiche MM-Tonabnehmer und dazu schwere Arme in Mode waren? (Bis die leichten „tangentialen Stümmelchen“ à la Revox kamen zumindest).

Zielwerte für die Resonanzfrequenz von Tonarm-/Tonabnehmer

Ist es dann nicht ideal, wenn die Resonanzfrequenz möglichst tief liegt? Leider nein, denn:

• Die Eigenresonanz von Subchassis-Laufwerken mit federndem Brett liegt meist im Bereich von 2 Hz bis 4 Hz. Auch eine auf Luft oder anderen Dämpfern gelagerte Schieferplatte wie bei mir im Hörraum hat eine Resonanzfrequenz, in dem Fall bei 4 Hz. Ein Abstand zu diesem Wert ist also sinnvoll.
• Die Rille der Schallplatte ist nicht exakt rund, manche Platten sind dazu wellig. Das erzeugt Rillengeräusche und damit Stör-Wellen, die übertragen werden. Eine Shure-Studie hat ermittelt, dass 70 % solcher Wellen unter 5 Hz und 95 % unter 8 Hz liegen. Wer aber eine Plattenbügelmaschine besitzt und/oder keine welligen Platten kauft, darf beim unteren Wert entspannt sein. Es gibt dann fast kein „zu weich“.
• Das sogenannte „Rumpeln“ eines Plattenspieler-Laufwerks bewegt sich ebenso in sehr tiefe Frequenzbereiche und spielt eine Rolle.
• Trittschall wird genannt, aber der ist per Definition eigentlich höher im Frequenzspektrum angesiedelt, und Herumtrampeln vor dem Plattenspieler ist ungeachtet aller Tonarm-/Tonabnehmer-Resonanzen nicht förderlich …

In jedem Fall hat sich eine Ziel-Resonanz-Frequenz zwischen zwischen 8 Hz und 12/13 Hz eingebürgert. So soll das Feder-Masse-System weder mit tieffrequenten Signal-Anteilen noch mit welligen oder unrunden Platten negativ beeinflusst werden.

Die Formel für die Resonanzfrequenz von Tonabnehmer und Tonarm

Ich habe weiter oben den Compliance-Rechner von Vinylengine gezeigt, der basiert auf folgender Formel:

Resonanzfrequenz = 1000 / (2 * PI * Wurzel (effektive Tonarm-Masse * Compliance)

Ich habe zahlreiche Messungen mit Testschallplatte für verschiedenste Tonabnehmer durchgeführt. Leider stimmen die theoretisch ermittelten Werte nur selten mit der Praxis überein. Mal abgesehen davon, dass sich der Wert auf eine Zahl beschränkt und nicht die Range der Resonanz berücksichtigt, die mal breiter und mal enger ausfällt.

Des Weiteren kann ein Subsonic-Filter des Phonovorvestärkers die Ergebnisse bzw. die Amplitude der Resonanzen beeinflussen.

Also alles nicht so wichtig? Doch, aber man sollte es nicht so eng sehen wie in manchen Foren kolportiert wird. Ich empfehle euch, aber einen modernen Compliance-Rechner zu verwenden (den ich euch gleich verrate) …

Tonabnehmer und Zubehör

Azimut

Kurz vorab: Azimut schreibt man ohne h. Der Azimut beschreibt den horizontalen Winkel des Tonabnehmers bzw. der Nadel über der Platte. Im Lehrbuch wäre der exakt bei 90 Grad. Diese 90 Grad setzen voraus, dass der Tonabnehmer perfekt produziert ist, sprich der Diamant exakt senkrecht auf dem Nadelträger sitzt und letzterer exakt im Generator.

Das ist – meine vielen Tonabnehmer-Einmessungen bestätigen das – leider nur in 30 % der Fälle gegeben.

Insofern ist die Azimut-Justage für alle Tonabnehmer-Tonarm-Kombinationen sinnvoll. Denn erst, wenn dieser Winkel optimal eingestellt ist, harmoniert der Tonabnehmer mit dem Arm.

Die offensichtlichsten Schiefstellungen erkennt man mit bloßem Auge. Die meisten treten erst bei einer Messung zutage, sie sind aber trotzdem hörbar! Unterschiedliche Hersteller geben übrigens unterschiedliche Toleranzen an. Diese bewegen sich zwischen 1,5 und 2,5 Grad. Das ist gar nicht so wenig – wenn man von vorne auf ein „korrigiertes” Headshell blickt. Werte, die über 2,5 Grad hinausgehen, sollten auf jeden Fall beim Händler reklamiert werden.

Bei sehr gut produzierten Tonabnehmern wie denen von My Sonic Lab liegen die Korrekturen bei +/- 1 Grad oder darunter.

Messung und Korrektur des Azimuts

Ich empfehle das Fozgometer von Musical Surroundings, mit 499 Euro plus Testschallplatte erschwinglich. Adjust+ von Dr. Feickert gibt es ja leider nicht mehr.

Ich habe diverse Messungen und Vergleiche mit ebendieser Software und dem Referenzprodukt von Sperling Audio, dem PDM-1, angestellt. Das Fozgometer liefert absolut brauchbare Ergebnisse. Eine taugliche Wasserwaage gibt es bei mir dazu, nachdem die von Dr. Feickert ebenso nicht mehr erhältlich ist.

Tonarme ohne Azimut-Einstellung?

Ein Tonarm ohne Azimut-Einstellung hat aus o. g. Gründen ein klares Defizit. Ist er für die SME-Headshell-Montage ausgelegt, könnte man noch argumentieren, dass der Azimut ja bei den meisten Headshells justierbar ist. Yamamoto hat solche Schräubchen integriert, aber es sind eben nicht alle Headshells im Winkel korrigierbar.

Der Tonarm Reed 3P macht die Azimut-Justage möglich, während die Schallplatte läuft. So kann man den Ausschlag am Messgerät live prüfen. Wichtig: eine bestimmte Position sollte etliche Sekunden eingehalten werden, da sich der Wert dann erst richtig einpendelt. Danach sollte man  das Gegengewicht noch einmal „gerade“ nach unten korrigieren, je nachdem, wie stark der Arm gedreht wird.

Beim neuen Groovemaster 4 gibt es eine endlich mal größere Schraube seitlich am Armrohr, das ist vorbildlich.

Bei einem Kuzma 4 Point ist das Armrohr in zwei Teile aufteilt: der vordere Teil wird in sehr exakten Schritten mit einem Inbus gedreht. Der hintere Teil mit Lager bekommt nix davon mit. Ebenso vorbildlich.

Das Ergebnis eines korrekten Azimuts

Die korrekte Einstellung des Azimuts, die Anpassung an die Schieflage des Tonabnehmers quasi, wirkt sich klanglich positiv aus: Der Stereo-Effekt ist größer, Stimmen sind besser ortbar, die Protagonisten stehen eingemeißelt in der Mitte (wenn die Aufnahme das so will). Mehr Räumlichkeit entsteht.

VTA = Vertical Tracking Angle

Die Werte, die bei der Azimut-Messung ermittelt werden, hängen auch von der Tonarm-Höhe ab. Es lohnt sich, die zunächst ermittelte Stellung des Headshells mit unterschiedlichen Höhen zu testen und nochmalig zu messen.

Wichtig: Ich bin nach vielen Gesprächen mit Experten, Tonarm-Herstellern und eigenen Versuchen der Meinung, dass die Tonarmhöhe um max. 5 mm nach oben oder unten korrigiert werden sollte. Alles darüber würde wieder mehr Nachteile mit sich bringen, da Kräfte freigesetzt oder verändert werden, die nicht vorhersehbare (negative) Auswirkungen haben.

VTA versus Tonarmhöhe

Der VTA ist nicht gleichzusetzen mit der Tonarm-Höhe. Letztere hat Einfluss darauf, mehr nicht. Es geht konkret um den Winkel zwischen Nadelträger und Schallplattenoberfläche, und zwar bei laufendem Motor. Könnt ihr via Mikroskop oder Lupe beobachten. Zieht der Teller an, verkleinert sich der Winkel, da wir es mit einem dynamischen System zu tun haben.

Angestrebt wird ein Wert von 18 bis 20 Grad, meist sind es 20 Grad oder deutlich mehr. Warum das so ist? Keine Ahnung. In jedem Fall würde man zur Korrektur einer Abweichung von 3 Grad am Nadelträger die Tonarm-Höhe im cm-Bereich verändern müssen, was definitiv nicht sinnvoll ist. Dann lieber (wenn man überhaupt eine exakte Messung mit entsprechendem Equipment durchführen kann) Spacer verwenden, die den Tonabnehmer vorne schief stellen, um den idealen VTA zu erreichen. Auch dieses Thema und der damit zusammenhängende SRA (Stylus Rake Angle) ist komplex und einen eigenen Beitrag wert.

Der erscheint aber erst, wenn ich mir die nötigen Mess-Instrumente beschafft habe :-)

Antiskating – Abhängigkeiten vom Tonabnehmer?

Antiskating ist ein eigenes Thema und bezieht sich primär auf die bei Radial-Tonarmen unvermeidliche Skating-Kraft, die den Tonarm nach innen zieht. Diese Kraft wird – auch – beeinflusst von der Reibung der Nadel in der Rille. Primär hängt sie aber von der Länge des Tonarms, dem Auflagegewicht und etwaigen Arm-immanenten Kräften ab. Aber auch Nadel-Schliffe haben Auswirkungen auf die Skating-Kraft: Je mehr diese Schliffe mit den Rillenflanken in Kontakt treten, desto mehr Reibung entsteht – ganz grob. Soll man also eine Rundnadel statt einer elliptischen nehmen? Nein, das würde ich nicht daran festmachen.

Auch wenn (Anti-)Skating für das übergeordnete Zusammenspiel von Tonabnehmern und Tonarm nicht von so zentraler Bedeutung wie Compliance bzw. effektive Tonarm-Masse sind, sollte ein Radial-Tonarm eine Antiskating-Einstellung besitzen. Wer die Skating-Kraft leugnet oder behauptet, zum Ausgleich reiche ja ein Kabel, der hat aus meiner Sicht seine Hausaufgaben nicht gemacht.

Interessant ist auch, dass die Skating-Kraft über die Plattenseite hinweg nicht konstant ist: Sie ist zu Beginn am stärksten, nimmt dann ab und steigt zur Plattenmitte wieder an. Die Antiskating-Konstruktionen der meisten Tonarme sind aber statisch oder falsch konstruiert: Eine klassische Feder verstärkt die Gegenkraft zur Mitte der Platte, zu Beginn ist sie aber nur wenig gespannt und folglich die Kraft ebenso geringer. Es gibt aber auch schlauere Magnet-Konzepte wie beim Reed 2B, dem AMG 9WT oder AMG 12 JT

Wen diese Kraft generell nervt, der greife zu einem Tangential-Tonarm wie dem Reed 5a bzw. Reed 5T :-)

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