Schwingungsisolatoren mit negativer Steifigkeit.

Die vertikale Bewegungsisolierung wird durch eine steife Feder gewährleistet, die die Last des Helix-Sockels und des Plattenmechanismus trägt, kombiniert mit einem Mechanismus mit negativer Steifigkeit (NSM). Die Netto-Vertikalsteifigkeit wird sehr niedrig gehalten, ohne die statische Tragfähigkeit der Feder zu beeinträchtigen.

In Reihe mit dem vertikalen Bewegungsisolator verbundene Balkensäulen sorgen für horizontale Bewegungsisolierung. Die horizontale Steifigkeit der Balkensäulen wird durch den „Balkensäulen“-Effekt reduziert. (Eine Balkensäule verhält sich wie eine Feder in Kombination mit einem NSM.) Das Ergebnis ist ein kompakter passiver Isolator, der sehr niedrige vertikale und horizontale Eigenfrequenzen und sehr hohe interne Strukturfrequenzen ermöglicht.

Minus K®-Isolatoren verwenden normalerweise drei in Reihe gestapelte Isolatoren: einen Kippbewegungsisolator über einem Horizontalbewegungsisolator über einem Vertikalbewegungsisolator. Ein Vertikalbewegungsisolator ist in unterer Abbildung dargestellt.

Dabei wird eine herkömmliche Feder verwendet, die mit einem NSM verbunden ist, das aus zwei Biegeelementen besteht, die an ihren inneren Enden mit der Feder verbunden und an ihren äußeren Enden gestützt sind und durch Kräfte P auf Druck belastet werden.

Die Feder wird durch das Gewicht W in die Betriebsposition des Isolators komprimiert, wie in Abbildung 1 gezeigt. Die Steifigkeit des Isolators beträgt K=KS-KN, wobei KS die Federsteifigkeit und KN die Größe einer negativen Steifigkeit ist, die eine Funktion der Konstruktion der Biegeelemente und der Last P ist. Die Steifigkeit des Isolators kann auf nahezu Null gebracht werden, während die Feder das Gewicht W trägt. Ein horizontales Bewegungsisolationssystem, das aus zwei Balkensäulenisolatoren besteht, ist in unterer Abbildung dargestellt.

Jeder Isolator verhält sich wie zwei feste, freie Balkensäulen, die axial durch eine Gewichtslast W belastet werden. Ohne die Gewichtslast haben die Balkensäulen eine horizontale Steifigkeit KS.

Mit der Gewichtslast wird die seitliche Biegesteifigkeit durch den „Balkensäulen“-Effekt reduziert. Dieses Verhalten entspricht einer horizontalen Feder kombiniert mit einem NSM, sodass die horizontale Steifigkeit K=KS-KN ist und KN die Größe des Balkensäuleneffekts ist. Die horizontale Steifigkeit kann gegen Null gebracht werden, indem die Balkensäulen bis zu ihrer kritischen Knicklast belastet werden.

Abbildung 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schwingungsisolators mit negativer Steifigkeit, der die Isolatoren aus Abbildung 1 und 2 enthält. Ein Kippkissen dient als Kippbewegungsisolator. Eine vertikale Steifigkeitseinstellschraube wird verwendet, um die Kompressionskraft auf die Biegeelemente mit negativer Steifigkeit einzustellen und so die vertikale Steifigkeit zu ändern.

Mithilfe einer vertikalen Lasteinstellschraube können Sie unterschiedliche Gewichtslasten durch Anheben oder Absenken der Basis der Stützfeder anpassen, um die Biegeelemente in ihrer geraden, ungebogenen Betriebsposition zu halten. Diese Funktion kann in Einzelisolatorsystemen automatisiert werden und ermöglicht eine automatische Nivellierung in Mehrfachisolatorsystemen.

Ultimate Vibration Mitigation System Without the Need for Air or Electricity!

Untersuchungen haben ergeben, dass die MinusK NSM-Technologie eine weitaus bessere Lösung für die Anforderungen eines Plattenspielers an eine Schwingungsisolierung mit sechs Freiheitsgraden und ultraniedriger Eigenfrequenz darstellt.

Die Integration des MinusK NSM in ein Plattenspielerdesign ergibt die beste Resonanzisolationslösung, die je bei einem Plattenspieler zum Einsatz kam. Nahezu alle Spitzendesigns verwenden Federungssysteme, die auf raffinierten Anwendungen von Luft, Gummi, Federn, Kunststoff, Schaum, Luft oder Spikes basieren. Verglichen mit der Schwingungsdämpfungsleistung von NSM sind diese Lösungen weit unterlegen. Ein weiterer Vorteil ist, dass weder Luft noch Strom erforderlich waren, wodurch die Komplexität und die inhärenten Probleme, die mit diesen Designlösungen verbunden waren, eliminiert wurden.

Durch die gleichzeitige Entwicklung des Plattenspielerchassis mit der MinusK-Technologie konnten wir die „Übergangspunkte“ genau bestimmen, an denen die MinusK-Niederfrequenzisolation mit den Dämpfungs- und Steuerungssystemen für mittlere und höhere Frequenzen verbunden werden musste. Diese vollständige mechanische Integration führte zu einer besseren Leistung als das einfache Platzieren einer MinusK-Plattform unter einem nicht optimierten Plattenspieler.

TDS (Pre-Stress Accumulation and Release).

Einer der Haupteinflüsse bei der Tonwiedergabe von Vinylplatten sind mechanische Vibrationen. Schließlich sind Plattenspieler mechanische Geräte. Was wäre, wenn das Konzept einer „mechanischen Frequenzweiche“ erweitert werden könnte, um einen gleichmäßigen, kontinuierlichen Weg zu schaffen, der Vibrationen von kritischen Bereichen eines Plattenspielers wegleitet?

Die Plattformen Helix One und Two verwenden unsere proprietäre TDS-Lösung, die ein halbaktives Dämpfungssystem bildet, um den Grundrauschpegel des Gesamtsystems weiter zu senken. Diese Technologie verwendet eine Strategie zur Freigabe der Vorspannung (PAR), um Vibrationen im Gehäuse zu mildern, die durch Motorlager- und Plattenlagergeräusche verursacht werden. Diese Technologie schafft einen Weg des geringsten Widerstands für diese Vibrationen, leitet sie von den kritischen Signalpfadzonen weg und leitet die Energie ab.

Die Hauptquelle für die Energieableitung ist die Materialdämpfung von Vibrationen mit höherer Frequenz. Während die Reibungsableitung mithilfe von Schichtplatten mit Zwangseinschränkungen zum Systemgleichgewicht beiträgt, wurde jede Platte mithilfe der neuesten Methoden der Finite-Elemente-Analyse (FEA) und Finite-Elemente-Modellierung (FEM) in fortschrittlicher Software (COMSOL) entwickelt. Die Energiedissipationsbeiträge zum Zeitpunkt der Knotenaktivierung betragen etwa 80 % für die Materialdämpfung und 20 % für die Reibungsdissipation. Es gibt zusätzliche Dissipation, die nicht mit einem physikalischen Prozess verbunden ist (abgeleitet mithilfe von Hilber-Hughes-Taylor-Bewegungsberechnungen).

Eine wirksame Abschwächung solcher Vibrationen verbessert die Leistung jedes auf dem Tonarm montierten Tonabnehmers noch weiter. Diese halbaktive Magnettechnologie dämpft die letzten Reste von Geräuschen, die von vibrierenden Strukturen erzeugt werden. Das System benötigt weder Strom noch Servo-Feedback und hat eine größere Rückstellkraft als der physikalische Widerstand, der durch eine Nadel in der Rille verursacht wird. Dadurch wird das System geometrisch im Chassis fixiert, während die Tonarmbasis von Motor- und Lagergeräuschen isoliert wird. Diese Innovation wurde in den ersten Plattenspielerdesigns von Döhmann eingeführt, die 1985 erstmals kommerziell erhältlich waren, und wurde in den neuesten Helix-Chassisdesigns gründlich verfeinert. Das System ist praktisch ein adaptiver Stoßdämpfer und eine Steuerung für die Energiedissipation in einer flexiblen schwebenden Plattenstruktur.

Der Plattenteller ist mit einer Vorrichtung ausgestattet, die den relativen Schlupf zwischen den Plattenschichten einschränkt. Die lokal in der Struktur angesammelte Spannung wird freigegeben, sobald sie auftritt, was zur Umwandlung eines Teils der Spannungsenergie in die kinetische Energie lokaler, höherfrequenter Schwingungen führt. Diese höherfrequenten Schwingungen werden dann in schwere Dämpfungsmaterialien eingeleitet, die diese absorbieren und in Wärme umwandeln. Das Gleichgewicht wird schnell wiederhergestellt, damit die Struktur durch eine allmähliche Freigabe der Vorspannung, begleitet von der Reibungsableitung in den Kontaktflächen, in den Ausgangszustand zurückkehren kann. Diese Architektur wird als mechanische Frequenzweiche verwendet, um jedes Frequenzband selektiv zu reduzieren.

Das MinusK NSM-System absorbiert und isoliert niederfrequente Schwingungen bis zu 100 Hz und die mechanische Frequenzweiche verwendet dann die komplett eingeschränkten Plattenschichten, um Schwingungen im mittleren Frequenzband zu absorbieren. Höherfrequente Artefakte werden dann im PAR-System fokussiert und abgeführt. Aus dieser Methode lernen wir, dass Form und Gewicht der Komponenten das akustische Verhalten bei Vibration beeinflussen. Daher bestimmt die Auswahl der Materialien und der verwendeten Aufhängungselemente die Übergangsfrequenz und -wirksamkeit! Durch die Ausweitung des mechanischen Übergangskonzepts auf die Helix-Plattformen können auf der Infrastruktur physische Zonen definiert werden, die Vibrationen von Schlüsselbereichen (Plattenteller, Lager, Motor, Tonarme, Bodenmodi) weg lenken und so einen glatten, kontinuierlichen Weg schaffen, um Vibrationen von kritischen Bereichen des Plattenspielers wegzuleiten.

Die Helix-Plattformen wurden entwickelt, um niederfrequente Vibrationen, die vom Boden heraufkommen, mithilfe des MinusK NSM-Isolationssystems zu unterdrücken und höherfrequente Vibrationen, die durch Motorgeräusche erzeugt werden, über eine komplexe Kopplung an das Chassis vom Lager und Plattenteller wegzuleiten. Für diese höherfrequenten Vibrationen werden lokale Isolations-, Absorptions-, Umleitungs- und Unterdrückungstechnologien eingesetzt, einschließlich einer halbaktiven Entkopplung von Motorvibrationen. Helix-Plattenspieler wurden entwickelt, um in nicht idealen Umgebungen mit bodenbedingten Vibrationen einwandfrei zu funktionieren, wie z. B. in älteren Häusern mit Holzböden, oberen Stockwerken, Dachböden und allen externen Vibrationen, die durch Gebäude übertragen werden – sogar solche aus Beton, Stahl und Ziegeln.

Zum Einsatz kommen Mess- und Visualisierungstechniken, die es dem Döhmann-Ingenieurteam ermöglichen, diese Vibrationen im wirklichen Leben zu „sehen“, insbesondere, wie sie sich bewegen und wo sie sich unter realen Betriebsbedingungen auf einem Chassis „sammeln“.

HTAD (High Torque Adjustable Drive).

Die Präzisionsmotorenindustrie verändert sich rasch und setzt auf eine softwaregesteuerte Architektur. Die Helix-Technologie basiert auf den neuesten Entwicklungen bei Servoantriebssystemen im Submikrometerbereich für Präzisionsoptik und wurde von unserem Entwicklungsteam angepasst, um den Helix-Plattenspielern eine überlegene Bewegungssteuerung zu bieten. Das Helix-Motorsteuerungssystem ist ein digitaler Servo mit geschlossenem Regelkreis und einer Auflösung von über 16 Bit. Die absolute Positionsablesung erfolgt über 120.000 diskrete Positionen des Rotors pro Umdrehung. Der Motor dreht sich mehrere hundert Mal, um eine Umdrehung des Plattentellers zu erreichen, wodurch die Systemauflösung im Vergleich zu einer Direktantriebstopologie um eine Größenordnung erhöht wird.

Für Laien bedeutet dies, dass wir bei Plattentellergeschwindigkeiten von 33/45 U/min eine unglaublich hohe Anzahl von Prüfungen der Geschwindigkeitsstabilität pro Sekunde haben. Diese Informationen werden an einen sehr schnellen Mikroprozessor in der Servosteuerung weitergeleitet und unsere speziell geschriebene Software definiert dann die Steifigkeit und Ballistik des Systems sowie die Reaktionsfähigkeit des Servokreises. Verschiedene Trägheits-/Kraftverhältnisse können programmiert werden, um unterschiedliche Klangsignaturen und Klangdynamiken zu erzielen. Der Tisch kann je nach Servoprogrammierung wie ein Direktantrieb mit hohem Drehmoment oder wie ein untermotorisiertes Design mit niedrigem Drehmoment wirken. Die Drehmomentkraft kann an die Klangpalette angepasst und die Frequenz des Antriebs in Bereiche verschoben werden, die vom mechanischen Design und der Vibrationskontrolle besser gehandhabt werden.

Ein Rasten wird durch ein proprietäres Spulendesign verhindert, das den Motor auf verschwindend niedrige Vibrationspegel glättet. Unser Motordesignteam hat auf der Helix-Plattform extrem leise Motorgeräusche erzielt. Wir haben kein vergleichbares System gefunden, das ähnliche Ergebnisse erzielen kann. Die Geschwindigkeit ist werkseitig auf 33 und 45 eingestellt und muss im Normalbetrieb nicht angepasst werden. Wenn ein Benutzer jedoch die Referenzgeschwindigkeit anpassen möchte, ermöglicht eine Softwareanwendung über einen Computer die Anpassung. Es kann auch sicher mit unseren Servicetechnikern für Diagnosen und Firmware-/Software-Upgrades verbunden werden.

Der Sockel.

Der 120 mm (4 Zoll) große Sockel besteht aus CNC-präzisem Flugzeugaluminium und Strukturlegierungen und wiegt im zusammengebauten Zustand fast 50 kg (111 Pfund). Er ist durch eine Reihe ineinandergreifender Platten verbunden, die eng am MinusK-Aufhängungssystem anliegen und die Montage der Untersysteme wie Motor, Lager und Tonarmkombinationen ermöglichen. Eine Verbundglasplatte dient zum Ballastieren und Absenken des Schwerpunkts. Diese Glasplatte bietet visuellen Zugriff auf die MinusK-Aufhängung zur Leistungsüberwachung.

Der Plattenteller.

Der Plattenteller hat ein vierschichtiges Design und ist das Ergebnis langjähriger Forschung. Die Matte ist ein spezielles Elastomer mit einer Faserverstärkung, die aufgrund ihrer Dämpfungseigenschaften und ihrer Fähigkeit, die LP-Oberfläche unter Klemmdruck zu schützen, ausgewählt wurde. Der obere Plattenteller ist ein geformtes Verbundsandwich aus einer Grundplatte aus Aluminiumlegierung der 5000er-Serie und einer 10 mm dicken Verbundharzmatrix mit akustischen Brechungseigenschaften, die Vinyl ähneln. Diese ist mit einer Grundlegierungszusammensetzung der 5000er-Serie verbunden, die Magnesium, Mangan, Titan und Siliziumkarbid enthält. Diese Zusammensetzung wurde aufgrund ihres hohen Dämpfungskoeffizienten ausgewählt.

Der Plattenteller enthält einen Luftspalt zwischen dem oberen und unteren Plattenteller und wiegt 15 kg (33 Pfund). Der untere Plattenteller besteht aus einer Außenschale aus Aluminiumlegierung mit einem Metallmatrix-Verbundsystem im Inneren. Dies bietet die einzigartigen Eigenschaften einer erhöhten mechanischen Festigkeit sowie vorteilhafte Vibrationseigenschaften. Das Hybriddesign verwendet Aluminium 5083 als Grundmetall und Siliziumkarbid und andere Verbindungen als Verstärkungsmaterial. Die Zusammensetzung jedes Verstärkungsmaterials hat einen besonderen Einfluss auf die Dämpfungseigenschaften oder die mechanische Festigkeit. Während der Entwicklung wurden die Ergebnisse der Vibrationstests, die an dieser hybriden Aluminium-Metallmatrix-Verbundplatte durchgeführt wurden, sowie die Ergebnisse der computergestützten Analyse mithilfe von Software interpretiert, um das Dämpfungsverhältnis, die Frequenz, die Stärke, den Phasenwinkel und letztendlich das dynamische Verhalten der in dieser Anwendung verwendeten Verbundmaterialien effektiv zu bestimmen.

Helix-Plattenspieler verwenden einen Kantendämpfungsring, der den Plattenteller und die LP-Kante dämpft, sowie eine Dämpfungsmatte als Schnittstelle zur LP. Die Spindel/das Spindelgehäuse ist auf hohe Zuverlässigkeit und extrem geräuscharmen Betrieb ausgelegt. Speziell hergestellter maragender Stahl wird verwendet, um die gewünschte Präzision und geringe Wärme- und Biegeeigenschaften zu erzielen. An der Unterseite der Spindel befindet sich eine Keramikkugel, die für einen störungsfreien Betrieb auf einem leisen Druckstück sorgt. Das Hightech-Schmiersystem stammt aus dem Bereich der Luftfahrttechnik.

Die Details.

Die Plattenklemme

Die Plattenklemme ist für eine einfache Handhabung konzipiert und sichert die LP effektiv auf der Plattenoberfläche und glättet selbst starke Verformungen bei LP’s schlechter Qualität.
Die Klemme ist mehrteilig und weist daher ein geringeres Schadensrisiko auf, falls ein Benutzer die Klemme während des Betriebs versehentlich auf eine LP fallen lässt.

Der Motor und die Riemen

Es wird ein in der Schweiz hergestellter Präzisions-Einspindelmotor mit hohem Drehmoment und Null-Rastspiel verwendet. Der Motor kann bis zu 100 Watt Leistung für die anspruchsvollsten Steuerungsanforderungen liefern. Durch den Einsatz einer hochentwickelten Steuerungssoftware wird das Riemensystem sanft gestartet und zum Stillstand gebracht, um vorzeitigen Verschleiß zu vermeiden. Die Geschwindigkeiten sind werkseitig eingestellt und hochpräzise. Die Helix One-Serie verfügt über eine Geschwindigkeitsanpassungsfunktion an der PowerBase für die abschließende Feinabstimmung im Raum. Diese wird verwendet, um die realen Geschwindigkeitsschwankungen auszugleichen, die durch Temperatur, Feuchtigkeit, Schmiervariablen usw. verursacht werden.

Für eine stabile Antriebsübertragung sind zwei hochdämpfende O-Ring-Riemen vorgesehen. Die Verwendung von zwei Riemen ist eine Innovation von Döhmann Audio.

Das Armboard

Der Helix One bietet zwei Armboards (für Doppelarme), die abnehmbar sind und für die meisten handelsüblichen Arme vorgebohrt oder für die spätere Verwendung leer gelassen werden können, und der Helix Two bietet eine Armboard-Einrichtung. Die Armboards können bei montierten Armen extern angebracht oder entfernt werden. Eine Demontage und Neukalibrierung ist nicht erforderlich. Das Chassis hat an der Unterseite einen gedämpften röhrenförmigen Querschnitt, der die Armboards präzise in Bezug auf Lager und Plattenteller positioniert. Dies ergibt ein sehr starres System mit minimaler Biegung und Bewegung.