Aus der Tiefe des Raumes - das Raumnadelsystem

Seit ich mich mit High Fidelity und der Musikwiedergabe beschäftige, begleitet mich neben dem "normalen" Kauf auch der Selbstbau von Audiokomponenten. Die ersten selbstgebauten Sachen waren natürlich, wie bei vielen anderen Selberbauern, Lautsprecher. Später kamen dann Verstärker, Plattenspieler und auch Tonarme hinzu.

Nun stieß vor einiger Zeit bereits auf die Homepage von Jochen Soppa:

www.schiller-phono.de.

(Leider nicht mehr online, nur noch über die Archivseite zu ereichen).
Herr Soppa ist gerade im Bereich Plattenspieler und Tonarme ein begeisterter Selberbauer, sogar an die Modifikation von Tonabnehmern traute er sich heran. Eine sehr empfehlenswerte Seite!
Ich war sofort fasziniert von seinem "Raumnadel System"!

Problemstellung
Ging es doch auf einen wesentlichen Nachteil konventioneller Tonabnehmersysteme ein - den Nadelträger. "Wieso der Nadelträger?" wird man da fragen. Der ist schließlich bei allen Systemen vorhanden und führt vorne den Abtastdiamanten. Und an seinem anderen Ende hinter der elastischen Aufhängung sitzen je nach Aufführung entweder Magnete oder kleine Spulen für die Erzeugung der Ausgangsspannung. Ist da nicht der Schliff des Abtastdiamanten oder das Material des Nadelträgers wichtiger als die Form desselben? Oder auch die gesamte bewegte Masse?

Ja, auch… aber gleichzeitig hat der Nadelträger einen großen Nachteil - er ist ein einfacher Stab. Und jeder kann das aus seinen eigenen Erfahrungen nachvollziehen. Ein dünner Stab, der zu Schwingungen angeregt wird, schwingt nicht nur einfach, sondern verformt sich auch dabei. Und diese Verformung ist im Falle des Nadelträgers nichts andere als die Verfälschung des Musiksignals, welches vom Abtastdiamanten geliefert wird. Natürlich sind sich auch die Hersteller der Tonabnehmersysteme darüber klar. Aus diesem Grund gibt es auch an dieser Stelle die verschiedensten Lösungen, um den Nadelträger zu versteifen. Sei es das Material Bor anstatt Aluminium oder auch Nadelträger aus Diamant, wie z.B. bei der Firma Dynavector. Oder auch konisch geformte Exemplare. Nicht zu vergessen die DECCA London Systeme mit ihrem Nadelträgerstummel, der durch einen Faden fixiert wird.

Auch die Firma Shure hat das Problem schon in den 70er Jahren erkannt und dazu etliche Untersuchungen angestellt. Auch Lösungsansätze wurden erarbeitet, aber nie in letzter Konsequenz umgesetzt. An der grundsätzlichen Problematik hat sich nicht viel geändert.

Erste Untersuchung für einen Nadelträger für das Shure V15IV

Verformung des Nadelträgers unter Last
Quelle Bilder: (Shure)

Lösungsansatz
Und darum ist der Ansatz beim Raumnadelsystem ein vollkommen anderer. Und als Maschinenbauer waren mir die Vorteile der Konstruktion sofort klar.

Durch die Anbringung von zwei zusätzlichen Verstrebungen am Nadelträger wird aus dem einfachen Stab ein stabiles "Dreibein". Eine typische Gitterkonstruktion, wie man sie auch jeden Tag bei Baukränen oder auch Eisenbahnbrücken sieht. Mit wenig Materialeinsatz ein geradezu unglaublich stabiles Gebilde, bei denen die einzelnen Stäbe nur noch Zug - und Druckkräfte aufnehmen müssen und nebenbei auch sehr leicht zu berechnen sind. Verwindungen der Stäbe finden nur noch im Fall der Überlastung statt, dieser ist aber durch die spezielle Konstruktion in ganz andere Bereiche verschoben.

Selbst machen bringt Erkenntnis
Nun hat Jochen Soppa seine Modifikation der Tonabnehmersysteme nur zu seinem eigenen Vergnügen gemacht. Er verkauft sie nicht und hat nur einige Systeme an Freunde verschenkt. Aber er hat auf seiner Webseite gute Hinweise zum Umbau beschrieben.

Und weil es eigentlich ein geringes finanzielles Risiko ist, ein preiswertes System wie das Audio Technika VM 95 E zu bearbeiten, habe ich mich einfach mal an diese Arbeit herangetraut. Klanglich ist dieses preiswerte System als Basis sehr gut geeignet. Es wird über lange Jahre produziert und immer wieder sorgsam optimiert. Man wundert sich schon mal, wenn man manche Einsteigersysteme bekannter Marken ansieht - Vielfach steckt da ein Audio Technika VM 95 E mit anderer Farbe und Aufdruck drin. Und mit teilweise auch viel höheren Preisen.

Und nicht zuletzt haben mich die Beschreibungen von Jochen Soppa auch sehr neugierig gemacht. Ein Gefühl, welches wohl jeder von uns ewig Suchenden kennt.
Um es vorwegzusagen - das ist keine Arbeit für jemand, der schnell die Geduld verliert. Die Frustrationsgrenze ist da ganz nah! Auch eine sehr ruhige Hand ist wichtig. Zu den wichtigsten Werkzeugen zählen auch ein gutes Stereomikroskop oder mindestens ein gute Uhrmacherlupe. Elektronische Mikroskope mit Bildschirm gehen zwar auch, ich persönlich finde das Arbeiten damit aber anstrengender, weil man nur einen zweidimensionalen Eindruck des Arbeitsumfeldes hat. Außerdem machen sich die minimalen Verzögerungen für die Signalverarbeitung im Gerät negativ bemerkbar. Deswegen bevorzuge ich die "analoge" Vergrößerung. Bei manchen Arbeitsgängen (Schleifen der Kohlefaserstäbe) verwende ich wegen dem größeren Sichtfeld aber auch das elektronische Mikroskop. Eine sehr gute antistatische Pinzette ist auch unabdingbar - bei den kleinen Teilen ist statische Aufladung ein sehr störender Faktor.

Weiterhin braucht man einen kleinen Schnellläufer von Proxxon oder Dremel mit entsprechenden kleinen und feinen Schleifscheiben. Ein sehr scharfes Skalpell ist ebenfalls notwendig. Kleine Klemmvorrichtungen oder Miniaturschraubstöcke leisten gute Hilfe beim Arbeiten.
Als Kleber benötigt man UHU Endfest 300 oder UHU 5 Minuten Kleber.

Als Versteifungsstreben werden Kohlefaserstäbe mit einem Durchmesser von 0,28mm verwendet. Diese bekommt man sehr preiswert bei Conrad Electronic.
Und man benötigt natürlich ein "Opfer" für seine Versuche - besser mehrere VM 95 E oder mehrere Nadeleinschübe dafür.

How to

Wichtig: Gerade bei den Schleifarbeiten immer auf persönliche Schutzausrüstung achten, eine FFP2 Maske und eine Schutzbrille sollte man bei den feinen Kohlefaserpartikeln auf jeden Fall tragen. Ein sehr sauberer Arbeitsplatz ist auch wichtig - ich lege zusätzlich noch immer ein A2 großes weißes Blatt Papier unter, damit man die kleinen Teile auch wiederfinden kann, wenn sie aus der Pinzette fallen.

Großer Arbeitsplatz für kleinste Teile

Zuerst müssen die Kohlefaserstäbe auf ein Maß von ca. 4,5 bis 5 mm abgeschnitten werden. Das kann mit Hilfe einer kleinen Trennscheibe für den Dremel erfolgen. Oder mit Hilfe des Skalpells, und zwar so, dass man mit der Schneide den Kohlefaserstab unter der Schneide hin - und her rollt, bis er abgeschnitten wird. Das Kürzen mit einem Seitenschneider funktioniert leider nicht - dabei splittern die Fasern des Stabes und er ist nicht mehr zu gebrauchen. Übrigens ruhig ein paar mehr Stäbe abschneiden, im Laufe der Bearbeitung gehen durchaus welche kaputt oder werden nicht mehr wiedergefunden…

Im Anschluss werden die abgeschnittenen Stäbe an der Schleifscheibe in einem Winkel von ca. 15 Grad angeschliffen. Man muss nicht unbedingt ein teures Präzisionsspannfutter zum Schleifen einsetzten, die Pinzette tut es auch. Mit dem Spannfutter hat man etwas mehr Kontrolle bei der Handhabung.

Damit man mal eine Vorstellung von der "Größe" bekommt.

Die Vorarbeiten sind nun erledigt.

Nun geht es darum, die Kohlefaserstäbe an den Nadelträger anzukleben. Dazu den Kleber gemäß Anleitung mixen und wirklich gut mischen. Bei UHU 5 Minuten Kleber muss man sich danach etwas beeilen, ansonsten rate ich zu UHU Endfest 300, dort ist die Offenzeit länger. Jetzt nimmt man die Gekürzten und geschliffenen Kohlefaserstäbe mit der Pinzette auf und tippt die Schräge und das Ende der Stäbe nur ganz leicht in den Kleber. Anschließend werden die Stäbe, wie auf den Fotos dargestellt, an den Nadelträger und an die Nadelträgeraufnahme angebracht.
Aufpassen! Es darf kein Kleber an den Lagergummi kommen!



Fertig verklebte Raumnadel

Abschließend lassen sich noch kleine Lagekorrekturen vornehmen. Ab jetzt sollte der Nadeleinschub zwei Tage nicht mehr angerührt werden, damit der Kleber vollständig durchhärtet. Und dann lässt sich endlich das Ergebnis der Mühen anhören.

Und was bringt das alles klanglich?
Ich habe bei meiner ersten Raumnadelumrüstung tatsächlich mit dem Anhören gewartet, bis sich zwei Freunde eingefunden haben. Ich wollte nicht schon voreingenommen sein und den beiden suggerieren, worauf sie "zu achten" haben. Ist bei "amtlichen" Vorführungen ja sehr beliebt!
Als Testanlage diente die kleine Anlage in meinem Arbeitszimmer. Es sollte auch ausprobiert werden, ob man evtl. Unterschiede auch mit einer Anlage, die klanglich nicht an die Wohnzimmeranlage mit Avantgarde Hörnern und Octave Röhrenverstärker heranreicht, wahrnehmen kann. Um es vorwegzunehmen - man kann es, und wie…
Ich habe meinen Freunden zwar gesagt, dass wir einen Vergleich machen, aber was genau verglichen werden sollte, habe ich nicht erwähnt.
Als Quelle kam ein Direktschnitt aus den Emil Berliner Studios zum Einsatz, die Platte selbst spielt jetzt erst mal keine Rolle. Mir persönlich sind auch die meist sehr detaillierten Klangbeschreibungen in Zeitschriften sowas von egal, weil ich die dort verwendete Musik ohnehin nicht habe oder vielleicht auch nicht mag. Mir sind generelle Aussagen zur Charakteristik des Klangs viel lieber, dafür muss ich nicht wissen, was gerade auf dem Plattenteller liegt. Aber Andere dürfen das gerne anders sehen.

Nach ein paar einleitenden Worten begann schließlich der Hörtest. Zuerst war ein normaler Nadeleinschub mit elliptischer Nadel im VM 95 montiert. Wir hörten uns ein Stück der Platte in ganzer Länge an, danach tauschte ich den Nadeleinschub gegen den Raumnadeleinschub aus. Ich muß gestehen, nicht nur mir klappte beim Anhören der Platte der Unterkiefer nach unten. Nicht nur im Bassbereich klang es deutlich voluminöser und trotzdem präziser, auch im Mittelhochtonbereich wurde die Wiedergabe klarer und geschmeidiger. Und das waren keine kleinen Unterschiede, die man mit großer Konzentration erahnen konnte, sondern deutlich zu hören bekam. Auch beim mehrmaligen Wechseln der Nadeleinschübe und anderen Schallplatten blieb der positive Effekt des Raumnadelsystems immer gleich. Also ein voller Erfolg.
Ein paar Tage später führte ich das Raumnadelsystem meinem Freund Heiko Lange (Chefentwickler bei Alders & Lange) vor, er meinte nur, "das hört sich locker viermal so teuer an". Wir verglichen es auch mit der Shibatanadel, die er mitgebracht hatte. Diese löste zwar im Hochtonbereich noch besser auf, sie war im Bassbereich aber tatsächlich etwas ausgedünnt.

Und nun?

Also alles paletti? In der Fidelity Nr. 7 von 2018 wurde das Raumnadelsystem vom Redakteur Uwe Heckers angehört und besprochen. Dabei kam es nicht so gut weg, wie sich es mir und meinen Freunden darstellte. Da wurde vorn fehlender Lebendigkeit geredet, die das Originalsystem angeblich so beliebt macht. Meiner Meinung eher ein Versuch, etwas kleinzureden, was eigentlich aus Sicht der Hifi Zeitschriften nicht sein darf - mit wenig Aufwand und Geld ein Produkt so zu verbessern, dass es auch teureren Systemen Paroli bieten kann. Natürlich behaupte ich jetzt auch nicht, dass das Raumnadel VM95 jetzt alle teuren Tonabnehmer obsolet macht. Allein im Vergleich zu meinem Ortofon 2M Black hört man schon, dass es da noch große Unterschiede gibt. Aber tatsächlich sind die Verbesserungen so substanziell, dass die modifizierte Variante schon viele Hörer vollkommen befriedigen dürfte. Und nicht zu vergessen: Wir reden hier von einem 50 Euro System, welches für Zusatzkosten von ca. 5 Euro auf einen ganz anderen Level gebracht wird. Mit der Befriedigung, es selbst gemacht zu haben - das gibt es umsonst dazu.

Doch ich will es manchmal noch genauer wissen, mein Freund Heiko auch. Also haben wir uns daran gemacht, das System messtechnisch zu untersuchen. Zuerst die einfachen Sachen - wie stark wurden die bewegten Massen verändert durch die zusätzlichen Streben und den Klebstoff? Rechnerisch ergeben sich aus den Abmessungen und Dichten der Kohlefaserstäbe und des Klebers näherungsweise 0,9 Milligramm zusätzliche Masse bei gegebener Masse des Nadelträgers von 13,7 Milligramm (Nadelträger, Magnete, Diamant und Nadelträgeraufnahme aus Kunststoff). Gemessen mit einer Präzisionswaage mit 1/tausendstel Gramm Auflösung ergeben sich 370 Milligramm (Raumnadel) zu 369 Milligramm (Serie) Gesamtgewicht des Nadeleinschubs. Also eine Differenz von gerade mal 1 Milligramm. Was auch recht gut zu der rechnerisch ermittelten Masse passt.

Tabelle Massezuwachs

Anschließend wurden zwei VM95 E-Serienadeln und zwei VM95 E-Raumnadeln mit einem VM95 S (Shibata Schliff) mit einem QuantAsylum QA403 Audio Analyzer auf Verzerrungswerte bei 100, 315 und 3150 Hz bei Auslenkungen von bis zu 85µ verglichen.

Testanlage:
Thorens TD206 mit modifizierter Zarge mit TP92 Tonarm und Audio Technica VM95 Testbody,
Phonovorverstärker Alders & Lange Vinyl-Engine,
Akustische Kontrolle mit:
Kopfhörerverstärker Alders & Lange Headman,
Kopfhörer Hifiman Audivina, Hifiman Sundara, Dan Clark Aeon 2, Neumann NDH 20

Verwendete Testschallplatten
Hifi Test von Erato
Seite 1
Band 2 Abtasttest Tiefen
100 Hz, 55µ
Band 8 Abtasttest Tiefen
300Hz, 45µ, 68µ, 85µ
Tacet AAA Version
3150Hz Gleichlaufsignal 5cm/s Schnelle

QuantAsylum QA403 Audio Analyzer Bildschirmansicht (hier Seriennadelträger mit elliptischer Nadel. 300Hz85µ)

Bei allen Testmustern wurden fünf verschiedene Messpunkte überprüft.
100Hz/ 55µ, 300Hz/45µ, 300Hz/68µ, 300Hz/85µ und 3150Hz/5cm/s Schnelle
Die Auswahl erfolgte nach den zur Verfügung stehenden Messplatten und unseren Annahmen, wo evtl. die größten Unterschiede zu messen sind. Ermittelt wurden die Gesamtverzerrungswerte, gemittelt über jeweils 5 Messdurchgänge. Bei den jeweils zwei baugleichen Nadeln (Serie und Raumnadel) wurden die Messwerte ebenfalls gemittelt.

Ergebnisse
Erstaunlich war auf jeden Fall, dass sich im Bereich von 100Hz/55µ nur geringe Unterschiede zwischen Seriensystem mit elliptischer Nadel, Raumnadelsystem und Shibatanadel erkennen ließen.
Tatsächlich waren die Seriensysteme sogar etwas besser als die beiden anderen Systeme.
Im Bereich um 300Hz wurden die Unterschiede aber dann größer, hier zeigte sich eine Verbesserung des Raumnadelsystems gegenüber dem Seriensystem. Die Shibatanadel wiederum lieferte die geringsten Verzerrungen.
Im Bereich von 3150Hz wurde die Tendenz noch deutlicher, auch hier hatten die Raumnadelsysteme bessere Verzerrungswerte als die Seriensysteme. Die Shibatanadel glänzte hier aber mit besonders niedrigen Verzerrungswerten, das wahrscheinlich wegen dem "scharfen" Nadelschliff, der bei höheren Frequenzen sicher Vorteile bietet.
Im Ganzen hatte das Raumnadelsystem tatsächlich die besseren Werte gegenüber dem Seriensystem. Es ist zwar nicht so gut wie das System mit der Shibatanadel, aber dieses kostet auch rund viermal so viel wie das System mit elliptischer Nadel.

Verzerrungsspektrum Seriennadel 45µ

Verzerrungsspektrum Raumnadel 45µ - K2 ca. 4dB geringer als Serie, K3 ist bei beiden Nadeln gleich

Verzerrungen der einzelnen Nadelträger und Schliffe im Vergleich (Balkendiagramm)

Verzerrungen der einzelnen Nadelträger und Schliffe im Vergleich (Liniendiagramm)

Tabelle Verbesserung Gesamtverzerrungen THD in % (relativ zur Seriennadel)

Verbesserungen der Gesamtverzerrungen im Vergleich zu Seriensystem mit elliptischer Nadel

Fazit:

Tatsächlich sind zwischen den verschiedenen Systemen hörbare und messtechnische Unterschiede auszumachen. Auch wenn die besseren Verzerrungswerte des Raumnadelsystems gegenüber dem Seriensystem mit dem subjektiv besseren Klang der Raumnadel korrelieren, so werde ich mich hüten, hier einen kausalen Zusammenhang zu postulieren. So weit lehne ich mich aus gutem Grund nicht aus dem Fenster - sicher gibt es noch andere Einflussfaktoren.

Für mich zählt in erster Linie das hörbare Ergebnis, und das gefällt mir und Anderen sehr gut. Sicher werde ich in der Richtung auch noch mehr experimentieren, es macht schließlich auch sehr viel Spaß.

Ich kann allen Interessierten nur raten, wenn möglich, selbst auch mal solche Experimente zu machen. Dümmer wird man dadurch nicht, eher bekommt man ganz neue Erkenntnisse. Und der Aufwand hält sich tatsächlich in Grenzen, ebenso das finanzielle Risiko.

Und die Freude am Experimentieren gibt es noch ganz umsonst dazu.