The Art of Cartridge Vibration: It’s All About the Wobble

The Art of Cartridge Vibration: It’s All About the Wobble

카트리지 진동의 예술: 중요한 것은 흔들림이다.

September 4, 2024

Matej Isak

monoandstereo.com

 

Benny Audio writes: “At the heart of a phono cartridge’s operation lies a simple yet fascinating phenomenon: electromagnetic induction, born from the vibrations of a coil relative to a magnet (in MC cartridges) or a magnet within a coil (in MM cartridges). Now, I’m not going to bore you with the basics of MM and MC cartridges—you can read up on that anywhere. Let’s skip ahead to the good stuff.

 

Benny Audio는 이렇게 썼습니다: "포노 카트리지의 작동 원리의 핵심에는 단순하지만 흥미로운 현상이 있습니다. 바로 코일이 자석에 상대적으로 진동할 때 발생하는 전자기 유도입니다(MC 카트리지의 경우) 또는 코일 안에서 자석이 진동하는 경우입니다(MM 카트리지의 경우). MM과 MC 카트리지의 기본에 대해서는 여기서 지루하게 설명하지 않겠습니다 - 어디서든 그 내용을 찾아볼 수 있으니까요. 이제 본격적인 이야기로 넘어가 보죠."

The generator sits at the end of the cantilever, with the stylus attached at the other end. The shape of the stylus tip is crucial, but that’s a topic for another day. As the stylus moves within the groove of a vinyl record, it wiggles left and right as well as up and down, according to the 45-45 stereo groove concept. To simplify: the left-right movement controls amplitude, while the up-down movement corresponds to the left or right channel.

This motion of the stylus makes the cantilever dance, and this dance is what generates the electrical signal we ultimately hear as music.

So, it turns out that the magic of a phono cartridge all comes down to vibrations—these are the unsung heroes of the sound we hear, the very essence of the cartridge’s function.

Since we are dealing with vibrations, the mass of the vibrating system (cantilever, generator) and the damping of their movement are crucial. The greater the mass, the more sluggish the movement becomes (note that, as it turns out, MC cartridges are heavier), which results in less dynamic and generally less detailed sound. On the other hand, we have damping forces like the magnetic field (thanks for the comment), which negatively affect the signal quality in the case of MM cartridges.

Another key player in the cartridge’s performance is the cantilever suspension, which, unfortunately, has a finite lifespan. Unlike other components, you can’t just replace this part, which is why cartridges come with a manufacturer’s recommended playtime (500, 1000, or up to 3000 hours in practice). For context, 1000 hours of play equates to roughly 1200 km if you calculate 20 minutes per record side = 400 meters of groove.

The suspension wears out, but the cantilever itself doesn’t. However, hold on—integral to the cantilever is the stylus. What’s its deal? The stylus is diamond-tipped, and compared to the vinyl grooves, it’s as tough as a knife cutting through butter. Yet, despite this hardness, the stylus does wear out. I had to change my view on this after examining photos of new versus worn styli. The wear, especially at the contact points with the record groove, was clearly visible on the used stylus. It’s also worth noting how tiny a portion of the stylus actually engages with the groove.

Beyond normal wear, the stylus can be damaged or severely dirtied. I’m sharing photos of a new stylus, a worn stylus, and a dirty vs. clean stylus with permission from Dr. Bogusław Ziębowicz, a fellow vinyl and music enthusiast.

 

발전기는 캐치리버 끝에 위치하고, 반대쪽 끝에는 바늘이 부착되어 있습니다. 바늘 끝의 모양은 매우 중요하지만, 그건 다음에 다룰 주제입니다. 바늘이 비닐 레코드의 홈을 따라 움직일 때, 좌우뿐만 아니라 위아래로도 움직이는데, 이는 45-45 스테레오 홈 개념에 따른 것입니다. 간단히 말하면, 좌우 움직임은 진폭을 조절하고, 위아래 움직임은 좌우 채널에 해당합니다.

 

이러한 바늘의 움직임은 캔틸레버를 춤추게 만드는데, 이 춤이 결국 우리가 음악으로 듣게 되는 전기 신호를 생성합니다.

결국, 포노 카트리지의 마법은 모두 진동에 달려 있습니다. 진동은 우리가 듣는 소리의 숨은 영웅이자, 카트리지 기능의 핵심입니다.

 

우리가 진동을 다루고 있는 만큼, 진동하는 시스템(캔틸레버, 발전기)의 질량과 그들의 움직임을 억제하는 댐핑이 매우 중요합니다. 질량이 클수록 움직임은 더 둔해집니다(참고로, MC 카트리지가 더 무겁다는 사실도 알게 되었죠), 이는 더 적은 다이내믹과 전반적으로 덜 세밀한 소리를 만들어냅니다. 반면, MM 카트리지의 경우 자기장과 같은 댐핑력(지적에 감사드려요)이 신호 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.

 

카트리지 성능에서 또 다른 중요한 요소는 캔틸레버 서스펜션인데, 아쉽게도 이것은 수명이 한정되어 있습니다. 다른 부품들과 달리 이 부분은 교체할 수 없어서, 제조업체가 권장하는 재생 시간을 따를 수밖에 없습니다(실제로는 500, 1000, 또는 최대 3000시간까지 사용 가능합니다). 참고로 1000시간의 재생 시간은 대략 1200km에 해당하는데, 이는 한 면에 20분씩 계산하면 홈 길이로는 400m 정도입니다.

 

서스펜션은 마모되지만, 캔틸레버 자체는 그렇지 않습니다. 하지만 잠깐, 캔틸레버에 중요한 바늘이 있죠. 이 바늘은 다이아몬드 팁으로 되어 있어 비닐 홈과 비교했을 때 마치 칼이 버터를 자르는 것처럼 단단합니다. 하지만 이렇게 단단함에도 불구하고 바늘은 마모됩니다. 새 바늘과 사용된 바늘의 사진을 보고 나서야 이 부분에 대한 제 생각을 바꿨습니다. 사용된 바늘에서는 레코드 홈과의 접촉 부분에서 마모가 뚜렷하게 보였습니다. 또한, 바늘의 극히 작은 부분만 실제로 홈과 접촉한다는 것도 주목할 만합니다.

 

정상적인 마모 외에도 바늘은 손상되거나 심하게 더러워질 수 있습니다. 저는 새 바늘, 사용된 바늘, 깨끗한 바늘과 더러운 바늘의 사진을 바이닐과 음악 애호가인 Bogusław Ziębowicz 박사의 허가를 받아 공유하고 있습니다. 

 

 

 

Now, a bit of a side note: If the cantilever suspension wears out, why do people go to such lengths to revive heavily used cartridges, replacing cantilevers and styli? And why replace them with parts that the cartridge designer never intended? It’s like putting F1 racing suspension on an off-road vehicle. Or buying a car with a shot suspension but shiny new rims and tires. I know I’m stepping on toes here.

By now, it’s clear that the source of our audiophile pleasure—those analog vibrations—has a dark side. After generating the signal, there’s a ton of leftover energy that needs to go somewhere. According to the law of conservation of energy, it can’t just disappear. It might turn into heat or, you guessed it, more vibrations.

As cartridge prices climb, manufacturers pay increasing attention to the problem of excess vibrations. They use different body shapes and materials, and some even (though I disagree with this approach) employ dampers. All of this is to channel the excess energy from the cantilever’s motion properly. If this energy isn’t managed within the cartridge and its body, we risk dealing with unwanted vibrations—or worse, resonances, where vibrations spike suddenly at specific frequencies.

When these unwanted vibrations occur, they mix with the intended vibrations (from the record groove), leading to a distorted, resonance-tainted sound.

So, how do we ensure that no unwanted vibrations or resonances creep into the cartridge during playback? How do we make sure that the sound we hear is purely the signal from the record?

Tune in for the next installment to find out!

 

이제 잠깐 곁다리 이야기를 해보죠. 캔틸레버 서스펜션이 마모된다면, 왜 사람들은 심하게 사용된 카트리지를 복구하려고 그렇게 애를 쓰는 걸까요? 캔틸레버와 바늘을 교체하면서, 원래 카트리지 디자이너가 의도하지 않은 부품들로 대체하는 이유는 뭘까요? 이건 마치 F1 레이싱 서스펜션을 오프로드 차량에 장착하는 것과 같습니다. 혹은 서스펜션이 망가진 차에 새 빛나는 휠과 타이어를 달아 놓는 것과도 같죠. 이 말이 누군가의 기분을 상하게 할 수도 있다는 건 알지만요.

 

이제는 분명해졌죠. 우리가 즐기는 아날로그 진동—즉, 오디오 애호가들이 사랑하는 그 소리—에도 어두운 면이 있다는 사실 말이에요. 신호를 생성한 후에는 처리해야 할 잔여 에너지가 엄청나게 많이 남습니다. 에너지 보존 법칙에 따르면 그 에너지는 그냥 사라질 수 없죠. 열로 변하거나, 짐작했겠지만, 더 많은 진동으로 변할 수 있습니다.

 

카트리지 가격이 오를수록 제조사들은 잉여 진동 문제에 더 많은 관심을 기울입니다. 그들은 다양한 바디 모양과 재료를 사용하고, 일부는 (저는 이 접근 방식에 동의하지 않지만) 댐퍼까지 사용합니다. 이 모든 것은 캔틸레버의 움직임에서 발생하는 잉여 에너지를 적절히 처리하기 위함이죠. 이 에너지가 카트리지와 그 바디 내에서 제대로 관리되지 않으면, 우리는 원치 않는 진동—혹은 특정 주파수에서 갑작스럽게 진동이 폭증하는 공명 현상—에 직면할 위험이 있습니다.

 

이러한 원치 않는 진동이 발생하면, 기록된 홈에서 나오는 의도된 진동과 섞여 공명으로 오염된 왜곡된 소리를 만들어냅니다.

 

그렇다면, 어떻게 하면 재생 중에 원치 않는 진동이나 공명이 카트리지에 스며들지 않게 할 수 있을까요? 어떻게 해야 우리가 듣는 소리가 레코드에서 나오는 순수한 신호일 수 있을까요?

 

다음 이야기를 기대해 주세요!

 

 

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