Which Is More Important: The Tonearm or the Cartridge?

Which Is More Important: The Tonearm or the Cartridge?

September 18, 2024 Matej Isak

 

 

Benny Audio writes: “In my previous article, I focused on the construction of a phono cartridge, concentrating primarily on what I consider the most critical issue affecting cartridges—vibration. The more expensive the cartridge, the more attention is given to this issue. This is a straightforward conclusion drawn from analyzing descriptions of high-end designs.

 

Along the way, I received some criticism, and rightfully so. Feedback from cartridge manufacturers made me realize how little I actually know about them. The proper functioning of a phono cartridge is highly complex and is not solely about vibrations. This knowledge is held by designers, and it’s understandable that they do not readily disclose their solutions.

As a result, cartridges are often designed without much consideration for tonearms, as if the tonearm were not crucial in the process. Of course, the tonearm is supposed to ensure proper guidance of the cartridge, correct geometry, and so on, but we still do not fully understand its role.

 

Benny Audio는 이렇게 씁니다: “이전 기사에서는 포노 카트리지의 구조에 집중하며, 제가 카트리지에 가장 중요한 문제로 여기는 진동에 대해 주로 다뤘습니다. 카트리지가 비쌀수록 이 문제에 더 많은 주의를 기울입니다. 이는 고급 설계의 설명을 분석한 결과 얻은 명확한 결론입니다.

 

그러나 그 과정에서 비판을 받았고, 그 비판은 정당했습니다. 카트리지 제조업체들의 피드백을 통해 내가 이들에 대해 얼마나 적게 알고 있었는지 깨달았습니다. 포노 카트리지가 제대로 작동하려면 매우 복잡한 요인들이 작용하며, 단순히 진동 문제만이 전부는 아닙니다. 이 지식은 설계자들이 가지고 있으며, 그들이 그들의 해결책을 쉽게 공개하지 않는 이유도 이해할 수 있습니다.

 

그 결과, 카트리지는 종종 톤암을 크게 고려하지 않고 설계되는데, 이는 톤암이 과정에서 중요한 역할을 하지 않는 것처럼 보이게 합니다. 물론 톤암은 카트리지가 올바르게 안내되도록 하고, 정확한 기하학적 설정 등을 보장해야 하지만, 우리는 여전히 그 역할을 완전히 이해하지 못하고 있습니다.”

 

 

Tonearm manufacturers also protect their know-how and rarely discuss how their tonearms work or why they function as they do (though a few key ones are more open). They may boast about having the best, reference-quality tonearm, but that’s about it. They let us focus on the visual aspects rather than the mechanics.

This creates a somewhat challenging relationship between tonearms and cartridges. Usually, this relationship is tested experimentally—pairing cartridge X with tonearm Y and then listening to the results. This is something I did myself when designing my first tonearms.

It turned out that sometimes the sound was unstable (I mentioned earlier that the tonearm has a significant impact on wow and flutter, measured with a test record), sometimes there were issues with the highs, sometimes with the lows, or the midrange was overly emphasized. All of this occurred with the same cartridge after only minor changes to the tonearm.

The conclusion is clear—the tonearm has a huge impact on the performance of the cartridge.

 

톤암 제조업체들 또한 자신들의 노하우를 보호하며, 그들의 톤암이 어떻게 작동하는지 또는 왜 그렇게 작동하는지를 거의 논의하지 않습니다(다만 몇몇 주요 업체들은 더 개방적이긴 합니다). 그들은 자사 톤암이 최고 수준의 레퍼런스 품질이라고 자랑할 수 있지만, 그 정도에 그칩니다. 시각적 측면에 더 집중하게 만들고, 기계적인 부분에 대해서는 잘 이야기하지 않죠.

 

이로 인해 톤암과 카트리지 사이에는 다소 까다로운 관계가 형성됩니다. 보통 이 관계는 실험적으로 테스트되는데, 카트리지 X와 톤암 Y를 조합해 보고 그 결과를 들어보는 방식입니다. 이는 제가 처음 톤암을 설계할 때 직접 해봤던 일입니다.

 

그 결과, 때때로 소리가 불안정해지기도 했습니다(톤암이 wow와 flutter에 큰 영향을 미친다고 앞서 언급한 바 있습니다). 때로는 고음에 문제가 생기기도 하고, 저음에 문제가 발생하거나 중역대가 과도하게 강조되는 경우도 있었습니다. 이 모든 현상은 같은 카트리지를 사용하면서 톤암에 약간의 변화만 주었을 때 발생한 것입니다.

 

결론은 명확합니다—톤암은 카트리지 성능에 큰 영향을 미칩니다.

 

 

The question remains: what causes the same cartridge to perform so differently on tonearms that differ by only a few details?

It took me a while to uncover the truth, and, as usual, luck played a part. Early in my journey with turntables, I came across an article about the construction of the Audiomeca Septum tonearm (I refer you to the TNT portal, where you will find plenty of interesting articles). While pondering tonearms, I revisited this article, and suddenly, it all clicked.

You see, the cartridge operates through vibrations. Vibrations cause an elastic wave. This wave travels through the cartridge body and—pay attention—it moves to the headshell, from the headshell to the tonearm, and so on. It either transfers or it does not.

So, if the same cartridge performs differently on different tonearm configurations, it means that the energy transmitted by the cartridge to the tonearm is causing the issues.

If the wave passes into the tonearm and starts bouncing around, unable to find an outlet or greater mass to dissipate into, vibrations occur. If the frequency of these vibrations aligns with the next wave of energy at the same frequency, resonance is created. Once resonance occurs, it’s game over—the tonearm resonates and negatively impacts the cartridge, adding an extra vibration component to the stylus’s movement.

This is how you end up with problems in the highs, lows, or an overemphasis on the midrange. If we could design a tonearm that handles elastic waves across all audible frequencies (or those generated by the cartridge), we would have the ideal tonearm—one that does not interfere with the cartridge’s performance in any way.

This would solve the problem of tonearm-cartridge mismatches because such mismatches (aside from obvious mass compatibility, compliance, etc.) would no longer matter.

Now the question arises: how can we determine if a tonearm resonates and at what frequency? How do I know that the BennyAudio tonearm will perform well even before listening to it?

I will reveal that next time! For now, let’s keep things general—after all, this is “secret knowledge.”

 

여전히 남아 있는 질문은: 동일한 카트리지가 약간의 차이만 있는 톤암에서 왜 그렇게 다르게 작동하는가?입니다.

저는 진실을 밝혀내는 데 꽤 오랜 시간이 걸렸고, 언제나 그렇듯 운도 한몫했습니다. 턴테이블에 대한 여정을 시작할 때, Audiomeca Septum 톤암의 구조에 관한 기사를 우연히 접하게 되었죠(TNT 포털에서 흥미로운 기사들을 많이 찾아볼 수 있습니다). 톤암에 대해 생각하던 중 이 기사를 다시 읽었고, 갑자기 모든 것이 명확해졌습니다.

 

카트리지는 진동을 통해 작동합니다. 진동은 탄성파를 발생시키며, 이 파동은 카트리지 본체를 통해 전달되고—여기서 주의 깊게 보세요—헤드셸로 이동한 후, 다시 톤암으로 전달됩니다. 이 파동은 전달되거나 전달되지 않습니다.

따라서 동일한 카트리지가 다른 톤암 구성에서 다르게 작동한다면, 이는 카트리지가 톤암으로 전달하는 에너지가 문제를 일으킨다는 의미입니다.

 

만약 이 파동이 톤암으로 전달되어 빠져나갈 구멍을 찾지 못하고, 더 큰 질량에 흡수되지 못한 채 이리저리 튕기기 시작하면, 진동이 발생합니다. 이러한 진동의 주파수가 동일한 주파수의 다음 에너지 파동과 일치하게 되면, 공명이 발생합니다. 공명이 발생하면 게임은 끝입니다—톤암이 공명하여 카트리지에 부정적인 영향을 미치고, 스타일러스의 움직임에 추가적인 진동 요소가 더해집니다.

 

이것이 고음, 저음, 혹은 중역대가 과도하게 강조되는 문제가 발생하는 방식입니다. 우리가 모든 가청 주파수(또는 카트리지가 생성하는 주파수)에 걸쳐 탄성파를 처리할 수 있는 톤암을 설계할 수 있다면, 카트리지의 성능에 전혀 영향을 미치지 않는 이상적인 톤암을 갖게 될 것입니다.

 

이렇게 되면 톤암과 카트리지 간의 불일치 문제는 해결될 것입니다. 명백한 질량 호환성이나 컴플라이언스 등의 문제를 제외하고는, 더 이상 이러한 불일치가 중요한 문제가 되지 않을 테니까요.

 

그렇다면 이제 질문이 생깁니다: 톤암이 공명하는지, 공명하는 주파수는 어떻게 알 수 있을까요? BennyAudio 톤암이 청음 전에 잘 작동할 것임을 어떻게 알 수 있을까요?

 

그것은 다음번에 공개하겠습니다! 지금은 일반적인 이야기로 마무리하죠—결국, 이것은 "비밀 지식"이니까요.