Der richtige Topf zum Deckel: warum die richtige Kombination von Tonabnehmer und Tonarm so wichtig ist

Zusammenspiel von Tonarm und TonabnehmerWir haben bereits im Beitrag zu unserer Phonovorstufen-Referenz “Audiospecials Phonolab 1.0” das Zusammenspiel von Tonabnehmer und Phonoverstärker behandelt und auf das wichtige Matching bei der Abschlussimpedanz hingewiesen. Nun soll es um die zweite wichtige Analog-Ehe gehen: den passenden Tonarm zum Tonabnehmer – oder umgekehrt.

Welche Klangcharakteristik soll ein guter Tonarm haben?

Gute Frage, soll ein Tonarm überhaupt klingen? Soll er vordergründig in Erscheinung treten und seinen Bass- oder Höhenstempel aufdrücken? Es gibt sicher ein paar Spielmöglichkeiten herstellerseitig, aber das Gros der Auswirkungen wird durch das Zusammenspiel mit dem montierten Tonabnehmer erzeugt.

Finden wir das überhaupt gut, wenn ein Tonarm versucht zu “sounden”? Nein. Aus unserer Sicht hat der Tonarm vor allem eine zentrale Aufgabe: er muss den montierten Tonabnehmer führen und ihm gleichzeitig die nötigen Freiheiten lassen, dabei selbst nicht klanglich in Erscheinung treten und vor allem möglichst wenig resonieren. Damit der Tonarm wiederum konsequent führen kann, muss er von seiner effektiven Masse zum Tonabnehmer passen und sich über feinste Justage-Möglichkeiten an diesen anpassen können. Und natürlich müssen die Lager von höchster Qualität sein.

Perfektes Matching: wann passt ein Tonarm zu einem Tonabnehmer?

Sie haben bereits einen oder mehrere Tonabnehmer? Dann sollten Sie einen Arm wählen, der mit möglichst vielen davon klar kommt. Sie besitzen Exoten wie ein SPU in der Tondose? Dann wird die Auswahl deutlich kleiner, denn dazu brauchen Sie einen Arm mit SME Headshell Anschluss und einen gewichtigen noch dazu, der zudem eine schwere Gegengewicht-Variante bietet (so ein SPU wiegt gern mal 30 Gramm). Betreiben Sie dann parallel einen MM Tonabnehmer mit hoher Nadelnachgiebigkeit, dann führt kein Weg an einem Zweitarm vorbei, oder Sie verkaufen diesen Tonabnehmer zugunsten eines “steiferen” MC Tonabnehmers. Und schon sind wir beim entscheidenden Punkt.

Compliance: warum die Nachgiebigkeit der Nadelaufhängung den Klang beeinflusst

Die Compliance gibt an, wie hart oder weich die Aufhängung des Nadelträgers ist, der wiederum den Abtastdiamanten trägt. Die Maßeinheit der Compliance ist µm/mN. Gemessen wird sie, und jetzt wird es schon spannend, bei 10 Hz – meistens. Einige messen bei 100 Hz, inbesondere Audio Technica. Und schon ist der Wert 1,5- bis 2-mal so hoch als die Angabe im Prospekt. Dazu gibt es noch die Unterscheidung zwischen dynamischer und statischer Compliance. Die dynamische zählt; und man erhält sie, wenn man den statischen Wert durch zwei teilt. Ganz grob, Erbsenzähler finden bestimmt zahlreiche Einwände, weil auch die angegebene Auflagekraft mit reinspielt – aber das ist uns an dieser Stelle einfach mal egal.

Unsere Grundregel zur Compliance

(etwas andere Auslegungen/Grenzen sind gängig und legitim, aber auch nicht entscheidend, dazu später mehr)

  • Niedrige Compliance = hart aufgehängte Systeme = Werte zwischen 6 und 12 µm/mN
  • Mittlere Compliance = mittelhart/mittelweich aufgehängte Systeme = Werte zwischen 11 und 22 µm/mN
  • Hohe Compliance = weich aufgehängte Systeme = 22 bis 30 µm/mN
  • Sehr hohe Compliance = sehr weich aufgehängte Systeme = 30 bis > 40 µm/mN

Tonarme kann man grob nach folgender Skala einteilen

(auch hier gibt es logischerweise “schwimmende” Grenzen)

  • Ultraleichter Tonarm: 4 bis 5 Gramm
  • Leichter Tonarm: 6 bis 9 Gramm
  • Mittelschwerer Tonarm: 9 bis 15 Gramm (die meisten heute üblichen Arme)
  • Schwerer Tonarm: 19 bis 24 Gramm
  • Sehr schwerer Tonarm: 25 Gramm und mehr

Wichtig: bei Tonarmen mit wechselbarer Headshell ist diese immer mit einzubeziehen.

Tonarm und Tonabnehmer als Masse-Feder-System

Die genannten Werte/Einteilungen sind deswegen wichtig, weil die Kombination aus Tonarm und Tonabnehmer ein Feder-Masse-System darstellt. Wie alle klassischen Federpendel hat so eine Kombination eine Eigenfrequenz, die von der Härte der Feder und der Masse des Gesamtsystems abhängt. Das ist die berühmte “bewegte Masse”, und nur die ist entscheidend: Steigt die Härte der Feder (also bei niedrigerer Compliance), erhöht sich die Resonanzfrequenz. Gibt man wiederum mehr Masse hinzu, sinkt die Resonanzfrequenz.

Die Anregung des Masse-Feder-Systems und die Folgen

Was passiert nun, wenn man dieses Masse-Feder-System mit seiner Eigenfrequenz anregt? Logisch: es resoniert, sodass sich die Schwingung extrem aufschaukelt. Diese Schwingungen wiederum überlagern andere Frequenzen. Sie führen zu Störungen oder Dröhnen und verfärben das Klangbild bzw. schränken die exakte Reproduktion der Musik ein. Wenn die Resonanzfrequenz z. B. bei 40 Hz läge und Sie spielten eine schöne Kraftwerk-Scheibe, könnte Ihre Nadel einen Tanz aufführen und aus der Rille hüpfen.

Die “richtige” Resonanzfrequenz für Tonarm-/Tonabnehmer-Kombination

Abgeleitet aus dem 40 Hz Beispiel könnten man folgern, dass die Resonanzfrequenz so tief wie möglich liegen sollte, um dann “unhörbar” zu sein. Leider gibt es im Frequenzkeller andere Störenfriede:

  • Die Eigenresonanz von Subchassis-Spielern (z. B. einige Thorens Modelle), deren Tellerboard federnd gelagert ist. Je nach Modell liegen die Eigenfrequenzen von Subchassis-Playern meist im Bereich von 2 Hz bis 5 Hz. In diesen Bereich vorzustoßen, ist also kontraproduktiv.
  • Die Rille der Schallplatte selbst. Die ist nämlich – gerade bei unseren tollen neuen Pressungen – nicht exakt rund. Somit werden beim Abspielen Rillengeräusche und damit Stör-Wellen erzeugt.  Ingenieure von Shure haben dazu eine Studie angefertigt mit dem Ergebnis, dass 70 % solcher Wellen unterhalb von 5 Hz und 95 % unterhalb von 8 Hz liegen. Damit ist klar, warum auch bei Brettspielern oder Masselaufwerken die Resonanzfrequenz nicht zu weit nach unten rutschen sollte.
  • Anregungen durch Trittschall: man soll zwar ohnehin nicht wie Rumpelstilzchen vor dem Plattenspieler herumtanzen; trotzdem ist es nicht gut, wenn die Nadel aufgrund Frequenz-Anregungen über den Boden unruhig wird.

So ergab sich im Lauf der Zeit eine “Faustregel”, dass die Resonanzfrequenz zwischen 8 Hz und 12 Hz liegen sollte, um Tonarm/Tonabnehmer weder mit tieffrequenten Musiksignalen noch mit welligen Platten negativ anzuregen.

Es gab und gibt auch andere Empfehlungen. Man hört, dass Frank Kuzma für seine Arme –  etwa weil sie so verdammt schwer sind :-)? – eher 6 oder 7 Hz empfiehlt. Ein Team von Bang und Olufsen kam vor langer Zeit auf 15 bis 16 Hz und – jetzt kommt der Haken – bei einer Güte (Q) von ca. 0,5. D. h. eine sehr breitbandige Erhöhung, die aus unserer Sicht in der Praxis der Messungen kaum vorkommt.

Die richtige Kombination von Tonarm und Tonabnehmer: Ratgeber Bohne Audio

Daran sieht man, dass die angegebenen Ranges nur grobe Empfehlungen mit Spielraum sind. Einziger Schluss daraus: je weiter außerhalb man liegt, desto höher ist zumindest das Risiko, dass es – bei bestimmten Platten – Probleme geben kann.

Wie ermittelt man die Resonanzfrequenz von Tonarm/Tonabnehmer?

Wir haben oben bereits als Kritieren die bewegte Masse und die Federsteife kennengelernt. D. h. die Resonanzfrequenz ergibt sich aus:

  • der Compliance des Tonabnehmers
  • der effektiven Masse des Gesamtsystems: das ist die Masse des Arms + Headshell + Masse des Tonabnehmers + Masse der Befestigungsschrauben des Tonabnehmers.

Liegen diese Werte vor, kann man die Resonanzfrequenz mit folgender Formel berechnen:

Fres = 1000 / (2 * PI * Wurzel(effektive Tonarmmasse * Compliance))

Einfacher geht es mit dem Resonanzrechner von Vinylengine:

https://www.vinylengine.com/cartridge_resonance_evaluator.php

Schön wäre es jetzt, wenn diese theoretischen Werte immer stimmen würden. Tun sie leider fast nie. Denn:

  • Der Resonanzpunkt des Gesamtsystems ist noch von weiteren, schwankenden Parametern abhängig, z. B. von den Hebelverhältnissen des Tonarms, daher von der Position des Gegengewichts und der Position des Tonabnehmers im Headshells (zur Erzielung des korrekten Überhangs, ein anderes Kapitel)
  • Die Resonanzfrequenz tritt nie ganz genau bei einer Hertz-Zahl auf und verschwindet links und rechts davon, sondern betrifft meist eine Range von +/- 3 Hz, was man sehr einfach mit einer entsprechenden Testplatte nachprüfen kann.

Die Formeln und Tabellen sind daher nur eine grobe Richtung, wer es genau wissen will, muss IMMER mit einer Testschallplatte arbeiten, z. B. der von Image HiFi:

https://www.jpc.de/jpcng/poprock/detail/-/art/Image-HiFi-Test-Record-Vinyl-Essentials-180g/hnum/1826696

Alternativ ermitteln Sie die Resonanzfrequenz auch gut mit der Software Adjust+ von Dr. Feickert, aus unserer Erfahrung am besten mit dem letzten Track auf der B-Seite, der Leerrille, mit dem man eigentlich das “Rumpeln” des Laufwerks misst: https://www.feickert.org/index.php?id=12

Tonarm-Justage: ganz viele Einstellungen – ganz viel Klang

Wenn man mit dem Vinyl-Hobby startet, denkt man unbedarft: Tonabnehmer ranschrauben, auspendeln, Gegengewicht grob einstellen, und ab geht die Post. Leider ein Irrweg – zumindest wenn man mit gehobenem Anspruch Musik hören möchte. Denn welcher Tonabnehmer ist schon perfekt produziert? Welche Nadel ist exakt gerade montiert? Welcher Nadelträger steht im exakten Winkel im Generator? Wir können Ihnen aus zahlreichen Messungen bestätigen: kaum einer.

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Azimuth: Pflicht-Einstellung eines guten Tonarms

Die offensichtlichsten Produktionsfehler erkennt man meist schon mit einem scharfen Blick auf Nadelträger und Nadel. Lupe oder USB-Mikroskop helfen enorm. Ist die Nadel oder der Nadelträger offensichtlich schief montiert, sollte man den Tonabnehmer beim Händler monieren (ab einer gewissen Preisklasse Pflicht!). Leichte Fehlstellungen kann man über den Montagewinkel im Headshell ausgleichen.

Wie man schiefe Nadelträger und Diamanten korrigiert

Was man nur durch Verstellung des Azimuths am Tonarm ausgleichen kann, ist ein lateral leicht schräg eingesetzter Diamant, wie es leider in 80 % aller Fälle bei MC Tonabnehmern vorkommt. Will man eine exakte Position der Nadel in der Rille und damit ein perfektes Ergebnis, muss man den Azimuth messen und korrigieren. Das machen viele nach Gehör. Respekt, wer das kann!

Ein wenig professioneller und vor allem schneller geht es mit einer Software (dazu benötigt man eine gute Soundkarte und einen PC): Adjust+ von Dr. Feickert misst für die Azimuth-Feinjustierung die Kanaltrennung und die Phase. Wenn man es ganz exakt machen will, braucht man ein das Pegel Differenz Messgerät PDM-1 von Sperling Audio, das wir als Service für unsere Kunden einsetzen.

Ziel einer Azimuthmessung ist es immer, durch verschiedene Winkelstellungen des Headshells eine möglichst gleiche Kanaltrennung herzustellen. Bei gut produzierten Tonabnehmern liegen die Korrekturen bei +/- 0,5 Grad oder darunter, um den gewünschte Stellung zu erzielen. Das klingt erst mal nach wenig, aber bei einem Grad sieht man die “Schiefstellung” mehr als deutlich. Tonabnehmer, die über 1,5 Grad Abweichung für einen optimalen Azimuth aufweisen, sollte man zusammen mit dem Messprotokoll zurücksenden. So geht es einfach nicht, liebe Industrie. Und aus diesem Grund wurden bereits einige Kooperationen bzw. Handelsbeziehungen mit Bohne Audio wieder beendet. Denn wir messen Tonabnehmer auf Wunsch für Sie ein.

Tonarme ohne Azimuth Einstellung – geht gar nicht

Ein Tonarm, der keine Azimuth Einstellung bietet, ist aus unserer Sicht schlecht umgesetzt – die oben genannten Gründe sprechen für sich. Dabei gibt es mehrere tolle Konzepte dafür: An Headshells wie dem Thomas Schick Graphit-Headshell oder dem Arche Headshell von Acoustical Systems können Sie eine Schraube lockern, um das Headshell zu drehen.

Der von uns hoch geschätzte Tonarm Reed 3P erlaubt die Azimuth-Justage während des Abspieles einer Platte (!), indem das gesamte Armrohr gedreht werden kann (man sollte danach das Gegengewicht noch einmal “gerade” nach unten korrigieren).

Und bei einem Kuzma 4 Point ist das Armrohr in zwei Teile aufgesplittet, und der vordere Teil kann in extrem kleinen und exakten Schritten mit dem dazugehörigen Inbus gedreht werden, ohne den hinteren Teil des Tonarms samt Lager in irgendeiner Form zu beeinflussen.

Spannend ist die Azimuth-Korrektur auch bei einem Well Tempered Tonarm gelöst, hier dreht man die Fadenaufhängung hin und her. (Auch das ist während des Abspielens möglich.) Sie sehen, an kreativen Lösungen fehlt es nicht, und die Resultate nach einer gelungenen Azimuth-Korrektur sind absolut hörenswert!

Adjust+ von Dr, Feickert: Einmessung des Azimuths von Tonabnehern

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Die Tonarm-Höhe (VTA = Vertical Tracking Angle) und der Nadel-Eintauchwinkel (SRA = Stylus Rake Angle)

Die zweite “große” Stellgröße und hoffentlich auch -schraube am Tonarm ist die Höhenverstellung, die Anpassung des sogenannten “Vertical Tracking Angles”. Das geht bei einigen Tonarmen nicht gerade komfortabel (Rega arbeitet z. B. mit Unterlegscheiben; aber diese Arme sind ohnehin meist nur als Komplettpaket mit vorinstallierten Tonabnehmern interessant). Bei anderen wie dem o. g. Reed 3P oder dem Aquilar von Acoustical Systems geht das Ganze “on the fly” und äußerst komfortabel und feinfühlig über ein Drehrad.

Um was es bei der Höheneinstellung des Tonarm eigentlich geht, ist den Eintauchwinkel der Nadel in die Schallplatte auf den beim Vinylschnitt vorgegebenen Winkel zu trimmen. Damit korrigiert man also eigentich den SRA (den Stylus Rake Angle). Die Norm dafür (Ausnahmen bestätigen die Regel) liegt bei rund 92 Grad, wenn die Nadel mit dem korrekten Auflagegewicht eintaucht. Warum nicht 90 Grad? Weil der Schneidstichel beim Vinylschnitt Material herauskratzt; und damit sich das nicht vor dem Stichel anstaut, gibt man wenige Grad zu, man fräst also leicht schräg. 92 Grad also. Nun gibt es Leute, die tatsächlich viel Zeit in Ihrem Leben mit dem Vermessen von Tonabnehmern verbringen und die Ergebnisse auswerten. An dieser Stelle empfehlen wir gern die Videomitschnitte der Vorträge von Vinyl-Guru Mally Malovicz auf Youtube, hier ein Beispiel:

Quintessenz: die Realität ist vielschichtig – auch hier.

Montagewinkel von 87 bis 97 Grad sind eine enorme Range, die sich hier auftut. Jetzt nehmen wir mal an, die Nadel ist mit 97 Grad in den Nadelträger montiert und wir möchten die “Fehlstellung” um 5 Grad auf die 92 Grad korrigieren. Sie können nun zum Geodreieck greifen und sich das Ganze für einen 12 Zoll Arm auf Millimeterpapier vergrößert aufmalen – oder Sie schauen sich die o. g. Videos an. Sie müssten den Tonarm um Zentimeter (!!!) nach oben korrigieren.

Beurteilen Sie vor diesem Hintergrund einige Aussagen in Foren/Testberichten: “Ich verstelle die Tonarmhöhe immer in Relation zur Dicke der Platte, also höre ich bei 200 Gramm Pressungen mit einer anderen Höhe als bei 120 Gramm Pressungen.” Oder: “Bei einer Korrektur der Tonarmhöhe um 1 mm nach oben rastete dann alles ein, der sprichwörtliche Vorhang fiel und ich konnte unendlich tief in die Musik eintauchen”. Phantasie trifft auf Physik, ein herrliches Streitthema!

Einstellung der Tonarmhöhe und des SRA in der Praxis

Wie nähert sich man also professionell dem richtigen SRA? Das geht fast nicht ohne USB Mikroskop und der anschließenden Vermessung des Bildes, wenn man auf Nummer sicher gehen will. Oder doch? Auch hier hat Dietrich Brakemeier, Mastermind bei Acoustical Systems, ein hilfreiches Tool geschaffen, den “SMARTstylus”. Wie alle Produkte von Acoustical Systems ist diese Hilfsschablone nicht im Niedrigpreissegment positioniert, aber der Ansatz ist klasse: man stellt die Schablone direkt neben das Headshell und liest an einer Skala den Winkel der Nadel ab. Diesen kann man dann über das Verstellen der Tonarmhöhe korrigieren.

Beim Tonarm Aquilar von Acoustical Systems bzw. beim dort montierten Arche Headshell gibt es dazu noch ein sehr intelligentes Feature: man verstellt bei waagrechter Tonarmhöhe” nur das Montageplättchen im Headshell, an dem der Tonabnehmer hängt. Damit sind zum zum einen größere Korrekturen möglich, zum anderen dreht man genau an der Schraube, auf die es ankommt, und nicht 30 cm weiter hinten mit entsprechendem Hebel.

An dieser Stelle möchten wir noch einmal hervorheben, dass man die beschriebenen Einstellungen wie immer nach Gehör und Gusto vornehmen kann, auch Testschallplatten liefern wertvolle Anhaltspunkte dafür. Wer geübte Ohren hat, kann und soll diese einsetzen. Im Endeffekt ist es wie beim Frequenzgang-Empfinden: was man wirklich hört, kann man auch messen. Was man nicht messtechnisch nachvollziehen kann, ist oft nur in der menschlichen Psyche verankert.

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