磁気カートリッジ

磁気カートリッジは、より一般的にはフォノカートリッジ、フォノカートリッジ、または（口語的には）ピックアップと呼ばれ、ターンテーブルで蓄音機のレコードを再生するために使用される電気機械変換器です。

カートリッジには、取り外し可能または永久的に取り付けられたスタイラスが含まれており、その先端（通常はダイヤモンドやサファイアなどの宝石）がレコードの溝と物理的に接触します。一般的な用法やディスクジョッキーの専門 用語では、スタイラス、場合によってはカートリッジ全体がニードルと呼ばれることがよくあります。スタイラスが鋸歯状の溝をたどると、カートリッジ内の電磁コイルの磁場の間を移動する永久磁石が取り付けられたカンチレバーが振動します（またはその逆：コイルはカンチレバーに取り付けられ、磁石はカートリッジ内にあります）。変化する磁場によってコイルに電流が発生します。カートリッジによって生成された電気信号は増幅され、スピーカーによって音に変換されます。^[1]

電気式蓄音機ピックアップの最初の商業的に成功したタイプは、1925年に導入されました。電磁式ではありますが、後の磁気カートリッジとの類似性は遠く、かさばる馬蹄形磁石を使用し、1890年代に最初の機械式トランスファーディスクレコードプレーヤーが登場して以来標準であったのと同じ使い捨てのスチール針を使用していました。この初期のタイプの磁気ピックアップは、1930年代まで市場を独占していましたが、その10年の終わりには、比較的軽量な圧電結晶ピックアップタイプに取って代わられました。しかし、寿命の短い使い捨ての金属針の使用は標準のままでした。第二次世界大戦直後の数年間、非常に重いピックアップを備えた古いレコードプレーヤーが交換されるにつれて、サファイアまたは珍しい硬質金属のオスミウムで作られた、精密に研磨されて長持ちするスタイラスチップの人気が高まっていきました。しかし、家庭用のレコードは、溝にフィットするようにスチール針の先端を急速に磨耗させるように配合された同じ研磨シェラック化合物で作られていました。

1948 年に33 1⁄3 rpm レコード LP「アルバム」、1949 年に 45 rpm レコード「シングル」が導入されたことで 、消費者は、必要な先端が小さい「マイクログルーブ」スタイラスを備えた新しいマルチスピード レコード プレーヤーにアップグレードするようになりました。その後、サファイアとダイヤモンドが標準のスタイラス チップの素材になりました。当初、新しいスタイラスは、蓄音機時代を通じて安価な独立型ポータブル レコード プレーヤーに見られる一般的なタイプの、より小型で軽量な圧電結晶またはセラミック カートリッジに取り付けられていました。セラミック カートリッジは、現在製造されているほとんどの「レトロ」およびコンパクト レコード プレーヤーで引き続き使用されています。これは、比較的頑丈で不注意な取り扱いによる損傷に強いという理由もありますが、主に安価だからです。しかし、1950 年代には、小型で軽量で柔軟性の高い新世代の磁気カートリッジが登場し、その優れた聴覚性能により、すぐにハイファイ愛好家の間で人気を博しました。柔軟性が高いため、レコードの摩耗も軽減されました。これらはすぐに、最も安価なコンポーネント オーディオ システムを除くすべてのシステムで標準となり、現在使用されている最も一般的なタイプのピックアップ カートリッジになりました。

カートリッジは、針、カンチレバー、磁石、コイル、本体といった複数の部品から構成されています。針は、使用時にレコード面との接点となり、溝の変調を追跡する部品です。通常は、小さな研磨されたダイヤモンドなどの工業用宝石で作られています。カンチレバーは針を支え、針からの振動をコイル/磁石アセンブリに伝えます。^[2]前者は通常、ホウ素またはアルミニウムで作られ、以前はベリリウムで作られていましたが、一部のメーカーは珍しい宝石のカンチレバーを備えたモデルを販売しています。^[3]ムービングマグネットカートリッジのほとんどのモデルには、取り外し可能な針-カンチレバーサブアセンブリがあり、針が摩耗したときにカートリッジ全体を取り外して交換することなく、サブアセンブリを交換できます。^[4]

トーンアームに結合されたカートリッジ本体の機能は、可動部品に固定プラットフォームを提供し、溝を正確に追跡できるようにすることです。^[2]

ハイファイシステムでは、クリスタルピックアップやセラミックピックアップの代わりに、可動磁石または可動コイルを使用する磁気カートリッジが使用されています。

クリスタル ピックアップやセラミック ピックアップと比較すると、磁気カートリッジは通常、より軽い圧力で溝をたどることで、再生の忠実度が向上し、レコードの摩耗が減少します。磁気カートリッジはトラッキング力が低いため、溝が損傷する可能性が低くなります。また、出力電圧はクリスタル ピックアップやセラミック ピックアップよりも低く、数ミリボルトの範囲であるため、より大きな増幅が必要になります。

ムービングマグネットカートリッジでは、スタイラスカンチレバーに小さな永久磁石が取り付けられており、この永久磁石は 2 組の固定コイル (ステレオカートリッジの場合) の間に配置され、小さな電磁発電機を形成します。レコード溝をたどるスタイラスに応じて磁石が振動すると、コイルに 小さな電流が誘導されます。

磁石は小さく、質量がほとんどなく、発電機に機械的に結合されていないため（セラミックカートリッジの場合のように）、適切に調整されたスタイラスは溝をより忠実にたどり、トラッキング力（スタイラスへの下向きの圧力）が少なくて済みます。

可動鉄磁石タイプと誘導磁石タイプ（ADC がよく知られた例）では、可動鉄片または他の鉄合金片が（磁石の代わりに）カンチレバーに結合され、一方、より大きな永久磁石がコイル上にあり、必要な磁束を提供します。

MC 設計は、やはり小型の電磁発電機ですが、（MM 設計とは異なり）磁石とコイルが逆になっています。コイルはカンチレバーに取り付けられ、永久磁石の磁場内で動きます。コイルは小型で、非常に細いワイヤーで作られています。

このようなアーマチュアでサポートできる巻線の数が少ないため、出力電圧レベルもそれに応じて小さくなります。結果として得られる信号は数百マイクロボルトに過ぎず、ノイズや誘導ハムなどによって簡単に圧倒されてしまいます。したがって、ムービングコイルカートリッジに必要な極めて低いノイズ入力を備えたプリアンプを設計することはより困難であり、そのため代わりに「ステップアップトランス」が使用されることがあります。

しかし、MMカートリッジと同等の出力レベルを持つ「高出力」ムービングコイルカートリッジも数多く存在する。^[4]

ムービングコイルカートリッジは極めて小型の精密機器であるため、一般的に高価ですが、主観的に優れた性能のため、オーディオ愛好家に好まれることが多いです。

MMC 設計は、バング & オルフセンによって発明され、特許を取得しました。MMC カートリッジは、ムービング アイアン (MI) 設計のバリエーションです。磁石とコイルは固定されていますが、マイクロ クロスがスタイラスとともに動き、クロスのアームと磁石の間の距離が変わります。MMC 設計では、各チャンネルの動きが別々の軸に表示されるため、優れたチャンネル分離が可能になると言われています^[要出典]。

ムービング マグネット カートリッジは市場の「ローエンド」でよく見られ、一方「ハイエンド」ではムービング コイル設計が主流です。MM 設計と MC 設計のどちらが最終的により良い音を出せるかという議論は、しばしば白熱し、主観的になります。コストと設計上の考慮事項によって、この 2 つの違いはしばしば曖昧になります。たとえば、別のステップアップ増幅を必要とする MC カートリッジは、よりシンプルなフロントエンド ステージを必要とする良質の MM カートリッジよりも優れた性能を発揮できるでしょうか。

• MC カートリッジはインダクタンスとインピーダンスが非常に低いため、カートリッジからプリアンプに通じるケーブルの静電容量の影響は無視できます。一方、比較的インダクタンスとインピーダンスが非常に高い MM カートリッジでは、ケーブルの静電容量が周波数応答の平坦性と位相応答の直線性に悪影響を及ぼす可能性があります。このため、MC タイプの音質が有利になる場合があります。
• MC カートリッジは可動質量が低いと一般的に考えられています。しかし、高品質の MM カートリッジは、一部の MC カートリッジと同等かそれ以下の可動質量を実現できます。たとえば、最先端のテクニクス EPC-100CMK4 は、可動磁石設計の有効チップ質量が 0.055 mg です。比較すると、人気の高いデノン DL-301 可動コイル カートリッジの有効チップ質量は 0.270 mg です。
• カートリッジをエンジン (MC と MM) で区別すると、スタイラスの先端の形状 (円錐形、楕円形、高度な形状)、取り付け (接着型、裸型)、カンチレバーの材質 (アルミニウム、ボロン、ベリリウム)、カンチレバーの設計 (ソリッド ロッド、ロール チューブ) がサウンドに大きな影響を与えるという事実が無視され、使用されるエンジンの種類よりも音質のばらつきが大きくなる可能性があります。

MM カートリッジは通常 3～6 mV の出力で、プリアンプの MM 入力と互換性があります。MC カートリッジには、低出力 (通常 1.0 mV 未満) と高出力 (1.5 mV 以上) の 2 種類があり、非常に低い出力 (0.3 mV 以下) のカートリッジもあります。高出力 MC カートリッジは、古いプリアンプの MM 入力との互換性を考慮して作られています。低出力 MC カートリッジを MM 入力で使用すると、ノイズが過剰になったり、プリアンプのゲインが不十分でアンプを定格出力まで駆動できない場合があります。ほとんどのソリッド ステート プリアンプには、これらに対応するために、高ゲイン、低ノイズの MC 入力が別個に用意されています。出力が非常に低いカートリッジには、MC または MM プリアンプ段への入力の前に、フォノ増幅段が別個に必要です。

デッカのフォノカートリッジは、磁石とコイルを固定したユニークな設計でした。針軸は、ダイヤモンドの先端、短い軟鉄片、非磁性鋼製の L 字型のカンチレバーで構成されていました。鉄は先端の非常に近く (1 mm 以内) に配置されていたため、先端の動きを非常に正確に追跡できました。デッカのエンジニアはこれを「ポジティブ スキャン」と呼びました。垂直方向と横方向のコンプライアンスは、カンチレバーの形状と厚さによって制御されました。デッカのカートリッジは非常に音楽的であるという評判がありましたが、初期のバージョンでは競合製品よりも大きなトラッキング力が必要だったため、レコードの摩耗が懸念されました。

• 1958年の本に載っているカートリッジの歴史
• 1979年の記事からフォノカートリッジを理解する