Zasadnicza funkcja jaką ma do spełnienia ramię gramofonowe wydaje się być bardzo prosta - zapewnienie odpowiedniego punktu w którym igła styka się z rowkiem płyty... Istnieją dwa podstawowe rozwiązania konstrukcyjne ramion gramofonowych. Jedno, mniej popularne, jest oparte na śledzeniu rowka zgodnie ze ścieżką głowicy zapisującej - są to tak zwane ramiona liniowe. Drugim o wiele popularniejszym rozwiązniem jest konstrukcja ramienia podpartego w jednym punkcie, gdzie igła odczytuje zawartość płyty poruszając się po łuku. Nie wdając się w szczegóły rozwiązań obydwu konstrukcji chcę poruszyć kwestie, które są wspólne dla każdego układu odczytującego zawartość czarnego krążka. Założenie jest proste, jednak w rzeczywistości okazuje się, że ramię musi sprostać wielu czynnikom, które są niezbędne do prawidłowej pracy i zapewniają dobre brzmienie zapisanej na płycie muzyki.

Jak wiadomo, wkładka działa na zasadzie przetwarzania drgań mechanicznych na napięcie elektryczne. Traktując ją jako pewną formę generatora składa się ona z dwóch zasadniczych bloków: armatury (igła, wspornik, zawieszenie, cewka lub magnes), oraz twornika (korpus, czyli wszystkie nieruchome elementy wkładki włącznie z jej obudową). Właściwy odczyt może być zapewniony tyko wówczas gdy drgania pochodzące z modulowanych rowków płyty są generowane wyłącznie przez armaturę na której zamocowana jest igła - wszelkie ruchy twornika będą wprowadzały niepożądane zniekształcenia sygnału. I tutaj właśnie rozpoczyna się rola ramienia, które z jednej strony musi umożliwić ruch igły do środka płyty, z drugiej zaś nie może powodować niepożądanych drgań i rezonansów, które mogą zakłócić prawidłowy odczyt. Oczywiście w tym przykładzie ramię i korpus wkładki jest traktowany jako jedna całość.

Zachowanie się ramienia jest podporządkowane trzem podstawowym zasadom. Pierwsza jest związana bezpośrednio z masą przeciwstawiającą się wszelkim zmianom ruchu. Efektywna masa ramienia wraz z zamontowaną na nim wkładką stanowią opór mechaniczny zwiększający się wraz z częstotliwością zapisanego na płycie materiału. W zakresie subsonicznym uwzględniając opór stwarzany przez niezapisaną powierzchnię płyty armatura i twornik poruszają się wspólnie. Wchodząc w zakres częstotliwości akustycznych modulowany rowek płyty stanowi coraz większy opór, co przetwarza się na wzrost drgań armatury w stosunku do korpusu i generowanie sygnału elektrycznego na wyjściu wkładki. Przejście pomiędzy tymi dwoma stanami ma ogromne znaczenie dla właściwego odtwarzania najniższych częstotliwości akustycznych i jest uzależnione od podatności wkładki, oraz efektywnej masy ramienia wraz z korpusem wkładki.

Druga własność wiąże się ze sztywnością korpusu, która ma zapobiegać zginaniu się ramienia. Być może brzmi to niewiarygodnie, bowiem nie wykonuje się ramion z elastycznych materiałów, które mogły by powodować ich zginanie. Należy jednak pamiętać że tą kwestię musimy rozpatrywać w mikroskali, a w tym wymiarze okazuje się, że wspomniane zginanie się jest dosyć poważnym czynnikiem utrudniającym optymalną pracę całego układu. Jest to zagadnienie na tyle obszerne, że poświęcę mu w przyszłości osobny tekst.

Trzecia właściwość dotyczy tłumienia (hamowania) ruchu. W tym przypadku ruch jest powiązany bezpośrednio z szybkością, bez której nie może być mowy o hamowaniu. Równanie opisujące siły działające na ramię jest sumą trzech składowych: przyspieszenia działającego na masę, prędkości uwzględniającej wewnętrzne lub przyłożone tłumienie, oraz zginania wpływającego na sztywność.
Masa oraz sztywność decydują w jakim stopniu ramię będzie podatne na gięcie i wibracje, natomiast tłumienie określa czas trwania tych wibracji. Samo tłumienie nie może zapobiegać zginaniu i wibracjom, może jedynie zmniejszyć ich wpływ na działanie układu. Oznacza to, że im sztywniejsze ramię, tym mniej będzie się ono zginać i wibrować. Zwiększenie masy również zminimalizuje wibracje.
Teoretycznie duża masa efektywna ramienia powinna zatem idealnie kontrolować pracę igły, należy jednak pamiętać o podatności wkładki, która jest uzależniona właśnie od masy ramienia. Ze względu na brak możliwości uzyskania absolutnie sztywnego korpusu należy również uwzględnić drugą część równania sił, czyli sztywność. Belka o określonej długości posiada sztywność uzależnioną od materiału z jakiego ją wykonano, od powierzchni jej przekroju, oraz w przypadku walca, od sześcianu jej średnicy (dwukrotne zwiększenie średnicy usztywnia belkę ośmiokrotnie).

Jak widać ramię gramofonowe nie jest tak prosta konstrukcją na jaką wygląda. W powyższym tekście omówiłem tylko podstawowe czynniki wpływające na jego działanie. W kolejnych częściach opiszę pozostałe elementy związane z jego konstrukcją oraz działaniem.