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Aus dem SMPE Journal Volumen XXXII - März 1939 - IMPROVING THE FIDELITY OF DISK RECORDS FOR DIRECT PLAYBACK

Article presented at the 1938 SMPE Fall Meeting at Detroit, Michigan; received October 24, 1938. - by H.J. HASBROUCK (RCA Manufacturing Co., Camden, N. J.)

  • Anmerkung : Referenziert in der FKT Zeitschrift vom Juli 1939 !!!! - in Auszügen von Prof. Dr. Albert Narath kommentiert, jedoch ohne die Firma RCA als Quelle zu nennen.

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Disk Records for Direct Playback (Page 246 - 252) Summary

Recent advances in design, and in materals of which the recording disks are composed, have resulted in improved fidelity. Both the volume range obtainable, and the frequency range, have been extended, satisfying present-day requirements of motion picture and broadcast applications.

For reproduction, there is provided a new light-weight lateral pick-up having high sensitivity and equipped with a permanent diamond point. This reproducer, in combination with its associated circuit, is suitable for use on all lateral cut disk records.

Pre- and post-equalization are employed in making high-fidelity records, insuring a low noise level. This reduction of background noise together with the wide frequency range and low distortion create an illusion of realism or "presence" during reproduction.

Usually a large number of playings is not required from direct playback disks. However, because of the low mechanical impedance (hier kommt zum ersten Male die "mechanische Impedanz" vor) of the new RCA pick-up and the improved composition of the disks, it is possible to reproduce many times without appreciable increase in noise or distortion.
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Von hier auf Deutsch : Zusammenfassung

Nov. 2022 - (die Übersetzung erfolgte zum Teil automatisch über einen Übersetzer)
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Abb. 1. Aufnahme- und Wiedergabesystem für den Einsatz im Rundfunkstudio.

Die jüngsten Fortschritte bei der Konstruktion und in den Materialien, aus denen die Aufzeichnungsplatten (die Schneidfolien) bestehen, haben zu einer verbesserten Wiedergabetreue geführt. Sowohl der erreichbare Lautstärkebereich als auch der Frequenzbereich wurden erweitert, um die heutigen Anforderungen von Film- und Rundfunkanwendungen zu erfüllen.

Für die Wiedergabe wird ein neuer leichter Seitenschrift Tonabnehmer mit hoher Empfindlichkeit und einer stabilen harten Diamantspitze verwendet. Dieses Wiedergabegerät ist in Kombination mit seiner zugehörigen Schaltung für den Einsatz auf allen Schallplatten mit Seitenschrift Schnitt geeignet.

Vor- und Nachentzerrung werden bei der Erstellung von High-Fidelity-Aufnahmen eingesetzt, um einen niedrigen Rauschpegel zu gewährleisten. Diese Reduzierung von Hintergrundgeräuschen zusammen mit dem breiten Frequenzbereich und der geringen Verzerrung erzeugen eine Illusion von Realismus oder "Präsenz" während der Wiedergabe.

Normalerweise ist eine mehrfache oder öftere Wiedergabe von Aufnahmefolien nicht erforderlich. Aufgrund der niedrigen mechanischen Impedanz (hier kommt zum ersten Male in der mir bekannten Literatur die "mechanische Impedanz" vor) des neuen RCA-Tonabnehmers und der verbesserten Zusammensetzung der Plattenbeschichtung ist es jedoch möglich, die Aufnahme viele Male ohne merkliche Zunahme von Rauschen oder Verzerrungen wiederzugeben.

Neue Geräte bei RCA

Die ständige Nachfrage nach besseren Aufnahmen mit direkter (sofortiger) Wiedergabe hat zur Entwicklung von Geräten und Platten mit verbesserter Qualität geführt. Diese Fortschritte haben neue Bereiche eröffnet und heute sind die Anwendungen für die Aufzeichnung mit direkter Wiedergabe zahlreich.

Die Technik hat einen experimentellen Zustand weit hinter sich gelassen und wird nun im Produktionsmaßstab für Tonfilme, Radiosendungen, Schulen, industrielle Werbung, Musikausbildung, Vorsprechen, Regierungsaktivitäten und die Luftfahrt verwendet.

RCA hat Abspielgeräte mit verbesserten Eigenschaften entwickelt. Eine typische Studioinstallation ist in Abb. 1 dargestellt. Hier sind der Vorschubspindelmechanismus mit Aufnahmekopf und der neue leichte Seitenlautsprecher zu sehen.

Eine Lateral- oder "Push-Pull"-Modulation wurde aufgrund ihrer geringen Verzerrungseigenschaften übernommen. Der Frequenzbereich von 50 bis 10.000 Hz ist angemessen gleichmäßig (wir sagen annähernd linear). Mit dem angegebenen Frequenzbereich ist ein Lautstärkebereich von ca. 55 db erreichbar (das wurde von dem Rezensenten in 1939 bezweifelt).

Die Schallplatten haben für die meisten Zwecke eine ausreichende Lebensdauer. Und wenn sie vor Staub, Fingerabdrücken und Oxidation geschützt sind, können sie mit dem abgebildeten leichten, flexiblen Tonabnehmer (bis zu) fünfundsiebzig Mal oder öfter (???) abgespielt werden. Gewöhnlich werden die Platten gar nicht so oft abgespielt und es ist normalerweise keine besondere Sorgfalt bei der Handhabung der Platten erforderlich.
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Der Aufnahmekopf RCA MI 4887

Der Aufnahmekopf (der Schneidkopf) RCA MJ 4887 besteht aus einem mechanischen Bandpassnetzwerk, das durch ein spezielles mechanisches Widerstandsmaterial abgeschlossen wird. Die Impedanz des Bewegungssystems ist derart, dass die Bewegung des Schneidstifts praktisch unbeeinflusst von der Impedanz der Aufzeichnungszusammensetzung ist.
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Abb. 2. Frequenzgang-Aufzeichnungskopf (MI-4887) Optische Messung, laterale Nadelgeschwindigkeit.

Dies ermöglicht eine freiraummikroskopische Messung der Leistung des Kopfes, die beim Schneiden einer Schallplatte nahezu exakt dupliziert wird. Die Frequenzgänge von zwei Arten von Aufnahmeköpfen sind in Abb. 2 dargestellt.
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Abb. 3. Aufbau des Aufnahmeschneiders und des äquivalenten elektrischen Schaltkreises.

Es ist ersichtlich, dass Frequenzen unter 800 cps so gesteuert werden, dass die Amplituden ungefähr konstant gehalten werden, wobei die Nadelgeschwindigkeit abnimmt, wenn die Frequenz reduziert wird.

Diese Praxis wird im Allgemeinen bei der Plattenaufzeichnung befolgt, um ein Durchschneiden benachbarter Rillen bei niedrigen Frequenzen zu vermeiden. Der Verlust entsteht durch geeignete Kompensation in der Wiedergabeschaltung.
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Der Aufbau des "Registriermessers" und der elektrische Ersatzschaltkreis sind in Abb. 3 dargestellt. Da der Anker bei konstantem Strom in der Schreiberwicklung eine konstante Kraft erfährt, wird der elektrische Schaltkreis so dargestellt, dass er wie eine Konstantspannungsquelle arbeitet.
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Die Ausgabe des mechanischen Systems wird durch die seitliche Taststiftgeschwindigkeit dargestellt und ist äquivalent zu einem Strom durch die zweite Induktivität des elektrischen Netzwerks. Diese Schaltung hat mit zunehmender Frequenz eine ansteigende Kennlinie und kompensiert den abnehmenden Strom durch die Recorderwicklung aufgrund der Induktivität. Die Vorzüge der lateralen Aufzeichnung wurden ausführlich diskutiert. Von größter Wichtigkeit ist die Aufhebung der geradzahligen harmonischen Verzerrung. *1)
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Abb. 4. Zu erwartende Gesamtverzerrung (rms.) bei 400 Hz.

Die Verzerrungen

Unter normalen Betriebsbedingungen beträgt die Gesamtverzerrung der kombinierten Aufnahme- und Wiedergabevorgänge weniger als 5%. Die zu erwartende "rms"-Gesamtverzerrung bei 400 HZ bei unterschiedlichen Modulationsgraden ist in Fig. 4 angegeben. Diese Beobachtungen wurden bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von 33,3 U/min und einem Durchmesser von 12 Zoll (30cm) gemacht.

Alle Plattensysteme leiden bislang unter Hochfrequenz-Übertragungsverlusten und erhöhter Verzerrung, wenn der Aufzeichnungsdurchmesser oder die lineare Oberflächengeschwindigkeit zu klein wird. (Anmerkung : Damals wurden Frequenzen über 10.000 Hz als Hochfrequenz bezeichnet).
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Die durchschnittlichen Verluste, die bei verschiedenen Schallplattendurchmessern bei 33,3 U/min eintreten, sind in Fig. 5 gezeigt. Diese gelten für spezielle weiche Kompositionsrohlinge (das sind die speziellen Schallfolien), die bei sofortiger Wiedergabe verwendet werden. Bei aus härterem Material gepressten Standardplatten sind die Verluste weniger gravierend.
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Abb. 5. Mittlere Verluste bei verschiedenen Rekorddurchmessern bei 33,3 U/min.

Diese Verluste werden durch eine Kombination aus der endlichen Größe der Abtastnadelspitze, der Wellenlänge des aufgezeichneten Tons, dem Gewicht des Tonabnehmers und der Nachgiebigkeit des Plattenmaterials verursacht.
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Bessere Werte bei den Platten im Aussenbereich

Es ist möglich, die Verluste bis zu einem gewissen Grad zu kompensieren, aber es hat sich als nicht praktikabel erwiesen, eine vollständige Kompensation oberhalb von 6.000 bis 7.000 Hz zu versuchen - wegen der starken Dämpfung im oberen Bereich. Daher werden beim Erstellen von High-Fidelity- Aufzeichnungen, bei denen die Qualität von größter Bedeutung ist, die besten Ergebnisse erzielt, indem die Spiel- oder Lauf- Zeit auf zwei oder mehr Platten aufgeteilt und die Aufzeichnung auf angemessen hohe lineare Geschwindigkeiten beschränkt wird.

Eine gewisse Verringerung der Übertragungsverluste kann erreicht werden, indem von den Standardrillenabmessungen abgewichen wird, beispielsweise indem der Radius von 0,0023 Zoll auf 0,001 Zoll verringert wird. Eine weitere Reduzierung könnte durch eine Erhöhung der durchschnittlichen Aufzeichnungsgeschwindigkeit erreicht werden. Angesichts der umfangreichen Verdoppelung der Ausrüstung erscheinen beide Lösung nicht wirtschaftlich.
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Das Wiedergabegerät RCA MI-4856

Das Abspielgerät RCA MJ-4856 ist in erster Linie für die Verwendung auf abriebsfesten High-Fidelity-Schallplatten bestimmt, kann aber auch auf allen Seitenschrift Schallplatten mit Standard-Rillenabmessungen (das wären die 75um Nadeln der Schellack-Platten) verwendet werden (die Mono-LP mit der dünneren Nadel und der schmaleren Rille wurde erst 1949 vorgestellt), einschließlich besonderer beschichteter Schneidfolien, die für die sofortige Wiedergabe verwendet werden.

Das Abspielgerät ist mit einer harten Diamantspitze ausgestattet, deren Radius dem 0,0023"-Standard entspricht. Dieser Radius wird in engen Grenzen gehalten, die + 0,0001" nicht überschreiten, um eine gleichmäßige Druckverteilung über den Boden einer Standardrille sicherzustellen.
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Ein ganz erstaunlich linearer Frequenzgang (1938 !!)

Abb. 6. Kennlinie des Reproduzierers mit Standard-12-Zoll-Pressung bei 33,3 U/min.


Der Frequenzgang des Wiedergabegeräts bei einer 12" Standard- Test-Pressung und einer Drehzahl von 33,3 U/min ist in Abb. 6 dargestellt.
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Abb. 8. Konstruktion des Pickups.

Der innere Aufbau des Tonabnehmers ist schematisch in Abb. 8 dargestellt. Der Anker ist vom "geklemmten Reed-Typ" (??). Die beiden oberen Luftspalte sind inaktiv und werden durch nichtmagnetische Abstandshalter gefüllt.

Da die mechanische Ankerimpedanz zu hoch ist, um direkt mit der Schallplatte gekoppelt zu werden, wird eine Verbindung mit einem Hebelverhältnis von 6 zu 1 oder einem Impedanzverhältnis von 36 zu 1 verwendet.

Die Rautenspitze ist am unteren Ende eines extrem leichten, vertikal gelagerten, aber seitlich starren Schwenkarms befestigt. Somit kann sich der Schwenkarm wie beim "Kneifen" anheben, ohne den gesamten Aufnehmer anzuheben.

In der Richtung der Nutzbewegung, die auf den Anker übertragen wird, weist das Gestänge ein Minimum an Nachgiebigkeit auf und die obere Grenze ist bei etwa 9.000 Hz. Diese Spitze wird durch einen Block aus belastetem Gummi reduziert, der als selektiver Dämpfer angeordnet ist und ungefähr auf die Spitzenfrequenz abgestimmt ist.
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Die Frequenz-Kompensation beim Schneiden

Die Ausgangsspannung des Abtasters, der in eine Widerstandslast hinein arbeitet, würde wegen der Induktivität seiner Wicklung bei hohen Frequenzen abfallen, es sei denn, die Wicklung würde klein gehalten. Dies ist nicht mit hoher Leistung vereinbar. Daher wird eine Shunt-Kapazität über den Aufnehmer geschaltet, die, indem sie breit mit der Induktivität reagiert, die "Reaktion" über einen Teil des oberen Bereichs erhöht.

Der Abtaster hat am oberen Ende eine leicht ansteigende Kennlinie, die ausreicht, um Hochfrequenz-Nadel- oder Übertragungsverluste auszugleichen, die bei einem mittleren Schallplattendurchmesser von 12" bei 33,3 U/min auftreten.

Bei der Herstellung von High-Fidelity-Aufzeichnungen (also den Mastern für das Presswerk), einschließlich der Platten (Folien) zur sofortigen Wiedergabe, wird von dem Gebrauch gemacht, das als Vor- und Nachentzerrung oder Komplementärkompensation bekannt ist.

Aufgrund der Energieverteilung in den meisten Sprachen und bei Musik ist es möglich, die höheren Frequenzen beim Aufnehmen einer Schallplatte zu betonen und sie bei der Wiedergabe zu dämpfen, wodurch das Oberflächen- oder Grundrauschen aufgrund des Schallplattenmaterials reduziert wird. (Hier wird auf die spätere Schneidkennlinie der 1949er LP Bezug genommen.)
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Auf- und Wiedergabe- Ver- bzw. Entzerrung .....

Abb. 7. Aufnahme und Wiedergabe von Verstärkerkennlinien.

Fig. 7 zeigt die Eigenschaften des Aufzeichnungs- und Wiedergabeverstärkers und das ideale Gesamtbild, zu dem die Eigenschaften des Wiedergabegeräts hinzugefügt werden müssen. Dieses Verfahren zum Reduzieren von Oberflächenrauschen kann in den meisten Fällen erfolgreich verwendet werden, ohne dass nennenswerte Verzerrungen hinzugefügt werden.

Tests zeigen einen vernachlässigbaren Verschleiß der Diamantnadel auf reibungsarmen Schallplatten.

Bei Schallplatten mit „Schellack“-Zusammensetzung ist nach etwa 5.000 10"-Flächen ein erkennbarer Verschleiß vorhanden, um einen Austausch der Spitze zu rechtfertigen. Dies ist aber eine erheblich längere Lebensdauer als die ABtast-Spitzen (Nadeln) aus Iridium oder Saphir, wenn sie auf abrasiven Schallplatten mit dem gleichen Druck von zwei Unzen verwendet werden.

Eine Verbesserung der "Tonabnehmerverfolgung" (das Tracking - Spurhalten - in der Rille) wurde vorgenommen, indem der Kopf in Bezug auf den Arm versetzt wurde. Dieser (Kröpfungs-) Winkel, der ungefähr 10 Grad beträgt, führt zu zwei optimalen Positionen mit der Rille, eine nahe der Mitte der Schallplatte und die zweite nahe der Außenkante. Der Fehler im Verfolgungswinkel zwischen diesen Positionen beträgt weniger als 5 Grad.

HINWEIS
1 Pierce, J. A., and Hunt, F. V.: „Distortion in Sound Reproduction from Phonograph Records“, /. Soc. Mot. Bild. Eng., XXXI (August 1938), p. 157.
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Im Anschluß an jeden SMPE Vortrag die DISKUSSION

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  • Herr Wolf: Handelt es sich um eine herkömmliche Form von Acetat?

  • Herr Hasbrouck: Ja. Die Wiedergabe wurde bis hoch zu 9.500 oder 10.000 cps entzerrt. Darunter gab es weder bei der Aufzeichnung noch bei der Wiedergabe eine Beschränkung.

  • Mr. Wolf: Wird es jetzt von irgendwelchen Studios für die Wiedergabe verwendet?

  • Mr. Hasbrouck: Ja, viele von ihnen, sowohl Film- als auch Rundfunkstudios.

  • Mr. Carver: Wenn Sie „herkömmliches Acetat“ sagen, meinen Sie vermutlich Nitrat. Alles, was ich je gesehen habe, war Nitrat.

  • Herr Hasbrouck: Das Wort „Acetat“ ist missverständlich. Es ist eine Nitratbasis. Es gibt andere Zutaten.

  • Mr. Crabtree: Was sind die Vorzüge dieses lateralen Systems gegenüber dem Berg- und- Tal-System?

  • Herr Hasbrouck: Das ist in vielen Veröffentlichungen ausführlich diskutiert worden. Der Hauptvorteil ist die Aufhebung der geraden harmonischen Verzerrung im lateralen System. Es ähnelt einem "Push-Pull"-Verstärker.

  • Mr. Johnson: Die Berg- und -Tal-Kontroverse ist wie ein Auto, das über eine unebene Straße fährt, verglichen mit einem Motor auf einer welligen Piste. Der beste Kontakt zwischen der Nadel und der Rille ist natürlich in der seitlichen Rillenwand. Wenn der Stift tiefer "gräbt", ist der Widerstand größer und es ist wahrscheinlich, dass es rattert.

  • Mr. Crabtree: Vor vielen Jahren hatten wir Vorführungen bei diesen Zusammenkünften von Berg- und- Tal-Rekorden, die für mich sehr erfreulich waren. Es ist bedauerlich, dass der Autor sein Aufnahmegerät nicht mitgebracht und tatsächlich im Raum aufgenommen und beispielsweise eine Rede unseres Präsidenten wiedergegeben hat. Ich wünschte, wir könnten beim nächsten Treffen jemanden arrangieren, der eine solche Demonstration veranstaltet. Es beeindruckt so viel mehr, wenn wir das Original und dann die Reproduktion hören, als nur die Reproduktion zu hören.

  • Mr. Wolf: Wird dieses System in Hollywood unter Ausschluss anderer Wiedergabeverfahren eingesetzt? Wird das Miller-System überhaupt für die sofortige Wiedergabe verwendet ?

  • Mr. Wolfe (??) : Meines Wissens nach wird das Miller-System nicht in den Studios verwendet, aber dieses Verfahren ist sicherlich nicht das einzige, das für Wiedergabezwecke verwendet wird. Auch hier wird, soweit ich weiß, kein Negativ mit variabler Dichte in den Studios wiedergegeben, sondern R.K.O. gibt in bestimmten Fällen Negativvariablen mit variablem Bereich wieder. Es werden zwei Wiedergabemethoden verwendet: entweder Acetatscheibe, teils lateral und teils hügelig, oder durch Reproduktion von Film.

  • Mr. Wolf: Ich denke, dass elektromagnetische Aufnahmen wahrscheinlich bald in den Studios sein werden. Das Bell-Labor arbeitet seit einigen Jahren an dieser Aufnahmemethode. Ich denke, Sie werden spätestens auf der New Yorker Weltausstellung eine Magnetaufzeichnungsqualität sehen, die mit den besten Wiedergaben vergleichbar ist, die die meisten von uns je gehört haben. Dieses Medium wird auch für bestimmte Arten der Wiedergabe und Bearbeitung sehr nützlich sein.

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  • Anmerkung : Die AEG hatte noch vor 1938 das Magnetphon in USA bei ihrem "Partner" RCA vorgestellt, war aber wegen des hohen Rauschens (es war ein Gerät noch ohne die spätere HF-Vormagnetisierung) abgeblitzt. Die damaligen geschnittenen Schellack-Platten waren rauschmäßig besser.

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