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Eine STERE0 TITELGESCHICHTE aus 1983

von Gert redlich im April 2017 - Der Redakteur hat sich bemüht, einem Laien relativ knapp und bündig die unterschiedlichen Schliffe der Nadelspitze eines Abtastdiamanten zu erläutern. Doch das Thema ist zu komplex, um es "mal eben" auf 2 A4 Heftseiten samt Bildern auszubreiten. Weiterhin sind die Bilder nur teilweise erklärend. Überwiegend sind die Vergrößerungen immer noch viel zu klein, um den Kern der Sache zu treffen.

Was überhaupt fehlt, ist der erklärte Unterschied zwischen Vergrößerungen bzw. den Fotos davon mit einem Lichtmikroskop und einem Elektronenmikroskop. Auch ist es zum Verständnis des Themas nicht sehr hilfreich, so unterschiedlich stark vergrößerte Fotos nebeneinander zustellen.

Vorab-Ergänzung zum allgemeinen Verständnis

Auf dem Bild rechts sehen sie eine symbolische Darstellung der Abtastnadel an einem symbolischen Nadelträger. Dieser Nadelträger ist in der Regel ein Röhrchen, das spielt aber für die Funktion keine Rolle. Betrachten Sie den roten Kreis ganz unten diekt über der Rille. NUR dieser Bereich !!! ist für uns überhaupt wichtig. Alle anderen Fotos und Darstellungen sind Makulatur bzw. populistische Schönheitsfotos.

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Die TECHNIK-STORY AUS STEREO 10/1983 :
"Auf den Schliff kommt es an!"

  • Anmerkung : Es geht um die "Nadel"-Spitze des Diamantsplitters ganz vorne im Abtastsystem. - Nur ein Foto (die Shibata Nadel) aus dem REM, dem Raster Elektronen Mikroskop zeigt wirklich die Verrundung der Spitze des Diamanten, alle anderen Fotos sind vielzu wenig vergrößert und entbehren damit jeder Aussagekraft bezüglich der Form der Nadelspitze. Achten Sie auf die (nachträglich von mir eingebrachten) roten Kreise auf den Fotos und beurteilen Sie selbst, was Sie da wirklich erkennen.

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Beachten Sie nur den roten Kreis, alles andere ist fast nebensächlich. Auf den Fotos weiter untern ist auch nur der Inhalt des jeweiligen roten Kreises von Bedeutung.

Die wichtigsten Formen der Abtastdiamanten

Wer hat sich beim Kauf eines Plattenspielers, eines neuen Abtastsystems oder Nadeleinschubs nicht schon gefragt, was ein Van-den-Hul-Schliff oder eine elliptische Nadel eigentlich bedeutet?

Wie unterscheiden sich die Abtastdiamanten;
welche soll man vorziehen? STEREO sagt Ihnen in dieser Übersicht, worin sich die verschiedenen Nadelschliff-Formen unterscheiden und was ihre Vor- und Nachteile sind.

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  • Anmerkung : Diese Art von Einleitung finden wir in vielen dieser Hochglanz-Magazine in sehr ähnlicher Form. Also "nur die Zeitschrift STEREO" sagt uns, wie das mit diesen Nadeln wirklich geht. Sind "die anderen" also "dumm" ?

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Die Anforderung :

Von der Tonabnehmernadel (besser : dem Abtastdiamanten) wird verlangt, daß sie den Auslenkungen der Plattenrille so gut wie möglich folgt. Daß dies nicht einfach ist, erkennt man bei genauerem Hinsehen: Die Rille selbst wird mit einem V-förmigen Stichel geschnitten, der eine Spitzenverrundung von zwei bis vier Mikrometern (2 bis 4µm) aufweist.

  • Anmerkung : Diese kleinste Verrundung sagt uns nur, die geschnittene Rille ist wirklich nahezu V-förmig und auf dem Rillengrund eben nicht unten rund oder gerundet. Es sei denn, der Stichel ist bereits abgenutzt oder gar abgebrochen.

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Die Schneidstichelgeometrie und die Verrundungsradien

Der Abtastdiamant dagegen weist im allgemeinen größere Verrundungsradien auf, also größer als diese (2 bis 4µm) . Je größer die Abweichung von der Schneidstichelgeometrie, desto größer die Gefahr von Klangverfälschungen. Allerdings kann eine Abtastnadel mit der Geometrie des Schneidstichels die Plattenrille bei mehrmaligem Abspielen doch (erheblich) schädigen.

In der Praxis haben sich daher verschiedene Nadelschliff-Formen ausgebildet, die einerseits dem Ideal des Schneidstichels möglichst nahekommen "sollen" !!, andererseits aber den Verschleiß der Platte gering halten.
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  • Anmerkung : So stimmt das nicht.
    Die Väter der Schellackplatte
    hatten sich schon genaue Gedanken gemacht, wie sauber bzw. genau man diesen Stichel anfertigen kann und wie spitz die damaligen Stahlnadeln sein müssten. Wie immer, gibt es dafür eine richtige DIN Norm.
    Als 1948 die ersten Vinyl-Scheiben raus kamen, in Mono natürlich, sprach man bereits von der Micro-Rille und der Micro-Nadel, damals meist ein Saphir.
    Als dann 1958 die Vinyl-Stereoplatte aus der Taufe gehoben wurde, wurden die Geomentrie nochmals verkleinert und wieder gab es eine dritte genaue Beschreibung, also eine internationale NORM, wie die Abmessungen zu gestalten seien und natürlich auch wieder eine DIN Norm.
    Daran sollten sich alle Schneidstudios und Abspieler-Hersteller halten, damit die uns bekannte LP wirklich weltweit abspielbar sein sollte. Da hatte auch viele Jahre so geklappt. - Um 1974 herum wurde das genormte System dann technologisch bis zum letzten machbaren Mikrometer ausgequetscht, als die Direktschnitt-Platten aufkamen.

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Der sphärische Schliff

Konusnadel, 190fach vergrößert. Kein Volldiamant, sondern metallgefaßte Diamantspitze (bonded tip)

Die ersten aus Diamant gefertigten Nadeln wiesen eine sphärische Spitze auf; auch die Bezeichnung „konische Nadel" ist üblich. Sie rührt daher, daß das (diamantene) Vierkantstäbchen vorn verjüngt werden muß, um in die Rille zu passen (Breite der Stereorille: 40 Mikrometer). Die Abtastzone ist ähnlich einem Kugelabschnitt in den Konus „eingeblendet". Mit seiner Spitzenverrundung (mit einem Radius) von 15 Mikrometern paßt er gut in eine Stereorille, ist aber recht groß im Verhältnis zum Schneidstichel.

Darin liegt sein Hauptnachteil: Da die Schallplatte zwar mit konstanter Drehzahl, aber innen mit abnehmender Bahngeschwindigkeit abgetastet wird, verkürzt sich die Wellenlänge eines 20-Kilohertz-Tons von der Einlaufrille (Durchmesser 29 Zentimeter) bis zum maximal modulierten Teil der Platte (Durchmesser 12 Zentimeter) von 25 auf 10 Mikrometer, auf Werte also, die kleiner als der Verrundungsradius sind.

Es tritt deswegen im Verlauf der Abtastung einer Platte ein Höhenverlust auf, der sogenannte „Wellenlängenverlust". Gleichzeitig nimmt der Klirrfaktor zu.

  • Anmerkung : Besser erklärt man das mit der deutlich reduzierten Daten- oder Informatons-Dichte, je weiter die Abtastnadel in der Rille nach innen fährt. Beim Tonbandgerät ist es ganz deutlich. Je langsamer das Band läuft, desto weniger Platz habe ich für die anfänglich gleichen Informationen. Bei sehr langsamen Geschwindigkeiten ist einfach kein Platz mehr auf dem Band, um zum Beispiel 12 oder gar 16 Kilohertz oder mehr zu speichern.

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Das ist aber nur ein Teil des Problems der nach innen immer weiter abnehmenden Qualität.
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Der elliptische Schliff

Elliptische Nadel (Shure V15 Typ Mi) schräg von oben. Links eine der beiden Ellipsen. Die abgeflachte Stelle links oben (Länge zirka ein zwanzigtausendstel Millimeter!) ist der einseitige Abschliff durch falsch justiertes Antiskating

Die Höhenabtastfähigkeit kann man dadurch verbessern, daß die Spitze zwei verschiedene Radien erhält. Der kleinere Radius ist natürlich quer zur Plattenrille. Um die Abtastnadel trotzdem sicher zu führen, vergrößert man den zweiten Radius und erhält so den biradialen oder elliptischen Abtaster. Die Werte schwanken zwischen 5µm und 8µm (Mikrometer) für den kleinen, den sogenannten seitlichen Radius, und für den großen Radius zwischen 18µm und 25µm (Mikrometer).

Die Aufzeichnung der hohen Frequenzen wird auf diese Weise wesentlich besser abgetastet als mit einem sphärischen (runden) Diamanten. Der gesamte hörbare Frequenzbereich kann bei (fast) allen Plattenradien abgetastet werden. Zudem sind die Kontaktpunkte eines elliptischen Diamanten stets parallel zum Plattenradius - wie beim Schneidstichel. Dies ist beim sphärischen Diamanten nicht immer der Fall. Bei beiden Schliff-Typen sind die Größen (Flächen) der beiden Kontaktzonen außerordentlich klein.

Wegen der elastischen Natur des Plattenmaterials Polyvinylchlorid wird zwar die Auflagefläche während der Abtastung vergrößert; trotzdem wurde der statische Auflagedruck in einer unmodulierten Rille bei 5µm Verrundungsradius und 10µm Auflagekraft von der Firma Shure auf 50 Kilobar geschätzt; das entspricht dem 50.000 fachen Atmosphärendruck.
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  • Anmerkung : Eine Aussage über den (besser verständlichen) Pressdruck in Tonnen pro Quadratmillimeter kommt noch.

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Shibata- und PAROC-Schliff

Shibata-H-Nadel, 1000fach vergrößert. Draufsicht auf die Spitze. Senkrecht zur Bildmitte die lange Krümmung, links davon die beiden ellipsenförmigen Abnutzungssteilen (Kontaktflächen)
Paroc-Nadel von vorne (Lichtmikroskop). Gut erkennbar die parabolische Schlifform

Für den CD4-Betrieb (Abtastung von Frequenzen bis zu 50 Kilohertz sind (waren) hier erforderlich) entwickelt, erwiesen sich die Nadelschlifftypen des Japaners Shibata und von Dr. Weinz (PAROC kommt von Paraboic Oval Cone) auch für die Abtastung normaler Stereoplatten als gut geeignet.

Beiden gemeinsam ist die Verlängerung der Kontaktzone in der Plattenrille in vertikaler Richtung durch einen parabolischen Schliff des großen Kontakt-„Radius". (Gemeint sind natürlich die beiden Kontaktzonen.) Da der zweite Radius ebenfalls sehr klein gewählt wird, kann man auch höchste Tonfrequenzen plattenschonender als mit der biradialen Nadel abtasten.

Im Fall der PAROC-Nadel beträgt der parabolische Radius 75µm (Mikrometer). Der seitliche Radius wird durch Anschleifen von zwei gegenüberliegenden Facetten (vier Facetten für CD4-Betrieb) und anschließendes Einblenden auf 5µm bis 7µm (Mikrometer) gebracht. Schließlich ist vom sorgfältig ausgewählten Rohdiamanten nur noch ein kleiner Konus übrig, der dann auf den Nadeiträger aufgeklebt wird.

Die Shibata-Nadel weist ebenfalls einen parabolischen Nadelschliff von 75µm „Radius" auf. Die Spitze wird durch Anschleifen zweier im stumpfen Winkel aneinanderstoßender Facetten über die Mitte hinüber ausgebildet. Dadurch ist die Nadel zwar rechts-links-symmetrisch, aber asymmetrisch bezüglich der Laufrichtung. Dadurch ändern sich in einer modulierten Rille die Kontaktzonen, was zu Intermodulationsverzerrungen führt. Eine Weiterentwicklung des PAROC-Schliffs stellt übrigens die sogenannte „Trigon" -Nadel dar, wie sie im Clearaudio „Gamma" verwendet wird (siehe Vergleichstest in diesem Heft STEREO 10/1983).
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Der "van-den-Hul"-Schliff

Van-den-Hul-l-Nadel, ca. 10Ofach vergrößert. Knapp unterhalb der Spitze befindet sich die Berührungszone mit der Rillenflanke

Einer der letzten Nadelschlifftypen der zu Ende gehenden Analog-Ära dürfte der nach dem holländischen Entwickler benannte Van-den-Hul-Schliff sein.

(Wie der Schneidstichel hat er V-Form mit flachen Frontflächen. Hingegen ist sein seitlicher Radius gegenüber einem Mikrometer beim Schneidstichel auf 3,5µmMikrometer) „vergrößert". Der große Radius beträgt 85µm. Das bedeutet gegenüber PAROC eine weitere Verlängerung der vertikalen Berührungszone. Da die Berührungszone nur eine vertikale Komponente hat - wie der Schneidstichel -, kann diese Zone nicht wie bei anderen Schliffen in der Vertikalen „wandern", was ein geringeres Grundrauschen bedeutet. Die Plattenabnutzung ist geringer. Vor allem aber können wegen des geringen seitlichen Radius auch feinste Modulationen höchster Frequenzen (maximal - theoretisch - bis 85 Kilohertz) aufgelöst werden; deswegen sind die Intermodulationsprodukte geringer als bei anderen Schlifftypen. Der Schliff erfordert allerdings wegen seiner ausgeprägten vertikalen Symmetrie sorgfältigste Justage, da sonst der Diamant tatsächlich zum Schneidstichel wird.
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