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Die Hifi-Komponenten von 1982

Das ist die Fortführung einer Reihe von Artikeln, die hier angefangen haben. Und hier geht es zurück zum vorangegangenen Kapitel 4.1 - "Tuner und Antenne".

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4 Komponenten der HiFi-Anlage
4.2 Plattenspieler

Grundsätzlicher Aufbau und Funktion
Neben dem Rundfunkempfangsteil ist der Plattenspieler immer noch die wichtigste Programmquelle einer HiFi-Anlage, zumal er im Laufe der letzten Jahre gleichzeitig mit dem großen Angebot und der beträchtlichen Qualitätssteigerung der Schallplatte in allen seinen Bestandteilen erheblich verbessert werden konnte.

Die "Bestandteile" eines Plattenspielers

Er besteht im wesentlichen aus dem Laufwerk und der Abtasteinrichtung, die gemeinsam auf einer Platine - auch Chassis genannt - zu einer betriebsfähigen Einheit zusammengefaßt sind.

Zum Laufwerk gehören

  • der Antriebsmotor,
    das Getriebe und
    der Plattenteller,

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  • zur Abtasteinrichtung
    der Tonarm und
    das Tonabnehmersystem.

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Das Laufwerk

Die so einfach erscheinende Aufgabe des Laufwerks, die Schallplatte mit konstanter Winkelgeschwindigkeit bei den Drehzahlen 33 1/3 und 45 U/min möglichst erschütterungsfrei zu drehen, setzt für eine hifi-gerechte Wiedergabe hohe feinwerktechnische Präzision der Laufwerkskonstruktion voraus.

Wir untescheiden 3 Antriebsarten

Grundsätzlich sind die Laufwerke durch die Art ihres Antriebs gekennzeichnet. Man unterscheidet zwischen Reibrad-, Riemen- und Direktantrieb des Plattentellers.

Die Antriebsmotoren

Als Antriebsmotoren werden am Lichtnetz betriebene Wechselstrom- als auch Niedervolt-Gleichstrommotoren verwendet.

Neuerdings werden in riemengetriebenen Laufwerken auch Gleichstrommotoren benutzt, bei denen man das magnetische Feld im Ständer nicht durch stromdurchflossene Spulen, sondern mit einem ringförmigen Dauermagneten erzeugt (Abb. 4.2-1).

Gegenüber Wechselstrommotoren zeichnen sie sich durch einen hohen Wirkungsgrad, kleine Abmessungen und niedrigere Drehzahlen aus. Da ihre Drehzahl lastabhängig ist, muß sie mit besonderen Regelschaltungen konstant gehalten werden. Wie das Schnittbild erkennen läßt, sitzt auf der Motorwelle noch ein mehrpoliger Tachogenerator, dessen drehzahlproportionale Frequenz bzw. Spannung als Stellgröße zum Regeln der Motordrehzahl dient.

Der Direktantrieb

Für den Direktantrieb des Plattentellers verwendet man kollektorlose Gleichstrommotoren, die mit 33 1/3 bzw. 45 U/min laufen. Die Schaltung der Antriebsspulen (Kommutierung) erfolgt von zwei um 22,5° gegeneinander versetzten Hallgeneratoren Anmerkung : Was ist ein Hall-Generator ?), die vier im Ständer angeordnete Feldspulen so kontinuierlich schalten, daß ein homogenes Drehfeld entsteht. Wie Abb. 4.2-2 zeigt, erhält der Läufer sein Drehmoment von einem ringförmigen Permanentmagneten, dessen - den Ständerspulen gegenüberliegende - Stirnseite achtpolig magnetisiert ist. Zum Stabilisieren der Drehzahl dient ebenfalls ein mit dem Motor gekoppelter Tachogenerator.

Der Reibradantrieb

Wie man aus Abb. 4.2-3 erkennt, wird hier die Umfangskraft der Motorwelle mit einem Reibrad - auch Zwischenrad genannt - auf den Plattenteller übertragen. Die Drehzahl des Tellers hängt ausschließlich von der Motordrehzahl, dem Durchmesser der Motorwelle und dem des Plattenteller-Antriebsrandes ab. Für die vorgesehenen Drehzahlen weist die Motorwelle unterschiedliche Durchmesser auf. Mit einer mechanischen Schalteinrichtung führt man das Reibrad in die der gewünschten Drehzahl entsprechende Höhenstellung zur abgestuften Motorwelle.
Der relativ einfache und robuste Reibradantrieb wird für HiFi-Laufwerke nur noch selten verwendet. Wegen der starren und dämpfungsarmen Kopplung des Reibrades zwischen der Motorwelle und dem Plattenteller neigen Reibradantriebe mehr zu Rumpelstörungen als andere Antriebe. Nach längerer Betriebszeit härtet der elastische Belag (der Gummi) des Reibrades aus, er wird glatt und verliert seine Griffigkeit.

Der Riemenantrieb

Bei dieser Antriebsart wird die Umfangskraft der Motorwelle von einem elastischen Riemen auf den Plattenteller übertragen {Abb. 4.2-4). Die Drehzahl des Tellers ist von der Motordrehzahl, dem Durchmesser der Motorwelle und dem des Teller-Antriebsrades bestimmt. Gegenüber dem Reibradantrieb erzielt man mit dem Riemenantrieb eine wirksamere Vibrationsdämpfung zwischen Motor und Plattenteller und damit einen größeren Störabstand.

Das Schwingchassis

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Tonarm und der Plattenteller - vom Hauptchassis getrennt - auf einem mit diesem federnd verbundenen Schwingchassis aufgebaut werden können (Abb. 4.2-5).

Bei solcher Anordnung ist der Tonarm gegen Motorvibrationen und von außen einwirkende Erschütterungen, wie z.B. Trittschall oder akustische Einwirkungen vom Lautsprecher her (AKR), besser geschützt. Zum Umschalten der Drehzahl wird beim Riemenantrieb der Riemen mechanisch auf einen anderen Abschnitt der Antriebswelle mit größerem oder kleinerem Durchmesser gelegt. Besser als diese mechanische Änderung der Übersetzung ist die elektrische Beeinflussung der Motordrehzahl, da hierbei der empfindliche Riemen nicht verlagert und gedehnt werden muß.

Der Riemenantrieb wird nicht nur bei vielen hochwertigen HiFi-Plattenspielern, sondern auch bei Abspielgeräten der absoluten Spitzenklasse, wie beispielsweise von Thorens der Typ „Die Referenz" (Abb. 4.2-6), von Micro Seiki das High-End-Laufwerk „RX 5000/ RY 5000" oder von der engl. Fa. Mitchel „Transrotor Double-Deck" verwendet.

Einzelheiten des Direktantriebs

Bei vorgenannter Antriebsart sitzt der Plattenteller unmittelbar auf der Welle eines mit 33 1/3 oder 45 U/min laufenden kollektorlosen Gleichstrommotors (Abb. 4.2-7). Zum Stabilisieren der Drehzahl dient ein mit dem Motor gekoppelter hochpoliger Frequenzgenerator, der eine drehzahlproportionale Frequenz als „Ist-Wert" an eine PLL-Schaltung (Phase Locked Loop = phasengerasteter Regelkreis) liefert und dort mit einer „ Soll-Wert"-Frequenz verglichen wird. Da beim Direktantrieb alle der Bewegungsübertragung dienenden mechanischen Teile entfallen, ist er wenig störanfällig und wird deshalb immer häufiger bei HiFi-Abspielgeräten eingesetzt.

Das Tangential-Antriebssystem

Eine Variante des Direktantriebes ist das „Tangential-Antriebssystem" der Fa. B&O, das im Plattenspieler Typ BEOGRAM 8000 angewendet wird. Es handelt sich um einen Wirbelstrommotor, bei dem der Plattenteller den Rotor bildet und dessen Funktionsweise der Wirbelstrombremse eines Stromzählers vergleichbar ist (Abb. 4.2-8). Ein unter dem Plattenteller befestigter Aluminiumring wird durch Wirbelströme, die von zwei fest mit dem Chassis verbundenen Spulensätzen erzeugt werden, in Drehbewegung versetzt.

Eine quarzgeregelte Servoschaltung steuert den durch die Spulen fließenden Wechselstrom, der wiederum durch Drehimpulse des Plattentellers über einen Tachogenerator geregelt wird. Da der Aluminiumring über keinerlei magnetische Pole verfügt, wird der Plattenteller nicht schrittweise bewegt und auch keinen Schwingungen ausgesetzt, die die Wiedergabequalität beeinträchtigen können.

Der Linear-Antrieb

Die Fa. Fisher verwendet einen Linear-Antrieb, bei dem der Plattenteller ebenfalls als drehender Teil (Rotor) des Motors dient. Die Antriebsspulen sind mit ihren Steuerorganen fest mit dem Chassis verbunden, während an der Unterseite des Tellers ein Magnetband angebracht ist, in dem 120 Pole permanent einmagnetisiert sind. Die große Anzahl der Magnetpole verleiht dem Linearantrieb einen erschütterungsarmen und gleichförmigen Lauf. Vergleicht man die Vor- und Nachteile des Direktantriebs mit denen des Riemenantriebs, so zeigt sich keine ausgesprochene Überlegenheit eines dieser beiden Antriebssysteme. Sowohl der Riemenantrieb als auch der Direktantrieb sind heute abspieltechnisch derart ausgereift, daß sie den höchsten Anforderungen gerecht werden.

Der Plattenteller

Als Auflage für die Schallplatte soll er sich völlig gleichmäßig und erschütterungsfrei drehen. Damit die Drehgeschwindigkeit während des Spiels sich nicht durch unterschiedliche Belastungen der Abtastnadel oder durch den Einsatz eines Plattenbesens ändert, muß der Teller ein genügend großes Trägheitsmoment aufweisen. Auch soll die Schallplatte darauf möglichst ganzflächig aufliegen, der Durchmesser muß daher mindestens 30cm betragen. Die Gewichtsangabe in kg stellt allein noch kein Qualitätsmerkmal für einen Plattenteller dar. Um ein hohes Trägheitsmoment zu erzielen, ist seine Masse hauptsächlich am Außenrand des Tellers zu konzentrieren (Abb. 4.2-7).

Schwer und dennoch antimagnetisch soll er sein

Hochwertige Plattenteller werden aus Zink- oder Alu-Legierungen hergestellt und dynamisch ausgewuchtet. Solche Teller sind sehr maßgenau und beeinflussen, weil antimagnetisch, auch nicht die Auflagekraft, wenn man induktive Tonabnehmer verwendet. Zur Erhöhung der Mitnahmereibung zwischen der Schallplatte und dem Teller versieht man diesen mit einem Belagmeist aus Gummi. Er soll möglichst weich sein, damit sich harte Staubkörnchen in ihn hineindrücken können, ohne die Schallplattenoberfläche zu beschädigen.

Die Motorregelung

Die Drehzahl eines Gleichstrommotors hängt von der Betriebsspannung und der Belastung ab; sie muß daher beim Plattenspieler durch besondere Maßnahmen konstant gehalten werden. Eine recht hohe Drehzahlkonstanz erreicht man bei der elektronischen Regelung mit einem Tachogenerator, dessen Wirkungsprinzip in Abb. 4.2-9a dargestellt ist. Die im Tachogenerator während der Rotation des Motors erzeugte Wechselspannung mit einer von der Drehzahl abhängigen Frequenz wird in einer elektronischen Schaltung in eine entsprechende Gleichspannung umgesetzt und diese einem Regelverstärker zugeführt, um dort als „Istwert" mit einer Referenzspannung („Sollwert") verglichen zu werden. Das Ergebnis dient dann als Stellgröße zur Korrektur der Motordrehzahl.

Die Regelung des Plattentellers

Der Tachogenerator kann auch zum Erfassen der Istdrehzahl direkt an die Plattentellerachse gekoppelt werden. Bei dem von Philips als „Direct Control System" bezeichneten Regelungsprinzip {Abb. 4.2-9b) werden auch die geringsten Drehzahlabweichungen des Tellers vom Tachogenerator registriert und als Regelsignale an den Motor weitergeleitet. (Anmerkung : Große Probleme mit der Neigung zum Schwingen.)

Der quarzgesteuerte Direktantrieb

Laufwerke mit Direktantrieb werden häufig mit einer quarz gesteuerten Regelschaltung ausgestattet, dessen Motor über einen hochpoligen Frequenzgenerator eine Spannung abgibt, deren Frequenz der Drehzahl proportional ist und deren sinusförmiger Verlauf in einer elektronischen Schaltung in eine Rechteckform umgewandelt wird. Als Vergleich (Referenz) dient eine von einem Quarzoszillator gelieferte Wechselspannung, die mit einer in einem Teiler dem Sollwert entsprechend herabgesetzter Frequenz rechteckförmig der PLL-Schaltung zugeführt wird. In ihr wird die Phasenlage der Generatorspannung (Istwert) mit der des Quarz-Referenzgenerators verglichen und phasenstarr synchronisiert (Abb. 4.2-10).

Das stabile Schwingverhalten des Quarzes läßt bei Direktantrieblern praktisch keine Drehzahlabweichungen - auch während des Abspielvorganges - zu. Soll die Drehzahl mit einer Feineinstellung um einige Prozent variiert werden (Tonhöheneinstellung), schaltet man den Quarzgenerator ab und ersetzt ihn z.B. durch einen RC-Generator, dessen Frequenz um den erforderlichen Betrag verändert werden kann.

Qualitäsbegriffe beim Laufwerk

Die Qualität eines Laufwerks hängt von drei mechanischen Eigenschaften ab :
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  1. der Drehzahlabweichung,
  2. den Gleichlaufschwankungen und
  3. den Rumpelstörungen.

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Die Mindestanforderungen nach DIN 45.500 Teil 3

Gemäß DIN 45.500 Teil 3, sind für HiFi-Abspielgeräte Mindestanforderungen für diese Laufwerkseigenschaften festgelegt.

Grenzen der Drehzahlabweichung

Abweichungen von den Drehzahlen 33 1/3 oder 45 U/min haben entsprechende Änderungen der Tonlage zur Folge. Eine zu hohe Drehzahl erhöht die Tonlage, eine zu niedrige senkt sie ab. Da sich eine etwas höhere Tonlage nicht so unangenehm auswirkt wie eine niedrigere, sind Toleranzen von +1,5% und -1% zugelassen. Mit einer Drehzahlfeineinstellung können die Nenndrehzahlen um ±3% bis ±6%, was einem Halbton bzw. einem ganzen Ton in der Musik entspricht, geändert werden.

Die Drehzahlkontrolle per Stroboskop

Zur Drehzahlkontrolle dient meist eine beleuchtete Stroboskopteilung, in Abb. 4.2-7 am Rand eines Plattentellers zu erkennen. Wird diese Strichteilung mit einer aus dem Lichtnetz gespeisten Lampe beleuchtet, so kann die der Drehzahl zugeordnete Teilung mit Hilfe der Drehzahlfeineinstellung scheinbar zum Stillstand gebracht werden. Die Schallplatte dreht sich dann genau mit der Nenndrehzahl.

Gleichlaufschwankungen

Periodische Änderungen der Drehzahl (Gleichlauffehler) nimmt das Ohr als Tonhöhenschwankungen wahr. Schwankungen mit einer Änderungsfrequenz bis 5Hz machen sich als Jaulen (wow) und Schwankungen über 5Hz bis 100Hz als Wimmern oder Rauheit (flutter) bemerkbar.

Ursachen für Gleichlauffehler können sowohl Störungen im Antrieb als auch Rundlaufabweichungen der Schallplatte sein. Da bei der Tonwiedergabe einiger Musikinstrumente sich schon sehr geringe Tonhöhenschwankungen unangenehm äußern, sind die nach DIN 45.500 noch zulässigen Schwankungen mit ±0,2% festgelegt. Fast alle HiFi-Plattenspieler haben deutlich bessere Werte, z.T. bis zu 0,03%. Wie aus Abb. 4.2-11 zu ersehen, reagiert das Ohr gegenüber Tonhöhenschwankungen von 4Hz am empfindlichsten. Nach oben und nach unten fällt die Ohrempfindlichkeit entsprechend der hierfür maßgebenden Bewertungskurve nach DIN 45.507 ab. Zum Messen von Gleichlaufschwankungen werden Tonhöhenschwankungsmesser nach DIN 45.507 und Meßschallplatten nach DIN 45.545 verwendet.

Die Rumpelstörungen

Vibrationen des Motors und der mit ihm umlaufenden Antriebsteile, die vom Tonabnehmer nicht völlig schwingungsmäßig isoliert sind, gelangen über den Plattenteller oder Tonarm auf den in Abb. 4.2-12 gezeigten Wegen zum Tonabnehmersystem. Sie werden von diesem in elektrische Spannungen umgewandelt, dann verstärkt und im Lautsprecher als tieffrequentes Störgeräusch wiedergegeben.

Um die Störspannungen quantitativ zu erfassen, ermittelt man den Rumpel-Fremdspannungsabstand und den zum Beurteilen eines Plattenspielers nur bedingt brauchbaren Rumpel-Geräusch- spannungsabstand. Zum Messen beider Bewertungsgrößen dient die Rumpel-Meß-Schallplatte DIN 45.544, die abschnittsweise einige modulierte Rillen sowie unmodulierte Leerrillen enthält. Man mißt zunächst die Spannung, die man beim Abspielen der modulierten Rille erhält, und anschließend jene Spannung, die beim Abspielen der Leerrille entsteht, und zwar über ein Filter nach Kurve A der Abb. 4.2-13.

Das Ohr hört empfindlicher

Das Verhältnis der Beträge beider Spannungen ergibt dann den Rumpel-Fremdspannungsabstand, der nach DIN mindestens 35dB betragen soll. Zum Messen der Rumpel-Geräuschspannung schaltet man ein Ohrkurvenfilter ein, das entsprechend der Kurve B alle Störspannungen unter 315 Hz mit 12 dB/Oktave bedämpft. Damit werden nur diejenigen Störanteile erfaßt, für die das Ohr am empfindlichsten ist.

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