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In jedem der 13 Test-Bücher gab es solche "Einleitungen"

Und jedesmal in jeder Ausgabe wurde nachgebessert. Darum finden Sie in dem 1983er (letzten) Testjahrbuch die am weitesten ausgearbeitete Einführung zu den einzelnen Themen.

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1983 - Der Tonabnehmer

Testjahrbuch Mai 1983

Es ist die allgemeine Beschreibung, was ein Tonabenehmer "tut" oder tun sollte.

Dem Tonabnehmer obliegt es, die in den Schallrillen fixierten mechanischen Schwingungen in elektrische zu verwandeln, die dann dem Verstärker zugeführt, in diesem verstärkt und durch die Lautsprecher wieder in mechanische Schwingungen der Luft zurückverwandelt werden. Alle Funktionen von Laufwerk und Tonarm zielen darauf hin, das Abtasten der Schallrillen durch den Tonabnehmer ohne Störgeräusche optimal zu ermöglichen. Der Diamant folgt den Ausienkungen der durch die Drehung der Schallplatte bewegten Schallrille und versetzt dadurch den Nadelträger, auf dem er befestigt ist, in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz. Zur Umwandlung dieser mechanischen Schwingungen des Nadelträgers in elektrische können verschiedene Wandlerprinzipien angewandt werden.

Der piezoelektrische Wandler

Im piezoelektrischen Wandler wirken die Schwingungen des Nadelträgers über ein Joch auf zwei Kristall- oder Keramik-plättchen ein, die dadurch im Takte der Schwingungen wechselnden Biegekräften ausgesetzt werden. Diese Kristalle oder Keramikplättchen haben nun die Eigenschaft, daß, wenn sie auf Biegung beansprucht werden, an ihren Seitenflächen eine Potentialdifferenz auftritt, deren Größe von der Stärke der Biegekraft, das heißt von den Amplituden der mechanischen Schwingungen des Nadelträgers, und damit von denen der Schallrille, abhängt. Deshalb nennt man Kristall- oder Keramiktonabnehmer sowie alle anderen Wandler, bei denen die auftretende Spannung einer Biegekraft proportional ist, Amplitudenwandler.

  • Anmerkung : Zum späteren Verständnis ist es wichtig, daß hier die Spannungsänderung unabhängig von der aktuellen Bewegung erzeugt wird, sondern von der aktuellen Biegung !! Das ist ganz wichtig im Vergleich zu den MM und MC Systemen, die später besprochen werden.

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Wie die analoge Stereo-Platte funktioniert

Stereo-Schallplatten sind in 45°/45°-Schrift geschnitten. Die Rillenflanken bilden zueinander einen rechten Winkel. Soll nur der linke Kanal moduliert werden, so führt der Schneidstichel nur Schwingungen senkrecht zur inneren Rillenflanke der Schallrille aus. Ist nur der rechte Kanal moduliert, so bewegt sich der Schneidstichel nur senkrecht zur äußeren Rillenflanke.

Auf die Schallrille bezogen, ist das Ergebnis in beiden Fällen eine Kombination aus Tiefen- und Seitenschrift. Der Wandler muß die auf diese Weise in der Schallrille gespeicherte Stereo-Information wieder in zwei Einzelinformationen trennen. Aus diesem Grunde bilden die Arme des Jochs im Kristall-Tonabnehmer einen rechten Winkel zueinander, ebenso die beiden Flächen der Kristallplättchen (Bild 1). Ist nur der linke Kanal der Schallrille moduliert, bewegt sich nur der rechte Jocharm in Längsrichtung und verursacht eine Verbiegung des rechten Kristall-Plättchens. Der linke Jocharm wird nur senkrecht zu seiner Armachse geringfügig bewegt und übt daher nur eine ganz geringe Kraft auf das linke Kristall-Plättchen aus. In Dezibel ausgedrückt, nennt man die diesem Kräfteunterschied entsprechende Differenz der Polarisationsspannungen Übersprechdämpfung.

Die Vor- und Nachteile der Kristallsysteme

Amplituden-Wandler haben Vor- und Nachteile. Aus qualitativer Sicht überwiegen die Nachteile. Ihr Hauptvorteil liegt darin, daß sie relativ billig sind und daß sie eine rund 100mal größere Ausgangsspannung liefern als die noch zu behandelnden sogenannte Schnelle-Wandler. Deshalb und weil sie aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften die beim Schneiden der Lackfolie erfolgte Verzerrung des Frequenzgangs einigermaßen kompensieren, können sie direkt an den hochpegeligen Eingang eines Verstärkers oder an den Kristall-Eingang eines normalen Rundfunkgerätes angeschlossen werden, ohne daß ein Entzerrer-Vorverstärker erforderlich ist.

Allerdings sind weder der Frequenzgang noch der Übertragungsbereich ideal. Ihr Hauptnachteil besteht jedoch darin, daß sie gerade aufgrund des Wandlerprinzips, das in der Verformung von Kristallen besteht, für die ein bestimmter Kraftaufwand erforderlich ist, ziemlich hohe Auflagekräfte benötigen (25 bis 50 mN).

Dei Auflagekräfte und die Rillenflanken

Soll trotz Auflagekräften dieser Größe eine plastische Deformation der Rillenflanken und damit eine irreparable Zerstörung der in der Schallrille gespeicherten Modulation vermieden werden, ist dies nur möglich, wenn die Verrundungsradien der Abtastspitze an den Stellen, an denen diese auf den Rillenflanken aufsitzt, so groß sind, daß die Auflagedrücke ein erträgliches Maß nicht überschreiten.

Solche Verrundungsradien setzen aber relativ grobe Abtastspitzen voraus, die einem präzisen Abtasten äer Schallrillen im Wege stehen. Aus den genannten Gründen werden heute in der HiFi-Technik, von wenigen Ausnahmen und einigen anderen Wandler-Prinzipien abgesehen, hauptsächlich elektromagnetische Wandler benutzt.

1983 - Die elektromagnetischen Wandler - 2 Gruppen

Diese lassen sich ihrerseits wieder in die Gruppen der magnetischen und der dynamischen Tonabnehmer unterteilen. Bild 2 zeigt den Aufbau eines modernen magnetischen Tonabnehmers (MM = Moving Magnet = bewegter Magnet). Hinten, auf einem sehr feinen Nadelträger, sitzt ein winziger Dauermagnet, schwingfähig in einem Gummipfropfen gelagert. Die Polschuhe zweier Spulenkerne, von denen jeder ein Spulenpaar durchsetzt, bilden wieder einen rechten Winkel zueinander. Durch die Spulenkerne geleitet, durchfließt jedes Spulenpaar ein magnetischer Fluß.

Strom fließt nur, wenn sich das System bewegt !!

Schwingungen des Dauermagneten führen zu Änderungen gleicher Frequenz des magnetischen Flusses, wodurch in jedem Spulenpaar ein elektrischer Strom induziert wird, der an den Enden jedes Spulenpaares eine Spannung aufbaut. Jedes Spulenpaar entspricht einem Kanal. Ist nur der linke Kanal moduliert, ändert sich infolge der Schwingungen des Dauermagneten nur der Fluß im vorderen Spulenpaar, und nur in diesem wird ein Strom induziert.

Entsprechendes gilt für das hintere Spulenpaar, an dem die Spannung des rechten Kanals abgegriffen werden kann. Die Größe der auftretenden Spannung ist der Änderung des magnetischen Flusses proportional, d. h. der (Bewegungs-) Geschwindigkeit, mit der sich der Dauermagnet bewegt, und damit der (Bewegungs-) Geschwindigkeit, mit der sich die Nadelspitze in der Schallrille bewegt.

  • Anmerkung : Keine Bewegung, kein Strom !!

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Die Erklärung der "Schnelle" und der Übertragungsfaktor

Diese (Bewegungs-) Geschwindigkeit nennt man "Schnelle". Die Spannung, die ein elektromagnetischer Tonabnehmer bei 1 kHz abgibt, wird auf die Schnelle der Schallrille bezogen. Diesen in mVs/cm ausgedrückten Wert nennt man den Übertragungsfaktor des Tonabnehmers.

Die dynamischen Tonabnehmern - MC = Moving Coil

Bei dynamischen Tonabnehmern sind anstelle des Dauermagneten zwei extrem kleine Spulen oder Spulenpaare am Nadelträger befestigt, daher die Bezeichnung MC = Moving Coil (= bewegte Spule), die nun ihrerseits im magnetischen Feld eines geeignet angeordneten, kräftigen, im Systemkörper eingebauten Dauermagneten schwingen.

Die Spulenenden müssen mit den Anschlußstiften durch feine Drähtchen verbunden sein, weswegen es bei dynamischen Tonabnehmern nicht möglich ist, den Nadelträger auszutauschen.

Neuerdings gibt es dynamische Tonabnehmer, bei denen die Spulen nicht auf dem Nadelträger selbst befestigt sind, sondern auf einem Joch, das durch den Nadelträger bewegt wird. Daher sind bei solchen dynamischen Tonabnehmern die Nadelträger ebenso leicht auswechselbar wie bei magnetischen Tonabnehmern.

Vor-Vor-Verstärker oder Übertrager notwendig

Die Übertragungsfaktoren von dynamischen Tonabnehmern sind meist so klein, daß die Spannung unter Vergrößerung des Quellwiderstandes durch einen Transformator an die Empfindlichkeit und Widerstand des Entzerrer-Vorverstärker-Eingangs angepaßt werden muß. Diese Transformatoren sind entweder schon in den Systemkörper eingebaut oder, wenn dies mit Rücksicht auf die Masse des Tonabnehmers vermieden wird, zwischen Plattenspieler-Ausgang und Verstärker-Eingang zu schalten. Sie sind dann mit Kabeln und passenden Steckern versehen. Neuerdings werden immer mehr integrierte Verstärker angeboten, die schon mit Eingängen für MC-Tonabnehmer ausgestattet sind.

Die Schneidkennlinie

Auch die von dynamischen Tonabnehmern abgegebene Spannung ist der "Schnelle" proportional. Beim Schneiden der Schallrillen wird für das Aufzeichnen eines Signals, dessen Frequenz den Bereich von 20 bis 20.000 Hz bei konstantem Pegel durchläuft (gerader Frequenzgang), nicht mit konstanter Schnelle gearbeitet. Vielmehr wird die Schnelle nach Maßgabe der Schneidkennlinie verzerrt, und zwar so, daß die tiefen Frequenzen abgesenkt und die hohen angehoben werden (Bild 3).

Im Prinzip sind die Abtaster linear

Da die von elektromagnetischen Wandlern abgegebene Spannung der Schnelle proportional ist, muß diese Spannung, bevor sie dem Verstärker zugeführt werden kann, gemäß einer Kennlinie, die zur Schneidkennlinie Spiegel bildlich verläuft, wieder entzerrt und wegen der kleinen Übertragungsfaktoren auch noch vorverstärkt werden. Dies geschieht in den Entzerrer-Vorverstärkern, die in allen HiFi-Verstärkern eingebaut sind, welche über Eingänge für magnetische Tonabnehmer verfügen.

Die RIAA-Kennlinie

Früher verwendeten die verschiedenen Schallplatten Produzenten unterschiedliche Schneidkennlinien. Entsprechend unterschiedlich waren die Entzerrungskennlinien der Verstärker, was oft eine Quelle großer Unsicherheit war. Heute wird ganz allgemein nach der RIAA-Kennlinie mit den Zeitkonstanten 3180. 318 und 75 \is geschnitten. Sie ist identisch mit der deutschen Norm DIN 45 541, die heute allen Entzerrungs-Kennlinien von HiFi-Verstärkern zugrunde liegt.

Die Breite der Rillen optimieren

Warum dieser Umweg des Verzerrens beim Überspielen vom Tonband auf die Lackfolie und des Entzerrens im Verstärker bei der Wiedergabe ? Die Erfahrung lehrt, daß in der Musik nicht alle Frequenzanteile gleich stark vertreten sind. Mittlere und tiefe Frequenzen kommen häufiger vor als hohe. Da die Frequenz sich zur "Schnelle" proportional und zur Amplitude umgekehrt proportional verhält, würden beim Schneiden mit konstanter Schnelle die Amplituden (Auslenkungen) der Rille so groß werden, daß der Nadelträger des Tonabnehmers Schwierigkeiten hätte, diesen zu folgen. Außerdem würden diese großen Amplituden zu stark verbreiterten Schallrillen führen, von denen nur eine geringere Anzahl auf einer Plattenseite unterzubringen wäre, d.h., die Spieldauer einer Schallplatte würde kleiner werden.

Hohe Frequenzen und das Rauschen optimieren

Hingegen sind die Amplituden der hohen Frequenzanteile in der Musik kleiner als die der tieffrequenten (Amplituden-Statistik). Man kann es sich daher leisten, beim Überspielen die Schnelle und die Amplituden der hohen Frequenzen anzuheben, ohne daß sich beim Abtasten Schwierigkeiten ergeben.

  • Anmerkung : Das stimmt so nicht ! Mit Anhebung der hohen Frequenzen werden die Auslenkungen größer und je weiter die Platte nach Innen abgetatste wird, wird die Datendichte (besser: die Informationsdichte) immer größer und die Verzerrungen steigen drastisch an, überall auf jeder Langspiel-Platte.


Durch dieses Anheben der Höhen beim Schneiden und das nachfolgende Absenken bei der Wiedergabe wird außerdem der Rauschpegel bis zur Unhörbarkeit unterdrückt. Der einzige Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß infolge der Baßanhebung im Entzerrer-Vorverstärker eventuell vorhandene Rumpel- oder Brummgeräusche mitverstärkt werden. Deswegen haben die bei vielen HiFi-Verstärkern vorhandenen Rumpel-Filter durchaus ihre Berechtigung.
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Die Qualitätskriterien

Die wichtigsten Qualitätskriterien von Tonabnehmern sind:

Frequenzgang, Übereinstimmung der Frequenzgänge in beiden Kanälen, Übersprechdämpfung, Frequenzintermodulation, Nadelnachgiebigkeit und Abtastverhalten bei niedrigen und hohen Frequenzen. Alle diese Eigenschafton wurden in unseren Tests untersucht. Zur Abrundung des Urteils über Tonabnehmer gehört in jedem Falle auch der vergleichende Musik-Hörtest.
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Die Meßschallplatten

Frequenzgang und Übersprechdämpfung von einem Kanal zum anderen werden mit Hilfe der Meßschallplatte QR 2009 und dem Pegelschreiber 2305 von Brüel und Kjaer gemessen und auf Schrieben registriert. Die Frequenzgänge von magnetischen Tonabnehmern sind im Bereich zwischen 50 und 8000 Hz, bei manchen auch noch weiter zu hohen Frequenzen hin, absolut geradlinig. Im Bereich der Höhen oberhalb 8, 10 oder 12 kHz beobachtet man eine mehr oder weniger ausgeprägte Anhebung, die durch die Elastizität des Schallplattenmaterials und die dynamisch wirksame Masse der Abtastnadel hervorgerufen wird (Höhenresonanz).

Die tiefen Töne und die Nadelnachgiebigkeit

Unterhalb von 50 Hz tritt gelegentlich eine leichte Anhebung der Bässe auf. Meist ist diese auf eine Resonanz zurückzuführen, die durch das Zusammenwirken von Nadelnachgiebigkeit und träger Masse des Tonarms zustandekommt. Die Frequenz dieser Eigenresonanz liegt um so höher, je kleiner die Nadelnachgiebigkeit des Tonabnehmers und je kleiner die träge Masse des Tonarms ist, und um so tiefer, je größer diese beiden Charakteristika sind. Die Nadelnachgiebigkeit (im Englischen: compliance) wird in uVm/mN ausgedrückt. Sie hat den Charakter des Kehrwerts einer Federkonstanten, denn sie beschreibt, mit welcher Auslenkung der
Nadelträger auf eine bestimmte Kraft reagiert.

Die Auflagekraft und die schwingenden Masse

Je größer die Nadelnachgiebigkeit, desto bereitwilliger folgt der Nadelträger den Auslenkungen der Schallrille und desto kleiner kann die Auflagekraft des Tonabnehmers gewählt werden. Die hochwertigsten magnetischen Tonabnehmer haben heute statische Nadelnachgiebigkeiten bis zu 30 uVm/mN und können an entsprechenden Tonarmen mit Auflagekräften bis herab zu 3mN betrieben werden.

Derart kleine Auflagekräfte sind nicht etwa Selbstzweck, sondern werden im Interesse - man kann schon fast sagen - absoluter Plattenschonung angestrebt. Die Stärke der Höhenresonanz hängt nämlich ab von der schwingenden Masse des Nadelträgers (Bild 6).

In diese geht voll die Masse des Diamanten ein. Daher will man diesen so klein wie möglich halten und dessen Spitze, aus Gründen präziser Abtastung, elliptisch verrunden. Durch kleine Verrundungsradien erhöht sich der Druck auf die Rillenflanken, den man nur dadurch unter dem kritischen Wert halten kann, daß man die Auflagekraft reduziert.

Zusammenhang Tonabnehmer und Tonarm

Aus dem bisher Gesagten folgt, daß ein Tonabnehmer einen um so leichteren Tonarm benötigt, je größer seine Nadelnachgiebigkeit ist, sonst verlagert sich die Eigenresonanz des schwingenden Systems, das durch Tonabnehmer und Tonarm gebildet wird, zu weit unterhalb 10 bis 12 Hz.

Bei einer so tiefen Eigenresonanz können tieffrequente Störungen der Schallplattenoberfläche zur Unterbrechung des Kontakts zwischen Nadel und Rillenflanken und damit zu Abtastschwierigkeiten führen. Die vertikale Komponente der Eigenresonanz sollte zwischen 10 und 12 Hz, aber nicht darüber liegen, weil sie dann den Frequenzgang des Tonabnehmers verändern könnte. Oft ist zu beobachten, daß die Eigenresonanz einer Tonabnehmer-Tonarm- Kombination nur schwach ausgeprägt und dabei noch stark bedämpft ist. In solchen Fällen kann die Eigenresonanz auch unter 10 Hz liegen.

Die Suche nach der optimalen "Nadel"

Die Erfahrung hat gezeigt, daß dem Bestreben, die Nadelnachgiebigkeit immer größer und damit die erforderlichen Auflagekräfte immer kleiner zu machen, in der Praxis durch Erfordernisse der Betriebssicherheit und durch kaum vermeidbare Unvollkommenheiten der Schallplatte, wie z. B. mehr oder weniger ausgeprägten Höhenschlag, eine sinnvolle Grenze gesetzt ist, die etwa bei 7 bis 10 mN liegt. Auch hat sich die mechanische Stabilität von Tonabnehmern mit extrem hoher Nadelnachgiebigkeit als wenig zuverlässig erwiesen. Hingegen bemüht man sich, nicht ohne Erfolg, den mechanischen Verschleiß der Schallrillen durch besondere Formgebung der Diamantspitze weiter zu verringern (Shibata-Nadel - s. Bild 5 -u. a.).

Die Übersprechdämpfung

Die Übersprechdämpfung soll nach DIN 45500 bei 1 kHz über 20 dB liegen. Nur bei wenigen Typen wird dieser Wert unterschritten. Bei manchen beträgt die Übersprechdämpfung bis zu 30 dB und darüber. Wichtig ist, daß die Übersprechdämpfung von links nach rechts und von rechts nach links etwa gleich groß ist. Treten in dieser Hinsicht große Unterschiede auf, so liegt der Verdacht nahe, daß der Taumelwinkel des Tonabnehmers nicht stimmt, d. h., daß die Nadel, von vorne betrachtet, nicht senkrecht in der Rille steht. Die Übereinstimmung zwischen den Kanälen soll nach DIN 45.500 besser sein als 2dB. Diese Forderung wird im allgemeinen eingehalten.

Die Frequenzintermodulation FIM

Ein Maß für die nichtlinearen Verzerrungen eines Tonabnehmers ist die Frequenzintermodulation. Sie wird mit Hilfe der DIN-Meßplatte 45542 und einem Tonhöhenschwankungsmesser nach DIN 45507 (EMT 424) für das Frequenzpaar 300 Hz/3000 Hz gemessen. Das Meßergebnis hängt von der Auflagekraft des Tonabnehmers, das heißt, vom vertikalen Spurwinkel und von der Aussteuerung der Modulation ab.

Für die optimale Auflagekraft ergibt sich der kleinste Wert der Frequenzinternmodulation (FIM), sofern dann der vertikale Spurwinkel am wenigsten weit von den genormten 20° abweicht.

DIN 45.500 fordert einen Wert von maximal 1%. Für die FIM wichtig ist, wie gesagt, der vertikale Spurwinkel. Darunter versteht man den Winkel zwischen der Tangente an den Kreisbogen, den die schwingende Nadelspitze beschreibt, und der Vertikalen auf der Plattenoberfläche. Bild 4 ist zu entnehmen, daß dieser Winkel gleich demjenigen zwischen der Verbindungslinie von Nadelträgerdrehpunkt und Nadelspitze und Plattenoberfläche ist.

Dieser Winkel sollte mit demjenigen übereinstimmen, der beim Schneiden der Lackfolie bzw. des Rohlings vorhanden ist. Deshalb wurde er auf 20° ±5° normiert. Nadelnachgiebigkeit und Abtastverhalten hängen eng zusammen. Im allgemeinen darf man sagen, daß das Abtastverhalten für tiefe Frequenzen und große Amplituden um so besser ist, je größer die Nadelnachgiebigkeit des Tonabnehmers ist. Für das Abtastverhalten im Bereich der Höhen sind u. a. die träge Masse und die Eigenschaften des Lagers des Nadelträgers maßgebend, dieselben Dinge also, die auch die Höhenresonanz beeinflussen.

Die Qualität des Tonarms

Selbstverständlich wird das Abtastverhalten auch durch die Eigenschaften des Tonarms bestimmt, von dessen Reibungsfreiheit, dessen träger Masse, der Kompensation der Skating-Kraft usw. Im Test wird daher mit Hilfe geeigneter Modulation geprüft, welche Amplituden in µm (= 10 hoch -3 mm) oder Schnellen in cm/s bei welcher Auflagekraft an welchem Tonarm von dem zu untersuchenden Tonabnehmer sauber abgetastet werden.

Diese Prüfung erfolgt getrennt für tiefe (dhfi-Schallplatte Nr. 2 und neue DIN-Platte 45 549, Amplituden) und für hohe Frequenzen (Shure-Testplatte TTR-103, Schnelle von 29,3 cm/s).
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Die Messung mit der Shure-Testplatte TTR-103

Für die Prüfung der Abtastfähigkeit in den Höhen bedienen wir uns einer Meßmethode, die zu quantitativen Ergebnissen führt. Die US-Firma Shure Brothers hat unter der Bestellnummer TTR-103 eine Meßplatte herausgebracht, die bei einer Impulsfolgefrequenz von 270 Hz Impulspakete von 10,8-kHz Schwingungen enthält, die über ein Terzfilter von 10,8 kHz Mittenfrequenz gegeben worden sind.

Das Spektrum eines solchen Signals erweist sich als sehr empfindlich gegen jede Veränderung des Signals, z. B. hervorgerufen durch unsauberes Abtasten der 10,8-kHz-Schwingungen.

Analysiert man nun das abgetastete Signal mittels eines Bandpaßfilters, das bei ausreichender Flankensteilheit Schwingungen der Frequenz 10,8 kHz durchläßt, und eines weiteren, dessen Durchlaßfrequenz bei 270 Hz liegt, teilt man die zuletzt genannte Signalspannung durch die erste und multipliziert man diesen Quotienten mit 100, so erhält man ein in Prozent ausgedrücktes Maß für die Abtastverzerrungen bei 10,8 kHz.

Ein hochwertiger Tonabnehmer kann nur an einem hochwertigen Tonarm zu optimalen Ergebnissen führen. Tonarme mittlerer Qualität sollten mit Tonabnehmern ausgestattet werden, die keine allzu hohe Nadelnachgiebigkeit aufweisen. In dieser Hinsicht ist es besonders ratsam, sich an die Ergebnisse unserer Tests zu halten, wenn man keine Enttäuschung erleben will.

Selbstverständlich gibt es noch andere Wandler-Prinzipien als die hier erwähnten. Br.
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Welcher Tonarm für welches System?

Seit unserem letzten großen Tonabnehmertest im Test-Jahrbuch 1982/83 geben wir für jedes Tonabnehmersystem eine empfohlene effektive Tonarmmasse an. Die effektive Tonarmmasse stellt eine Ersatzgröße dar für die bei der Bewegung des Tonarms wichtigen Trägheitsmomente, und zwar stellt man sich die gesamte dynamisch wirksame Masse des Tonarms konzentriert am Punkt der Abtastnadel vor.

Über die Baßresonanz

Diese Masse ergibt zusammen mit der federnden Lagerung der Nadel (Nadelnachgiebigkeit) eine Resonanz im Baßbereich. Diese Resonanz muß einerseits weit oberhalb der auftretenden Störungsfrequenzen durch Plattenexzentrizität und Elliptizität (lateral 0,5 bzw. 1 Hz) wie auch durch Plattenhöhenschlag und -wellen (vertikal 0,5 bis 6 Hz) liegen. Andererseits muß diese Baßresonanz natürlich auch genügend unterhalb des hörbaren Übertragungsbereiches liegen, d.h. unter 20 Hz.

Die optimale Resonanzfrequenz

Die vertikale Richtung ist die wichtigere, da hier höhere Ausschläge auftreten und die Frequenz näher am Tonfrequenzbereich liegt. Als anzustrebende optimale Resonanzfrequenz, und zwar in vertikaler Richtung, betrachten wir den Wert von 12 Hz. Bei üblichen Systemen entspricht dies, ausgehend vom üblichen Unterschied der Nadelnachgiebigkeit in lateraler und vertikaler Richtung, einer Resonanz von ca. 10 Hz in den Einzelkanälen und ca. 8 Hz in Seitenrichtung (lateral).

Per Computer errechnet

Unser damaliges Rechnerprogramm ermittelte die effektive Tonarmmasse ausschließlich für diese optimale Frequenz, was bei einigen Lesern wie auch Herstellern und Importeuren zu genau genommen wurde.

Bereits damals wiesen wir darauf hin, daß durchaus effektive Massen mit Abweichung von ±50% zulässig sind, aber dieser Hinweis wurde wohl oft genug (absichtlich ?) übersehen. Das Rechnerprogramm wurde überarbeitet und ermittelt nun optimale Tonarmmassen für den Resonanzbereich von 14 bis 10 Hz vertikal, das bedeutet entsprechend in Annäherung für den Einzelkanal 12 bis 8 Hz und für die Seitenschrift (lateral) 10 bis 6 Hz.

Die variable effektive Tonarmmasse beachten

Versagte das damalige Programm bei Systemen mit integriertem EIAJ-SME- Bajonett, so wurde das Programm nun für beliebige Tonarm- und Systemträgerkonstruktionen adaptiert. Sollten Sie selbst nachrechnen wollen,  so denken Sie bitte daran, daß sich die effektive Tonarmmasse durch Verschieben des Gegengewichtes ändert. Es ist daher nicht statthaft, die effektive Tonarmmasse eines Tonarms und die Systemmasse zu addieren, um zu der effektiven Gesamtmasse zu kommen.
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Es gibt Abtaster mit und ohne Optimum

Wie sie aus unseren Empfehlungen ersehen, gibt es einige Tonabnehmer, bei denen keinerlei Optimum mehr erreicht werden kann, und einige andere Systeme, bei denen ein fast masseloser Tonarm verwendet werden sollte.

Diese Systeme haben eine zu hohe Nadelnachgiebigkeit im Bereich von 10 Hz. Wenn Sie ein solches System verwenden wollen, so nehmen Sie einen besonders leicht gebauten Tonarm mit einer besonders günstigen Masseverteilung, d. h., der Arm sollte hinten kaum überkragen und mit einem variabel schweren Gegengewicht sehr nahe (!) am Lagerpunkt versehen sein.

  • Anmerkung : Der Revox Tonamrm ist ein solcher geeigneter Tonarm fast ohne Masse.

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Weitere Tonarm Empfehlungen für solche Extrem-Abtaster

Bei solchen Systemen ist auch in jedem Fall eine Dämpfung empfehlenswert. Ein Arm, der den beschriebenen Anforderungen sehr nahe kommt, ist der SME 3009 III.

Helfen können auch elektronisch geregelte Arme, allerdings muß diese Bewegungs-Sensorik auch vertikal funktionieren, was z.B. nicht beim JVC QL-Y3F erfüllt ist, wohl aber beim QL-Y5F sowie bei Sony-Biotracern, Denon usw.

An die Hersteller der Abtaster . . . .

An die Hersteller dieser Systeme sei der Wunsch gerichtet, entweder in diesem Frequenzbereich die Nadelnachgiebigkeit zu vermindern oder das Systemgewicht soweit zu verringern, daß für den Tonarm selbst eine höhere Masse erlaubt werden kann.

Nicht alle alten Regeln waren richtig

In jedem Fall muß der Ansicht widersprochen werden, daß zu einem schweren System generell ein schwerer Tonarm gehört. Gerade diese „Regel" ist nämlich falsch. Ist das System selbst bereits sehr schwer, so sollte die Gesamtmasse trotzdem einen gewissen Betrag nicht überschreiten, es ist also ein äußerst leichter (aber stabiler) Tonarm gefordert. Letztlich hat die geforderte effektive Tonarmmasse aber hauptsächlich nur mit der dynamischen Nadelnachgiebigkeit (bei ca. 10 Hz, nicht bei 333 Hz) zu tun, das Gewicht des Systems ist erst in zweiter Linie entscheidend, weil es die gesamte wirksame Masse erhöht.

Sogar Firmen müssten noch "nachlernen"

Wie Sie ferner aus den von uns ermittelten Werten ersehen, können manche Systemimporteure und -hersteller mit der Nadelnachgiebigkeit und den empfohlenen Tonarmmassen noch nicht richtig umgehen. Einige Firmen bieten Tonabnehmersysteme mit unterschiedlicher Nadelnachgiebigkeit an, diese Systeme sind aber - wie man den Testwerten entnehmen kann - nicht wirklich gut auf die praktischen Bedürfnisse, d.h. auf unterschiedliche Tonarmmassen klar abgestimmt. Die Empfehlungen der Systemimporteure und -hersteller sollten daher verbessert werden.

Achten Sie bei Eigenversuchen auf die Tonarmmassen

Um eine schlechte Baßwiedergabe zu vermeiden und andererseits Verzerrungen durch Höhen- und Seitenschlag zu minimieren, sollten die von uns empfohlenen effektiven Tonarmmassen eingehalten werden. Wird eine Paarung außerhalb des von uns empfohlenen Bereiches gewählt, so müssen für eine ausreichend gute HiFi-Wiedergabe besondere Vorkehrungen getroffen werden, eine spezielle Dämpfung des Tonarms ist eine der Möglichkeiten.

Beachtet werden sollte, daß die von uns empfohlene Tonarmmasse ohne System gilt, aber je nach Tonarmkonstruktion natürlich mit einem geeigneten, passenden Systemträger (z. B. EIAJ-SME-Bajonett-Headshell).
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Bemerkungen zum Problem der Lastimpedanz
Die Höhenresonanz

Im Hochtonbereich tritt eine Resonanz auf, die durch die Elastizität des Schallplattenmaterials an den Rillenflanken und der dynamisch wirksamen (effektiven) Masse der Abtastnadel hervorgerufen wird.

Je nach Bauart und Qualität des Tonabnehmers liegt diese Resonanz zwischen 10 und 50 kHz. Die Rückstellkräfte an den Rillenflanken werden beeinflußt durch die Auflagekraft und den Schliff der Abtastnadel. Höhere Werte der Auflagekraft ergeben eine größere Eindrücktiefe des Diamanten, die Flanke erscheint steifer, die Resonanz verschiebt sich zu hohen Frequenzen hin.

Eine größere Auflagenfläche durch Spezialschliffe bewirkt das Gegenteil, die Resonanzstelle rutscht nach unten. Nur wenn der Nadelträger und die Nadel selbst sehr massearm gebaut sind, kann die Höhenresonanz zu wirklich hohen Frequenzen geschoben werden, was ja wünschenswert ist. Beeinflußt wird die Resonanz auch noch durch die Steife des Nadelträgers und die Aufhängung des Nadelträgers (Dämpfung).

Der eigentliche klangliche Nachteil von MM-Systemen?

Eine solche Resonanz kann elektrisch entzerrt werden, und somit läßt sich der Frequenzgang linearisieren. Bei MM-Systemen, die eine hohe Eigeninduktivität (die ist grösser 100 mH) durch die große Spule besitzen, geschieht dies quasi automatisch durch die Kabel- und Verstärker- Eingangskapazität (Kondensator). Bei geeigneter Dimensionierung verschwindet die Resonanzüberhöhung, oberhalb der Resonanz fällt der Frequenzgang dann allerdings um so steiler ab (24 dB/Oktave).

Bei MC-Systemen ist diese „einfache" Entzerrung nicht möglich (die Induktivität liegt weit unter 1 mH). Hier ist die Höhenresonanz entweder ausgeprägt (schlechtes System) oder mechanisch aufwendig bedämpft (erfordert viel know-how).

Durch das Fehlen eines elektrischen Höhenfilters (externe Kapazität fast ohne Wirkung) fällt der Frequenzgang oberhalb der Resonanz nur schwächer (ca. 12 dB/ Oktave) ab.

Der wesentliche Nachteil der elektrischen Entzerrung bei MM-Systemen ist aber die fast immer übliche Fehldimensionierung der externen Kapazität, deshalb können MC-Systeme in der Praxis so oft und so leicht ein MM-System distanzieren!

Sind diese richtig dimensioniert, so kann auch ein gutes MM-System einen linearen Frequenzgang aufweisen, ohne die übliche Delle im kritischen 5 kHz-Bereich und die nachfolgende Höhenüberbetonung bei ca. 15 kHz.

DIN 45.539 geht an der HiFi-Praxis vorbei!

DIN 45.539 (ergänzt Juli 1981) schreibt für den Plattenspieler mit Kabel max. 250 pF Kapazität vor, für den Verstärkereingang max. 100 pF. So sehr eine Normung gerade hier mehr als notwendig erscheint, so ist doch diese Normvorschrift geradezu HiFi- praxisferner Humbug!

Wenn irgendeine wesentliche klangbestimmende Größe genormt wird, dann sollte man einen Soll- bzw. Idealwert definieren (für hochwertige Geräte) und eine bestimmte Toleranz zulassen (für einfachere Geräte). Eine maximale obere Grenze ist keine wesentliche Dimensionierungshilfe.

Weiterhin sollte das Kabel eine kleine Kapazität aufweisen und der Verstärker eine große und nicht umgekehrt, wie in der Norm erlaubt.
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Kleine Kabelkapazität!

125 pF wäre ein durchaus praxisüblicher Wert, als Normungsziel wäre aber 100 pF für hochwertige Geräte anzustreben. Ein Kabel hat eine qualitativ minderwertige Kapazität (dielektrische Verluste, Mikrophoniewirkung usw.), bei geringen Kapazitätswerten bleiben auch diese Fehler geringer. Bei geringen (unveränderbaren) Kabelkapazitäten bleibt die Variationsmöglichkeit der Gesamtlastkapazität größer (durch Zusatzstecker oder Umschalter am Verstärker).

Größere Verstärkerkapazität!

Im Verstärkereingang sind hochwertige Kapazitäten (geringe Verluste) möglich. Zudem ist die Resonanzüberhöhung besser wegzubügeln, wenn man die Dämpfung des elektrischen Tiefpasses durch einen Längswiderstand vor dem Kondensator erhöht. Auch hierfür sollten gewisse Richtwerte in der Norm vorgeschlagen werden.

Orientierungswerte, die üblichen Verstärkern weitgehend entsprechen und die bei vielen Systemen recht gut den Frequenzgang ausgleichen, sind ein Längswiderstand von 470 Ohm gefolgt von 150 pF, dies wiederum gefolgt von einem zweiten Längswiderstand von 100 Ohm und 1,5 nF Kapazität zwischen Basis und Emitter des Eingangstransistors (und damit nur mit einem Bruchteil seines Wertes wirkend!).

Hören Sie gerne Radio Eriwan ?

Das vielleicht schon, aber sicher nicht aus Ihrer HiFi-Anlage. Die oben geschilderte Widerstands- Kondensatorkombination hat zusätzlich noch den Vorteil, daß sie Hochfrequenzen vor dem Eingangstransistor heraussiebt. Bei unter 100 pF (laut DIN) wird das schon weit schwieriger.

Wird die Lastkapazität erhöht, so erhöht sich der Pegel im Bereich 5 Hz und vermindert sich oberhalb 15 kHz. Das sind natürlich nur pauschalierte Angaben, die Wirkung ist abhängig von dem Innenwiderstand und der Eigeninduktivität des Tonabnehmersystems, die wir daher bei unseren ausführlichen Tests auch angeben. (Ferner natürlich auch etwas von einem etwaigen Längswiderstand im Verstärker.)

Empfohlene Lastkapazität

In mehreren Versuchen ermitteln wir in unseren Tests einen Kapazitätsbereich, in dem der Frequenzgang am ausgewogensten wird (aber noch nicht unbedingt linear!). Bei billigen Tonabnehmern ist das recht kritisch, und manche Systeme sind nicht optimierbar. Dies sind die Systeme mit einer extremen Höhenanhebung. Hier kann nur eines etwas helfen: Man vermindert den Verstärkereingangswiderstand von 47 kOhm (Normwert!) auf bis zu 22 kOhm herunter (hierzu schaltet man minimal 43 kOhm zum Eingang parallel). Die Änderung des Abschlußwiderstandes ist nur bei falsch konstruierten Systemen notwendig, weshalb man auch nur in diesen Fällen zu dieser Lösung greifen sollte.

Sollte bei Ihrem Verstärker keine Angabe zur Phono-Eingangskapazität vorhanden sein, was die Regel ist, so sollten Sie einen Plattenspieler (mit System) wählen, der für 150 bis 200 pF günstige Werte zeigt. Bei Tonabnehmertestberichten müssen Sie von der empfohlenen Lastkapazität die des Plattenspielers abziehen (60 pF bei manchen übertrieben nieder kapazitiven High-Class Geräten bis max. 200 pF im mittlerweile ungünstigsten Fall, früher in Extremfällen bis zu 500 pF !). Die Restkapazität sollte dann Ihr Verstärker aufbringen (150 bis 200 pF).

Langfristige Konsequenzen für die Konstrukteure

Würde die Phono-Lastimpedanz in sinnvoller Weise genormt, so könnten sich die Konstrukteure der Verstärker (weitgehend unproblematisch) und der Tonabnehmersysteme (geeignetere Wahl der verschiedenen mechanischen und elektrischen Parameter) darauf einstellen. So schwört Ortofon z. Z. auf den Wert von 400 pF (gesamt), andere Hersteller auf 500 pF oder auch 100 pF.

Manche Hersteller empfehlen dazu noch falsche Werte. MM-Systeme müssen daher z. Z. notwendigerweise im Frequenzgang unterschiedlich klingen: erstens im Vergleich gegeneinander, zweitens an verschiedenen Plattenspielern (Kabelkapazität), drittens an verschiedenen Verstärkern (Eingangskapazität).

Es ist daher als absurd zu betrachten, wenn man z. Z. um 0,5 dB bei der RIAA-Kurve feilscht und mehrere dB Abweichung durch falsche Lastkapazität übergeht.
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Die Formgebung von Tonabnehmersystemen

Das Styling von Tonabnehmersystemen hat sich in den letzten Jahren immer mehr verändert. Ganz klar, das Auge kauft mit. Das Image ist mitentscheidend geworden, nicht zuletzt deshalb sind die Systemverpackungen aufwendiger denn je.

Die Formgebung wird aber erst dann zu einem guten Design, wenn auch die Funktion adäquat berücksichtigt ist. Form und Funktion miteinander zu verbinden ist sicherlich nicht einfach, aber letztlich sollte doch die Funktion obsiegen, denn schließlich ist ein Tonabnehmersystem etwas für das Ohr und nicht für das Auge.

Hervorragend - die Boston-Tonabnehmersysteme

Auffällig in diesem Test waren die Boston-Tonabnehmersysteme. Sie zeichnen sich durch ein rechtwinklig kantiges Gehäuse aus, das zudem an der Stirnseite mit einem längeren weißen vertikalen Strich versehen ist.

Diese Form des Gehäuses eignet sich außerordentlich gut zur exakten Montage des Systems (siehe unsere verschiedenen Beiträge zum horizontalen Spurfehlwinkel). Einmal kann man bei diesem System sehr gut die geometrischen Achsen des Systems mit einer dünnen, mit Klebeband befestigten Bleistiftmine verlängern und so die Justage überprüfen, andererseits kann man mit einer speziellen Justageschablone von Boston Acoustics den richtigen Einbau am Tonarm sehr schnell überprüfen.

Die Boston-Justage-Prüflehre

Die Boston-Justage-Prüflehre besteht aus Aluminium (150mm x 50mm x 4mm). Für die Plattentellerachse ist ein Loch vorhanden; außerdem gibt es zwei Aussparungen. Hier muß das Boston-System mit aufgesetztem Nadelschutz exakt hineinpassen, andernfalls ist die Justage zu verändern. Der zugrundeliegende innere
und äußere Nullradius beträgt 66mm bzw. 120,5mm. Mit dieser Schablone wird eine einfache Kontrolle ermöglicht: entweder das System paßt oder es paßt nicht in diese Aussparungen hinein.

Eine eigene Variation der Nulldurchgänge ist nicht möglich (wir hatten unter bestimmten Bedingungen andere Nullradien empfohlen), dafür ist diese Einstellmethode narrensicher.

Eintaumeln mit einem Spiegel, genial

Positiv fällt weiterhin am Boston-System auf, daß es sich sehr schnell mit Hilfe eines Spiegels eintaumeln läßt. Hierzu wird ein dünner Spiegel auf die Schallplatte gelegt. Das System ist dann richtig eingetaumelt, wenn der vertikale Strich an der vorderen Stirnfläche sich im Spiegelbild knickfrei verlängern läßt. Bei fehlerhaftem Eintaumeln des Systems ergeben sich schlechte bzw. unsymmetrische Übersprechwerte.

Man könnte ja davon lernen . . . . . . .

Am Boston-System wurde gezeigt, wie sinnvoll eine kantig rechtwinklige Ausführung des Systemkörpers sein kann, auch wenn dies etwas konservativ aussehen mag. Kompromisse, die das Styling des Systemkörpers mehr berücksichtigen, sind sicherlich möglich, zumal ja auch auf ein besonders niedriges Gewicht (bei hoher Stabilität des Systems) geachtet werden muß. Sinnvoll kann natürlich auch ein besonderer Nadeleinschub zum Justieren des Systems sein. Eine solche fortschrittliche Lösung bietet das Shure-System V 15 V.

Nicht der Idealfall ist wichtig, sondern die Praxis

In jedem Fall sollte man daran denken, daß bei einem Tonabnehmersystem nicht die im Idealfall erreichbaren elektroaku-stischen Eigenschaften wichtig sind, sondern die in der Praxis üblicherweise wirklich erreichten. Und hierbei kann die Formgebung auf dem Umweg über die geometrische Justage des Systems wesentlich beitragen.

Ein letztes Wort zu "Tonbandaufnahmen"

Hüten Sie sich vor Tonabnehmern mit einer zu großen Höhenanhebung bzw. versuchen Sie sie zu vermeiden (siehe HiFi-Stereophonie 1980/Nr. 3/S. 403 und 1981/Nr. 12/S. 1438). Diese Höhenanhebung wird insbesondere bei nicht extrem hochwertigen Bändern zu einem Höhenabfall (!) verbunden mit Intermodulations- Verzerrungen. Soll ein Band mit zuviel Höhen vollgestopft werden, so reagiert es mit totalem Streik im Hochtonbereich.

Also: Finger weg von zu billigen Systemen ! Br./a.k.
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