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"Audio-Wissen von 1974" - Die Themen dieser Artikel sind:

Was war mit der analogen Audio-Studio-Technik machbar und was sollte bzw. mußte ein Toningenieur wissen und gelernt haben. Daß viele dieser Themen (wir schreiben zur Zeit 2016) bereits 35 Jahre alt sind und durch die schleichende Digitalisierung völlig überholt sind, bedeutet nicht, daß sich die physikalischen Grundlagen wesentlich geändert haben.

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E. 1. 3. 2. Magnetköpfe

Von besonderem Interesse ist zunächst die Form des Kopfkernes. In der Ton-Studiotechnik hat im wesentlichen die Ausführung als Ringkern (Bild 188) Bedeutung. Auf ihm befinden sich zwei symmetrisch angeordnete Wicklungshälften, die so hintereinander geschaltet werden, daß sich bei Einwirkung eines störenden homogenen Fremdfeldes die in ihnen induzierten Fremdspannungen gegenseitig aufheben. Anstelle von Ringkernen der üblichen großen Studioausführung mit einem Außendurchmesser von 25mm kann man auch wesentlich kleinere Köpfe mit nur einer Wicklung verwenden, da der Wegfall der eben aufgezeigten Kompensationsmöglichkeit dadurch wieder aufgewogen wird, daß bei verminderter Kopfgröße nur ein kleinerer Teil des Störfeldes den Kopf erfaßt und somit eine geringere Fremdspannung induziert werden kann.

Wegen der großen Verbreitung, die die Ringkernköpfe bei Studiogeräten gefunden haben, beziehen wir uns auch nur auf diese Ausführungsform. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse gelten natürlich sinngemäß auch für andere Ausführungen.

Das Kernmaterial

Eine wesentliche Bedeutung kommt der Auswahl des Kernmaterials [236] zu. Wie bereits beschrieben, muß es zunächst einmal eine viel größere Permeabilität als das Trägermaterial besitzen. Es kommen deshalb zunächst nur weich-magnetische Werkstoffe, zum Beispiel Mu-Metall oder Permalloy und Ferritwerkstoffe [237], zur Anwendung.

Erstere besitzen den Vorteil sehr großer Permeabilität, unterliegen jedoch wegen ihrer geringen Härte einem großen Verschleiß. Die Ferrite sind zwar sehr hart, weisen aber demgegenüber nur eine geringe Permeabilität auf. Neuere Legierungen, die in Amerika als "Alfenol" bezeichnet werden, vereinen die Vorteile der beiden genannten Werkstoffe in sich.

Sie besitzen eine große Härte neben der erforderlichen großen Permeabilität. Ihr besonderer Vorteil liegt in ihrem etwa dreimal so großen spezifischen elektrischen Widerstand, wodurch die Wirbelstrombildung um den gleichen Faktor herabgesetzt wird. Die frequenzabhängigen Verluste werden somit geringer. Letzteres ist zwar bei den Ferriten aufgrund der sehr kleinen voneinander ilsolierten magnetisch wirksamen Teilchen auch der Fall, sie besitzen aber eine verhältnismäßig grobe Kornstruktur, wodurch die Herstellung genügend scharfer Spaltkanten sehr erschwert wird. Ferritwerkstoffe finden deshalb vorwiegend bei Köpfen, die für größere Bandgeschwindigkeiten bestimmt sind, oder Köpfen mit größeren Spaltbreiten, zum Beispiel Löschköpfen, Verwendung.

Blechlamellen wie bei den Übertragern

Damit sich aber auch in Kernen aus weichmagnetischen Werkstoffen nur geringe Wirbelströme ausbilden können, werden die Kerne aus Blechlamellen mit einer Dicke von 0,05mm bis 0,2mm zusammengeklebt. Noch geringere Blechdicken sind unzweckmäßig, da der Gewinn an verminderter Wirbelstrombildung den Verlust an effektivem Kernquerschnitt und die sich daraus ergebenden Folgen nicht mehr aufwiegt.

Außerdem ist zu beachten, daß zum Beispiel Mu-Metall frei von inneren mechanischen Spannungen sein muß, wenn es die maximal mögliche Permeabilität haben soll. Zu diesem Zweck werden die Bleche nach der Bearbeitung geglüht. Jedes nachträgliche Verbiegen bringt wieder Veränderungen im Molekulargefüge mit sich, die die gewünschte Steilheit der Hysteresekurve herabsetzen. Es ist nun leicht einzusehen, daß Bleche von 0,05mm Dicke und darunter besondere Maßnahmen bei der Montage erforderlich machen, damit auch geringste mechanische Veränderungen vermieden werden.

Die allgemein als Bandzone oder Spiegel bezeichnete Fläche des Kopfes, an der das Band anliegt, muß im Interesse eines guten Kontaktes zwischen Kopf und Band sehr glatt poliert sein.

Der Spiegel ist außerdem so abzuflachen, wie es durch den Abschliff des Bandes geschehen würde. Anderenfalls würde der Kopf in der ersten Zeit nach der Inbetriebnahme wegen der sich in unmittelbarer Nähe des Spaltes rasch abschleifenden Zone seine Eigenschaften schnell ändern und somit in kurzen Zeitabständen eine Veränderung der Entzerrung in den Verstärkern notwendig machen.

Der Löschkopf

Neben den üblichen Ringkernen aus Mu-Metall oder Permalloy verwendet man häufig Löschköpfe mit Ringkernen aus den bereits genannten Ferriten. Die Wirbelstromverluste sind bei ihnen besonders klein. Begrenzt wird die Löschinduktion lediglich durch die Hysterese-Verluste, die nicht unbeträchtlich sind. Um in diesen Fällen trotzdem eine ausreichende Löschdämpfung zu erzielen, ordnet man zwei dicht benachbarte Spalte an. Die Spaltbreite beträgt bei Löschköpfen etwa 0,2mm. Das entspringt einer Kompromißlösung, da einesteils nur bei breitem Spalt die bei der Behandlung des Löschvorganges geforderte geringe Flankensteilheit der Glockenkurve erzielt wird, andererseits aber ein schmaler Spalt wegen des kleineren magnetischen Widerstandes ein stärkeres Feld zur Folge hat. Die Induktivität der für Studiogeräte bestimmten Löschköpfe beträgt etwa 1mH bis 4mH, der erforderliche Löschstrom je nach Bandsorte etwa 150mA.

Der Sprechkopf

Für den Ringkern des Sprechkopfes wird vorwiegend Mu-Metall oder Permalloy benutzt. Die geringen Hysterese- und Wirbelstromverluste ermöglichen eine weitgehende Linearisierung zwischen Sprechwechselstrom und Magnetisierungsfeld, wodurch die nichtlinearen Verzerrungen ebenfalls niedrig gehalten werden können.

Bei Sprechköpfen für Studiogeräte beträgt die Spaltbreite etwa 28um. Der dem Aufnahmespalt diametral angeordnete Rückspalt ist etwa 0,2mm bis 2mm groß und unterdrückt beziehungsweise verhütet durch die Scherung der Magnetisierungskurve eine durch ein störendes Gleichfeld hervorgerufene Magnetisierung des Ringkernes (siehe auch unter „Aufzeichnungsstörungen").

Die Impedanz des Sprechkopfes stellt nahezu eine reine Induktivität dar, so daß der Widerstand mit der Frequenz etwa linear ansteigt. Um trotzdem einen nahezu frequenzunabhängigen Stromfluß zu erhalten, muß der Widerstand des Kopfes im Vergleich zum Innenwiderstand des Aufsprechverstärkers sehr klein sein. Die Induktivität beträgt praktisch etwa 7mH. Dieser Wert erlaubt kleine Windungszahlen, die zusammen mit der Zuleitungs- und Wicklungskapazität einen Resonanzkreis ergeben, dessen Resonanzfrequenz, wie erforderlich, weit außerhalb des aufzuzeichnenden Frequenzbereiches liegt.

Der Hörkopf

Der Hörkopf ist mit Ausnahme des Rückspaltes, der hier möglichst klein sein soll, damit auch der Streufluß klein bleibt, genau so aufgebaut wie der Sprechkopf. Die notwendige Größe des vorderen Luftspaltes ist von der Bandgeschwindigkeit abhängig. Bei größeren Bandgeschwindigkeiten kann der Luftspalt breiter sein, da hierbei der Einfluß der Spaltfunktion des Abtastspaltes im Vergleich zum Einfluß der Selbstentmagnetisierung klein ist.

Die Spaltbreite beträgt in diesem Fall etwa 14um. Hörköpfe für kleinere Bandgeschwindigkeiten müssen einen kleineren Spalt besitzen, da hierbei der Einfluß der Spaltfunktion schon wesentlich größer ist.

Wichtig ist noch die Tiefe des Spaltes. Indem man die Polenden des Ringkernes auf der Innenseite abschrägt, erzielt man eine geringe Spalttiefe von etwa 1mm. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich die vom Band ausgehenden Flußlinien zum großen Teil bereits als Streufluß über dem inneren Teil des Spaltes schließen und damit nicht zur Spannungsinduktion beitragen. Eine noch kleinere Spalttiefe würde zwar noch einen höheren Nutzfluß und damit eine höhere Hörkopfspannung zur Folge haben, aber der durch die mehr oder weniger rauhe Bandoberfläche bedingte Kopfabschliff macht den Kopf in kürzester Zeit unbrauchbar.

Die angegebene Spalttiefe von etwa 1mm stellt daher einen günstigen Kompromiß zwischen der Größe der Hörkopfspannung und der Lebensdauer des Kopfes dar. Durch den Kopfabschliff wird die Spalttiefe nach und nach geringer. Diese Verringerung wirkt sich zunächst durch eine Erhöhung der Hörkopfspannung im gesamten Frequenzbereich aus, wobei allerdings die Spannung bei hohen Frequenzen in geringerem Maße zunimmt. Das kommt daher, daß eine kleinere Spalttiefe eine größere effektive Spaltbreite zur Folge hat.

Ein besonderes Problem bildet die Vermeidung von Brummeinstreuungen, die durch magnetische Felder der in der Nähe angeordneten Motoren und Netztransformatoren erzeugt werden können. Zur Abhilfe versieht man den Hörkopf mit einer Abschirmung aus Mu-Metall. Sprech- und Löschkopf schirmt man vorsorglich meistens ebenfalls ab, obwohl bei ihnen wegen der größeren Ströme das Verhältnis zwischen Wechselfluß und eingestreutem Fremdfluß unter sonst gleichen Bedingungen wesentlich größer ist. Der in den Ringkern des Hörkopfes eingestreute Fremdfluß induziert in der Wicklung desselben eine Fremdspannung (Brummspannung), zu deren Unterdrückung schon ein beachtlicher Aufwand notwendig ist. Neben der Kopfabschirmung ist die Verwendung streuarmer, eventuell sogar abgeschirmter Motoren notwendig.

Der Kopfträger

Alle vorgenannten Köpfe vereinigt man zweckmäßigerweise in einem Kopfträger, der mit den notwendigen Einstellvorrichtungen für die Taumelung der Köpfe versehen ist. Bild 189a zeigt einen Kopfträger für stereophonische Zweikanalaufnahmen, während in Bild 189b ein 6Spur-Kopf für Atelierschrift auf 35mm Magnetfilm zu sehen ist. Darüber hinaus ist in Bild 189c ein 12-Spurkopf für Magnetband mit einer Breite von 1 Zoll dargestellt. Bei Verwendung von Bändern mit noch größerer Breite, zum Beispiel 2 Zoll, sind Köpfe mit bis zu 24 Spuren üblich. Mehrspurköpfe werden nicht nur für die stereophonische Schallspeicherung eingesetzt, sondern auch dort, wo die Speicherung verschiedener voneinander unabhängiger Signale Bedeutung hat (z. B. Verwendung für mehrsprachige Versionen oder zur Aufzeichnung von Kennungs- und/oder Synchronsignalen).

E. 1. 3. 3. Verstärker der Magnetbandtechnik
Aufsprechverstärker

Da sich der vom Mikrofon aufgenommene und auf +6dB verstärkte Pegel bei einem Innenwiderstand des Studioverstärkers von etwa 40 Ohm nicht für den direkten Anschluß eines Sprechkopfes eignet, muß ein Aufsprechverstärker zwischengeschaltet werden. Dieser hat die Aufgabe, bei niedrigen Frequenzen einen frequenzunabhängigen Stromfluß, bei hohen Frequenzen aber zwecks Kompensation der Entmagnetisierungsverluste einen mit der Frequenz zunehmenden Aufsprechstrom zu erzeugen.

In diesem Verstärker bringt man oftmals auch den Hf-Generator für die Lösch- und Vormagnetisierungsfrequenzen mit unter. Bei Geräten, mit denen mehrere Spuren gleichzeitig auf einem Band aufgezeichnet werden können und für die je Spur ein Aufsprechverstärker benötigt wird, muß man auf den Einbau des Hf-Generators in einen Verstärker verzichten, denn es müssen einerseits die Lösch-, andererseits die Vormagnetisierungsfrequenzen bei allen Spuren die gleichen sein. Wird dies nicht beachtet, bilden sich wegen des unvermeidlichen Übersprechens und wegen der Nichtlinearitäten des Verfahrens zwischen den verschiedenen Lösch- und Vormagnetisierungsfrequenzen hörbare Differenztöne aus. Man ordnet deshalb, etwa wie bei der Magnetfilmapparatur Magnetocord der Firma Siemens, allen Aufsprechverstärkern einer Apparatur einen gemeinsamen Hf-Generator zu, der auch in einem besonderen Einschub oder in einer eigenen Kassette untergebracht ist.

Die Forderung nach einem frequenzunabhängigen konstanten Sprechstrom bei tiefen und mittleren Frequenzen wird durch einen relativ hochohmigen Ausgangswiderstand des Aufsprechverstärkers erfüllt. Er muß so groß sein, daß die mit der Frequenz anwachsende Impedanz des Sprechkopfes im Vergleich zum Ausgangswiderstand als klein anzusehen ist.

Kompensations-Entzerrung

Bei hohen Frequenzen wird dagegen ein mit der Frequenz ansteigender Sprechstrom gewünscht, um die im Sprechkopf und bei der Aufzeichnung entstehenden Verluste zu kompensieren. Ferner versucht man, bereits bei der Aufzeichnung zumindest einen Teil der Entmagnetisierungsverluste zu decken. Die für die Kompensation dieser Verluste notwendige Vorverzerrung im Aufsprechverstärker bestimmt den frequenzabhängigen Verlauf der Magnetisierung des Bandes.

Wie bereits angegeben, wurde im Interesse der Austauschbarkeit der Programmbänder der zulässige Höhenabfall je nach Bandgeschwindigkeit mit T = 35us, bzw. T = 70us festgelegt. Diese Werte führen zu einer je nach Bandtype und Laufgeschwindigkeit unterschiedlichen Anhebung des Aufsprechstromes. Für Magnettonmaschinen, bei denen die Laufgeschwindigkeit des Bandes umgeschaltet werden kann, setzt man Verstärker mit umschaltbarer Entzerrung ein. Auf diese Weise läßt sich das umständliche Ummessen und Einpegeln der Verstärker beim Wechseln der Bandgeschwindigkeit vermeiden.

Bild 190 zeigt als Beispiel die Schaltung des Aufsprechverstärkers V 296 d der Firma Siemens, der den vorgenannten Erfordernissen entspricht. Der für die Aufzeichnung notwendige Pegel wird an R1 eingestellt. Über einige Transistorstufen und eine Entzerrungsschaltung wird die Spannung verstärkt, entzerrt und dem Ausgang zugeführt. Zur Einstellung des Frequenzganges bei hohen Frequenzen sind die Potentiometer R19 und R20 vorgesehen.

Der Hf-Generator

Der in Bild 191 a gezeigte Hf-Generator V296a der Firma Siemens arbeitet auf einer Frequenz von 80 ±0,25kHz. Seine Ausgangsspannung kann mit Hilfe von R1 abgeglichen werden. Der Oberwellengehalt der Hf-Spannung ist sehr klein, die kritische 1. Oberwelle k2 liegt mindestens 56dB unter dem Nennpegel.

Die Löschstufe

Die Löschstufe V296b, Bild 191b, wird vom Hf-Generator gesteuert und erzeugt die für die Löschung des Magnetbandes erforderliche Leistung. Sie kann mit Hilfe der veränderlichen Abstimmung im Ausgangskreis an verschiedene Löschköpfe angepaßt werden. Damit wird es möglich, nicht nur einzelne Spuren getrennt voneinander, sondern auch den Magnetfilm in seiner ganzen Breite gleichzeitig zu löschen.

Die Vormagnetisierungsstufe

Die Vormagnetisierungsstufe V296c, Bild 191c dient zum Einstellen des Vormagnetisierungsstromes für den Sprechkopf. Die Einregulierung erfolgt über S1 und R6. Die Übertrager Ü1 und Ü2 sind auf die Vormagnetisierungsfrequenz von 80kHz abgestimmt. Über einen Serienschwingkreis, der auf die Grundwelle abgeglichen ist, gelangt der Vormagnetisierungsstrom zum Sprechkopf. Die Symmetrie des Stromes wird an R20 auf die maximale Dämpfung der 1. Oberwelle eingestellt.

Der Wiedergabeentzerrer

Wie wir bei der Betrachtung des Abtastvorganges feststellten, ist die vom Hörkopf abgegebene Leerlaufspannung nach Gleichung (69) stark frequenzabhängig. Damit das Übertragungsmaß einer Magnettonanlage insgesamt frequenzunabhängig bleibt, muß der Wiedergabeentzerrer die Verzerrungen ausgleichen. Sein Frequenzgang muß also spiegelbildlich zur Kurve der induzierten Hörkopf Spannung verlaufen, das heißt mit etwa 6dB je Oktave von tiefen nach mittleren Frequenzen zu abfallen, um danach zum Ausgleich aller Verluste mit Hilfe einer Nachentzerrung wieder anzusteigen (Bild 192).

Die Schaltung des Wiedergabeentzerrers V297 (Siemens) ist in Bild 193 dargestellt. Da bei einer Verstärkung von ca. 60dB ein großer Geräuschspannungsabstand erforderlich ist und die nichtlinearen Verzerrungen klein zu halten sind, geschieht die Entzerrung im wesentlichen in der ersten Stufe der Verstärkerschaltung durch eine frequenzabhängige Gegenkopplung. Die Einstellung des Pegels bewirken der Pegelsteller R33, die der hohen Frequenzen die Höhensteiler R32 und R34. Eine Korrektur im Tiefenbereich ist durch den Tiefensteller R35 möglich.

Pegelverhältnisse der gesamten Schallspeichereinrichtung

Bei der Behandlung der einzelnen Teileinrichtungen (Tonträger, Köpfe und Verstärker) wurde auf die sich zwangsläufig ergebenden oder zur Kompensation notwendigen Frequenzabhängigkeiten der verschiedenen Kenngrößen hingewiesen. In Bild 197 sind diese zusammengefaßt noch einmal dargestellt.

E. 1. 3. 4. Die Laufwerke

Bei den Laufwerken steht die Konstanz der Tonträgergeschwindigkeit im Vordergrund. Man unterscheidet einerseits zwischen den Problemen, die sich aus der zu fordernden Übereinstimmung der Geschwindigkeiten aller Apparaturen einer Klasse beziehungsweise deren Konstanz ergeben, und andererseits denjenigen der durch verschiedene Störeinflüsse hervorgerufenen kurzzeitigen Geschwindigkeitsschwankungen. Während die ersteren vorwiegend für die Laufzeitkonstanz maßgebend sind, wird durch die letzteren die erreichbare elektroakustische Qualität der Schallspeicherung beeinflußt.

Die Laufzeitkonstanz

Der Antrieb des Magnetbandes erfolgt in der Magnettonapparatur gewöhnlich durch eine Tonrolle (Capstan), die sich meist auf der Achse des Antriebsmotors, auch Tonmotor genannt, befindet. An diese Rolle wird das Band mit einer Gummirolle fest angedrückt. Auf diese Weise wird es mit einer dem Durchmesser der Tonrolle und der Drehzahl des Motors proportionalen Geschwindigkeit befördert.

Verwendet man zum Antrieb einen Synchronmotor, so könnte die Bandgeschwindigkeit bei konstanter Netzfrequenz zunächst ebenfalls als konstant angenommen werden. Das stimmt jedoch nur in erster Näherung, da sich zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Tonrolle und der tatsächlichen Bandgeschwindigkeit ein Schlupf einstellt, der von verschiedenen, weiter unten noch genauer erläuterten Einflüssen abhängt. Normalerweise ist dieser Schlupf nur sehr klein und vor allem deshalb uninteressant, da er selbst dann, wenn die Aufzeichnung und Abtastung auf getrennnten Apparaturen erfolgen, durch den bei beiden Apparaturen nahezu gleich großen Fehler zu keiner merkbaren Tonhöhenveränderung führt.

Schnelle Geschwindigkeitsschwankungen

Ein ungleichförmiger Antrieb wirkt sich in einer in kleinen Grenzen laufend wechselnden Tonträgergeschwindigkeit aus, wodurch die aufgezeichnete Wellenlänge einer konstanten Frequenz ebenfalls schwankt. Das hat wiederum eine Tonhöhenschwankung bei der Abtastung dieses Tonträgers mit einer zunächst angenommenen ideal gleichförmigen Geschwindigkeit zur Folge.

Praktisch stellt sich jedoch auch bei der Abtastung wegen der Geschwindigkeitsschwankung des Bandes eine Frequenzänderung der abgetasteten Schwingung ein, das heißt, daß diese frequenzmoduliert wird. Die durch die bei der Aufzeichnung entstehende Änderung der Wellenlänge und bei der Abtastung hervorgerufene Frequenzänderung bedingten Tonhöhenschwankungen überlagern sich und ergeben zusammen einen statistisch höheren Gesamtschwankungswert.

Theoretisch ist zwar auch eine Kompensation beider Einflüsse denkbar, indem zum Beispiel die durch eine exzentrisch rotierende Tonrolle entstehende Wellenlängenverzerrung dadurch aufgehoben wird, daß bei der Wiedergabe auf der gleichen Apparatur die Exzentrizität um eine halbe Wellenlänge der Störschwingung phasenverschoben wirkt. Praktisch kann damit aber nicht gerechnet werden, weil die Bänder nicht nur auf verschiedenen Apparaturen wiedergegeben werden, sondern sich auch bei jeder Abspielung etwas mehr dehnen, wodurch schwebungsähnliche Additionen beziehungsweise Subtraktionen der Amplitude der Störfrequenzen hervorgerufen werden.

Die Modulationsfrequenz, in deren Rhythmus die Frequenzänderung delta f schwankt, stellt in Wirklichkeit keine diskrete Frequenz, sondern ein Frequenzgemisch aus vielen Störfrequenzen dar. Den Hauptanteil dieser Störfrequenzen liefert erfahrungsgemäß die nur bis zu einem gewissen Grade mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit und Zentrizität laufende Tonrolle. Die dadurch entstehende Störfrequenz beträgt zum Beispiel bei einer Drehzahl des Tonmotors von 750 U/min : 12,5 Hz.

Anders ist es beim Magnetfilm

Bei Magnetfilm verursacht vor allem die Perforation von 96 beziehungsweise 100 Perforationslöchern je Sekunde eine Modulationsfrequenz von 96 beziehungsweise 100 Hz. Dieser störende Einfluß wird noch vergrößert, wenn die Perforationsteilung des Magnetfilms wegen seiner Schrumpfung nicht mehr genau mit der Teilung der Transportrolle (Zahnrolle) übereinstimmt. Ferner stellt sich bei kombinierten Bild-Tonstreifen durch eine ungenügende mechanische Filterung des ruckweisen Filmtransportes eine Störfrequenz von 24 bzw. 25 Hz ein.

Die durch einen unrunden Lauf von Umlenkrollen bedingten Störfrequenzen liegen zwischen 5Hz und 10Hz, während Ungleichheiten im Getriebe (Zahnteilungsfehler) im allgemeinen Störfrequenzen von über 100Hz erzeugen. Störfrequenzen von > 100Hz (1.000 Hz bis 3.000 Hz) sind auf Bandlängsschwingungen zurückzuführen, deren Frequenzen von der Größe der Elastizität, der spezifischen Masse, der freien Länge und der Zugbeanspruchung des Bandes abhängen [242].

Wichtige kleine Feinheiten - die Umlenkrollen

Feststehende Bandführungen bewirken keine Dämpfung der Störschwingungen, sondern fördern sie sogar. In der Studiotechnik stellt man relativ strenge Forderungen an den Gleichlauf. Als maximal zulässiger Wert des Modulationsgrades wird mF = 0,1% festgelegt.

Praktische Ausführungen der Laufwerke

Die Laufwerke der Magnetband- und Magnetfilmgeräte unterscheiden sich wesentlich voneinander. Magnetbandlaufwerke bewirken einen hinreichend gleichförmigen Antrieb, während Magnetfilmlaufwerke infolge der Perforation des Bandes und eines Antriebes mit einer Zahnrolle einen wesentlich ungleichförmigeren Antrieb aufweisen. Das Magnetfilmlaufwerk benötigt deshalb besondere "mechanische" Filteranordnungen zur Aussiebung der Gleichlaufstörungen.

Das Magnetbandlaufwerk

Als Beispiel eines Magnetbandgerätes ist in Bild 195 der prinzipielle Bandlauf der Studiomaschine M10 der Firma Telefunken dargestellt. Das Band gelangt dabei vom links befindlichen Abwickelteller über eine Umlenkrolle am Lösch-, Sprech- und Hörkopf vorbei zur Tonrolle und wiederum über eine Umlenkrolle zum Aufwickelteller. Die drei Köpfe sind meist in einem gemeinsamen Kopfträger untergebracht, der im Interesse einer schnellen Auswechselbarkeit aufschraubbar angeordnet und elektrisch über Steckerleisten mit dem Laufwerk verbunden ist.

Ein besonderes Problem stellt die Erzielung eines zumindest annähernd konstanten Bandzuges dar, der eine wichtige Voraussetzung für einen konstanten Schlupf bildet. Der Bandzug ist zunächst von der Art der Ab- und Aufwickeleinrichtung abhängig. Um störende Einflüsse von dieser Seite gering zu halten, verwendet man getrennte Wickelmotoren. Es sind meist Wirbelstromläufer, die sich von einem Kurzschlußläufermotor lediglich durch einen als nutenlosen Eisenzylinder ausgebildeten Rotor unterscheiden, wodurch ein gleichmäßigeres Zugmoment auftritt.

Beim Lauf der Apparatur sind beide Wickelmotoren so angeschaltet, daß sich stets der Aufwickelmotor in Aufwickelrichtung und der Motor der Abwickeleinrichtung in Rückwickelrichtung dreht. Dadurch entsteht beiderseits der Tonrolle sowohl der notwendige Aufwickelzug, der die Bandrolle genügend fest aufwickeln soll, als auch der notwendige Gegenzug, der für einen hinreichend großen Andruck des Bandes an die Köpfe sorgt.

Sollen die Festigkeit des Bandwickels, der Andruck an die Köpfe und der Schlupf konstant sein, so müssen sämtliche Zugkräfte unabhängig vom Durchmesser des Bandwickels ebenfalls konstant bleiben. Das bedingt, daß das Drehmoment der Wickelmotoren proportional mit dem Bandwickeldurchmesser zunimmt.

Die Bandzugsregelung

Da sich bei einem 1.000m-Band mit einem üblichen inneren Durchmesser von 70mm (AEG Kern) die Drehzahl des Aufwickelmotors zum Beispiel von etwa 210 auf 50 U/min ändert, müßte sich das Drehmoment ebenfalls im Verhältnis 1:4,2 ändern. Die Erzielung einer solchen idealen Charakteristik ist jedoch durch die Konstruktion des Motors allein nicht zu erreichen.

Man hilft sich deshalb bei einigen Laufwerksausführungen mit der Anordnung eines vom Band geführten Schwenkhebels an der ersten Umlenkrolle, der sich je nach dem Bandwickeldurchmesser auf verschieden große Winkelausschläge einstellt und der mit einem in den Stromkreis der Wickelmotoren eingefügten regelbaren Widerstand mechanisch so gekoppelt ist, daß sich das Drehmoment der Motoren möglichst wenig ändert [243].

Der Tonwellen-Motor

Soll das Band transportiert werden, so wird es mit einer Gummirolle an die Tonrolle angedrückt. Günstig ist es, den Tonwellenantrieb - gleich welcher Art - auch dann laufen zu lassen, wenn kein Bandantrieb erfolgt, da dadurch die Hochlaufzeit für den eigentlichen Bandtransport sehr klein gehalten werden kann.

Beim Rückwickeln des Bandes wird die Gummirolle nicht angedrückt, ferner der feste Vorschaltwiderstand des Rückwickelmotors kurzgeschlossen und der des Aufwickelmotors weitgehend vergrößert. Durch das auf diese Weise entstandene kräftige Rückwickel- und geringe Rückhaltemoment ist Rückspulen mit 20- bis 40facher Geschwindigkeit möglich.

Bei Studiogeräten wurde noch die Möglichkeit eines schnellen Vorlaufes eingeführt. Hierbei erfolgt die Widerstandsverteilung zwischen Aufwickel- und Rückwickelmotor gerade umgekehrt. Durch den schnellen Rück- und Vorlauf ist die Möglichkeit gegeben, jede beliebige Stelle des Bandes in kürzester Zeit aufzusuchen.

Das Magnetfilmlaufwerk (am Beispiel SIEMENS)

Als Beispiel einer Magnetfilmapparatur soll die in Bild 197 gezeigte Anlage der Fa. Siemens dienen. (Anmerkung : Die Cord-Laufwerke von MWA Berlin und aus der Schweiz waren auf recht häufig verbreitet.) Sie besteht grundsätzlich aus einer Antriebseinrichtung und einem darüber angeordneten Tonlaufwerk.

Der Film läuft von der Abwickeleinrichtung über die im Antriebsteil befindliche Transportrolle zum Tonlaufwerk. Er wird dort zunächst über eine erste, auf einem Filterhebel befindliche Laufrolle und eine erste Tonrolle an den Köpfen vorbeigeführt und gelangt dann über eine zweite Tonrolle und eine zweite, ebenfalls auf einem Filterhebel befindliche Laufrolle zurück zur Transportrolle und danach zur Aufwicklung.

Der Unterschied des Magnetfilmlaufwerkes im Vergleich zum Magnetbandlaufwerk ist durch die mechanische Filtereinrichtung gegeben, die der Ausfilterung der durch den Antrieb über die Perforation hervorgerufenen Ungleichförmigkeiten des Filmlaufes dient. Sie besteht aus den zwei (Anmerkung : recht schweren) Schwungmassen, von denen sich je eine auf den Wellen der beiden Tonrollen befindet.

Die außerdem zum Filtersystem gehörenden Federkräfte werden durch zwei Federn erzeugt, die die beiden Filterhebel bei nicht eingelegtem Film in eine Endlage ziehen. Bei richtig eingelegtem und laufendem Film stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Federkraft und Bandzug ein. Die Federn sind so dimensioniert, daß die Filterhebel in diesem Zustand eine mittlere Schwenklage einnehmen. Die Schwungmassen im Zusammenwirken mit den Federkräften sind so bemessen, daß selbst relativ langsame Gleichlaufschwankungen ausgefiltert werden.

Damit keine Eigenschwingungen des Filtersystems auftreten können, ist parallel zu einer Filterfeder ein Dämpfungsglied in Form eines Kolbens eingefügt, der sich in einem kleinen abgeschlossenen Zylinder, durch das Luftpolster gedämpft, hin und her bewegen kann. Die Dämpfung ist mit einer dem Druckausgleich dienenden und mehr oder weniger verschließbaren Öffnung im Zylinder veränderbar. Durch die Filtereinrichtung, zusammen mit weitgehend rundlaufenden Tonrollen, läßt sich die Frequenzmodulation auf den in der Tonstudiotechnik geforderten Wert von 0,1% herabsenken.

E. 1. 3. 5. Die Synchronisierung von Ton und Bild
Magnetfilm und Bildfilm mit Perforation

Für die gleichzeitige Aufnahme von Ton und Bild kann man im einfachsten Falle perforierte Bänder (oder Filme) verwenden, die über einen Synchronmotor mit Getriebe und Zahntrommel aus dem Wechselstromnetz angetrieben werden. In Bild 198 sind die Übersetzungsverhältnisse bezogen auf zwei verschiedene Netzfrequenzen von 50 Hz (Europa) und 60 Hz (Amerika) dargestellt.

Bei der Weiterbearbeitung von Ton und Bild sind die einzelnen Schallereignisse - Sprache, Musik, Geräusch - meist auf verschiedenen Bändern (Filmen) gespeichert. Damit besteht das Problem, bei der Tonmischung einzelne Bänder zusammen mit dem Bildband aus dem Stillstand synchron hochzufahren, anzuhalten und gegebenenfalls auch synchron zurück zu fahren [295-298].

Für diese Fälle kann man zweckmäßig einen "Synchrongenerator" einsetzen (das nannte sich ein Rotosyn-System), der bereits bei Stillstand der Laufwerke eine verkettete Gleichspannung an die Synchronmotoren abgibt. Zum Anlauf der Maschinen werden dann Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz des Generators proportional erhöht, bis die Geräte bei der Frequenz 50Hz ihre Nenndrehzahl erreichen.

Steigert man die Drehzahl des Synchrongenerators so weit, daß er eine Frequenz von 100 Hz abgibt, dann laufen die Geräte auch synchron weiter mit doppelter Normalgeschwindigkeit. Dies ist z. B. für den synchronen Rücklauf von besonderem Interesse.

An Stelle eines Synchrongenerators kann man auch eine elektronische Gleichlauf-Steuerung (Bild 199) verwenden. Das elektronische System besteht im wesentlichen aus einem Steuerteil und einem Leistungsteil. Das Steuerteil liefert Impulse beliebiger Wiederholungsfrequenz und bestimmt damit die Rotosynfrequenz. Im Leistungsteil der Anlage werden Thyristoren über eine Treiberelektronik durch die Impulse des Steuerteils zyklisch derart gezündet, daß drei Wechselrichter zusammen eine Drehspannung liefern. Gelangen keine Schaltimpulse an die Thyristoren, so liefert der Stromrichter drei Spannungen mit der Frequenz Null (Gleichspannung), wodurch die angekoppelten Drehstrommotoren der Laufwerke in einer definierten Winkelstellung festgehalten werden.

Die Anlage kann folgende Aufgaben erfüllen:

a) Synchrones Hochfahren und Anhalten mit konstanter Beschleunigung;
b) Synchronisieren der Rotosynfrequenz nach einer vorgegebenen Impulsfrequenz (netzsynchron, quarzsynchron, taktgebersynchron, pilotsynchron);
c) Definiertes Frequenzumsetzen, z. B. 50/48 Hz oder 50/60 Hz und umgekehrt;
d) Automatisches Vorwärts- und Rückwärtstransportieren einer definierten Filmlänge.

Das Pilottonverfahren

Anstatt eines perforierten Magnetfilms kann für die Tonaufnahme auch ein Magnetband verwendet werden, bei dem die Synchronisierung mit dem Bildband durch eine zusätzliche Hilfsaufzeichnung - Pilotfrequenz - erfolgt. Zur Erzeugung dieser Pilotfrequenz (Bild 200) [241, 299-302] besitzt die Bildkamera einen kleinen Wechselstromgenerator - Pilottongeber -, der bei einer Bildwechselfrequenz von 25 Bildern/s direkt mit der Einerwelle der Kamera gekoppelt ist. Zur Kennzeichnung des Bild- und Tonbeginns der jeweiligen Aufnahme verwendet man eine „elektrische Synchronklappe". Dabei erhält das Bildband eine optische, das Tonband eine akustische Markierung. Sind mehrere Bildkameras gleichzeitig eingesetzt, so besteht meist das Problem, ein Tonband zu einer Reihe von Bildbändern synchron anzulegen. Für diesen Fall muß eine zusätzliche Zeitmarkenaufzeichnung auf Bild- und Tonband erfolgen [303].

Die Pilotfrequenz für das Tonbandgerät kann auf verschiedene Weise gewonnen werden:

a) Vom Pilottongeber der Filmkamera über eine Kabelverbindung;
b) Vom Pilottongeber der Filmkamera durch drahtlose Übertragung;
c) Aus dem Wechselstromnetz über einen Anpassungstransformator;
d) Von einem Bezugsnormal (Quarz-Oszillator, Stimmgabelgenerator).

Für die Tonbandgeräte des portablen Einsatzes (NAGRA-System) erfolgt die Regelung des Antriebes nach Bild 200 meist elektronisch.

Die Wiedergabe mit Pilotton

Beim Playbackverfahren wird zu einer vorhandenen Musikaufnahme die Szene im Fernseh- oder Filmstudio bei gleichzeitiger Bildaufnahme nachgespielt. Da dabei eine vorhandene Tonaufnahme synchron mit dem Lauf der Bildkamera abgespielt werden muß, wird die Pilotaufzeichnung des Tonbandes mit der Pilotfrequenz der Kamera elektronisch verglichen und der Antrieb des Tonbandgerätes synchronisiert.

Zur weiteren Schnittbearbeitung von Ton und Bild wird die Tonaufzeichnung des pilotsynchronen Bandes auf Magnetfilm überspielt. Dabei kann entweder die Magnetfilmmaschine direkt über einen Leistungsverstärker oder die Abspielmaschine indirekt durch Vergleich der Pilotfrequenz mit der Netzfrequenz geregelt werden.

E. 1. 3. 6. Tonhöhen- und Laufzeitregler

Eine Sonderstellung in der Magnettontechnik nimmt ein Gerät ein, mit dem Magnettonbänder mit einer von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit abweichenden Geschwindigkeit und damit Laufzeit wiedergegeben werden können, ohne daß sich die Tonhöhe zu ändern braucht [244].

Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel im Tonfilm Schallereignisse, deren Asynchronität zum Bild gleitend abweicht, durch nochmaliges Überspielen über den Laufzeitregler synchronisieren.

Die Erhaltung der Tonhöhe trotz Veränderung der Laufzeit eines Schallereignisses erreicht man dadurch, daß man bei einer Laufzeitverlängerung kleine Teilstücke des Bandes wiederholt abtastet, während sie bei einer Verkürzung der Laufzeit ausgelassen werden. Es ist also notwendig, den Abtastkopf in einer solchen Weise zu bewegen, daß Wiederholungen oder Auslassungen möglich sind.

Man erreicht das dadurch, daß auf einer rotierenden Trommel vier Hörköpfe in der in Bild 201 gezeigten Art angeordnet werden, deren Ausgänge in Reihe über Schleifringe auf den Eingang des Wiedergabeentzerrers geschaltet sind. Die Umschlingung der Trommel durch das Band beträgt praktisch 90°, sodaß der Tonträger stets von einem Kopf berührt wird. Während nun für die Laufzeit die Bandgeschwindigkeit allein bestimmend ist, ist die Tonhöhe der Relativgeschwindigkeit zwischen Kopf und Band proportional.

Soll die Tonhöhe konstant bleiben, so muß auch die Relativgeschwindigkeit unabhängig von der Bandgeschwindigkeit konstant sein. In der einfachsten Form erreicht man das mit einem Synchronmotor, der so gelagert ist, daß sich sowohl Rotor als auch Stator frei drehen können, wobei der Stator die Trommel antreibt und der Rotor das Band (Bild 201).

Bremst man nun zum Beispiel den Stator so stark ab, daß die Trommel still steht, so wird das Band mit der vollen Geschwindigkeit transportiert; es liegt also der normale Abtastfall vor. Vermindert man die Bremsung, so beginnt die Trommel zu rotieren und die Bandgeschwindigkeit in gleichem Maße zurückzugehen, wie die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel zunimmt. Dabei werden Teile des Bandes doppelt wiedergegeben. Wird schließlich die Trommelumfangsgeschwindigkeit gleich der Bandgeschwindigkeit, so steigt die Laufzeit auf das Zweifache der normalen Laufzeit an. Jede Stelle des Tonträgers wird dann zweimal abgetastet.

Soll die Laufzeit nicht verlängert, sondern verkürzt werden, so muß der Rotor schneller als bei stillstehendem Stator laufen. Man erreicht das durch den zusätzlichen Antrieb des Rotors von einem regelbaren Hilfsmotor. Daraufhin beginnt sich die Trommel zum Ausgleich in entgegengesetzter Richtung zu drehen. Beträgt die Bandgeschwindigkeit schließlich das Doppelte der Normalgeschwindigkeit, so wird jedes zweite Tonspurstück nicht abgetastet. Die Raffung beträgt dann 50%.

Mit der Wiederholung und Auslassung von Tonspurteilen ist eine Qualitätseinschränkung des wiedergegebenen Schallereignisses verbunden. Sie ist jedoch kaum merkbar, wenn die Bandgeschwindigkeit um nicht mehr als ±25% bei Musik und ±40% bei Sprache verändert wird.

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