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Die Zeitschrift "Hifi Scene" aus Zürich / Schweiz

Die "Hifi-Scene" war bei uns weitgehend unbekannt. Der Verbreitungsgrad reichte offenbar selten bis nach Deutschland. Im März 2000 erschien die letzte von 18 Ausgaben. Das Beson- dere daran ist, die Autoren waren alle Praktiker und fachlich der Physik mehr verpflichtet als den Mythen und Träumen. So etwas gab es bei uns nur bei der Klangbild und bei der Hifi- Stereophonie, wobei bei letzterer in den letzten Jahren Zweifel aufkamen. Wenn Sie hier über eine Suchmaschine eingelandet sind, besuchen Sie bitte erst die einführende Seite.

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Der grosse Denkfehler

Es geht hier um konstruktive Lösungsansätze zur Verminderung von Klemmverzerrungen und Phasenfehlern durch den Nadelschliff.

Der musikalische Aspekt

Wir wollen uns in unseren Gedanken etwas freier bewegen, und versetzen uns etwa 35 Jahre (wir sind gerade in 1995 -also etwa zurück in 1960) zurück :

Suvi Ray Grubb hat gerade eine Bandaufnahme von Otto Klemperer gemacht und beide hören sich die Aufnahme an. Wenn beide mit der Klangbalance zufrieden sind, lässt Mr. Grubb nun eine Testpressung anfertigen und beide hören sie sich an.

Nehmen wir mal an über eine von EMI aufgebaute Abhöranlage, einem Garrard Plattenspieler, EMI Tonarm und Tonabnehmer. Die Abtastnadel war höchstwahrscheinlich eine Rundnadel. (Und absolut sicher keine VdHul-Nadel.) Wenn es so klingt, wie Klemperer sich dies vorstellt, wird diese Platte zur Produktion freigegeben. Wenn nicht, wird am Mischpult so weit kompensiert, bis die Platte (beinahe) der Bandwiedergabe entspricht. Mit einer Rundnadel. Und genau so soll die Aufnahme klingen.

Und deshalb ist es völlig falsch in sogenannten Hardware-Fachblättern zu schreiben, dass man erst mit den neuesten technischen Errungenschaften hört, was auf den Platten wirklich drauf ist. Dies ist lediglich pure Arroganz und Anmaßung, Klemperer neu interpretieren zu wollen. Wenn er noch leben würde, er würde die neuzeitliche Fehlinterpretation als Pedanterie empfinden.

Abtastnadeln

Vorausgehend sei erwähnt, dass es lediglich drei Nadeltypen gibt:

  1. • Runde (spärisch)
    Eigentlich ist auch ein Kreis eine Ellipse mit deckungsgleichen Brennpunkten. Zum leichteren Verständniss bleibt der Term «rund» beibehalten.
  2. • Elliptische
    Elliptisch bezeichnet die Diamantform ungenügend. Abhängig davon, wie weit die Brennpunkte der Ellipse auseinander liegen, kann die Form von beinahe rund bis extrem flach gehen. Handelsbezeichnungen wie Fine line, super Elliptical etc.
  3. • Parabolische
    Durch die Parabelform soll eine bessere Annäherung an eine verschleissreduzierende Form gefunden werden. In Realität werden zwei Ellipsen überlagernd geschliffen und die Übergänge ausgeglichen. Parabolische Diamanten können von beinahe «rund» zu sehr flach ausgebildet sein (Elliptisch), Handelsbezeichnungen wie VdHul, Paroc etc.

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Eine dem Schneidstichel angenäherte Abtastnadelform

Der Idee folgend, dass eine dem Schneidstichel angenäherte Abtastnadelform die systemimmanenten Fehler der Stereo-Schallplatte reduzieren könne, wurde schon früh versucht, von runden Abtastnadeln abzuweichen.

Durch den schmaleren Berührungsradius in der Horizontalen steigen die Kräfte auf die Rillenflanken an, was durch einen flacheren vertikalen Radius kompensiert werden muss, um die Auflagefläche des Diamanten gleich gross zu erhalten, und die Rille nicht zu beschädigen.

Dass die Stereorille zweifelsfrei mit einer schmaleren als einer Rundnadel verzerrungsärmer abgetastet werden könnte, ist durchaus richtig. Jedoch nur, wenn die Lagerkonstruktion des Nadelträgers derjenigen des Schneidstichels entspricht. Und dies ist nie der Fall!

Wieder ein wenig Wahrheit in der Glosse :

Und hier beginnt nun das Trauerspiel der Industrie, die seit dem Beginn der Stereoschallplatte am sphärischen Diamanten herumfeilt, im Glauben die Abtastung damit verbessern zu können.

Das eigendiche Problem, namentlich der geometrischen Konstruktion der Nadelträgeraufhängung, wurde mit Ausnahme von DECCA, EMI, Varilux, Neumann/EMT und IKEDA völlig ausser acht gelassen.

Dass diese Ignoranz oder das Unwissen über die Komplexität der Materie zu Fehlkonstruktionen geführt hat, die Abtastfehler sogar noch vergrössen, ist eine Tatsache.

Dass die Herstellung von flacheren Abtastdiamanten rein gar nichts mit der Hochtonabtastung der Schallplatte zu tun haben kann, sondern lediglich entstand, um Phasen- und Klemmverzerrungen zu minimieren, ist nun klar.

Dass das Gegenteil erreicht wurde, auch. Erfüllen sphärische Diamanten die Toleranzen, können auch hohe Töne problemlos abgetastet werden, insbesondere, da höchste Töne auf der Schallplatte überhaupt nicht gespeichert sind, und wenn, dann lediglich mit reduziertem Pegel (siehe Kapitel: Masterband/ Schneidstichel).

Daß mit flacheren Diamanten hohe Töne auf der LP besser abgetastet werden können, ist folglich, wie immer, gelogen. Wahr dagegen ist, daß sie hohe Töne sogar schlechter oder überhaupt gar nicht abtasten können.

Weshalb dies so ist?
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Die Bewegung des Nadelträgers

Betrachten wir die Bewegung des Nadelträgers, sehen wir, dass sich der Diamant, allen gutgläubigen und marktschreierischen Erläuterungen zum Trotz, überhaupt nicht so in der Modulation der Rille bewegt, wie es beabsichtigt ist, um die Vorteile des flacheren Diamanten ausschöpfen zu können.

Stattdessen bewegt sich der Diamant auf einer Kugelmantelfläche (Kalotte), was zu Abtastfehlern führt, die diejenigen einer spärischen Nadel um ein Vielfaches übersteigen.

Aufgrund der Bewegung auf der Kalottenfläche verkeilt sich die Abtastnadel bei der Auslenkung geradezu in der Plattenrille. Die Rillenflanken werden permanent geschädigt.

Die Abtastnadel bildet mit der Elastizität des Plattenmaterials ein (Federsystem) Schwingsystem, das durch das Verkanten erhöht zum (Schwingen) Resonieren angeregt wird.

Ausgeprägte Hochtonresonanzen entstehen, wodurch die Nadel den Kontakt mit den Rillenflanken verliert, was zu Schäden an der Plattenrille führt.

Entsprechend der Bewegung auf der Kalottenfläche tastet die Nadel den linken und den rechten Kanal genauso zeitverschoben ab wie eine Rundnadel.

Ebenso sind Klemmverzerrungen vorhanden: Die Nadel führt genauso eine ungewollte auf/ab-Bewegung aus.

Durch den langgezogenen vertikalen Kontaktradius der flachen Nadeln und der Plattenrille entsteht bei zunehmender Nadelträger-Auslenkung der überaus unglückliche Fall, dass feinste Modulationen, die mit einer Rundnadel mit kreisförmiger Kontaktfläche geringer Dimension durchaus noch abgetastet, bei flachen, langgezogenen Diamantformen schlichtweg übersprungen, d.h nicht abgetastet werden können. Dies umso eher, je schmaler die Diamantform in der einen, je länger sie in der anderen Richtung ist!

Und wieder ein wenig Glosse :

... das einzige, was einem von solch Verzerrungen zerrissenen Trommelfell noch glauben machen kann, dass diese Fehlkonstruktionen mehr Infos an Höhen aus der Rille kitzeln, sind die masslosen Resonanzüberhöhungen, die sie produzieren. Diese unsagbaren Entwicklungen führen weiter dazu, dass sich die relative Breite des Diamanten in der Rille bei Auslenkung gegenüber der unmodulierten Rille verjüngt und die Abtastnadel tiefer als zulässig in die Rille eintaucht.

Mit der langgezogenen Schlifform in der unmodulierten Rille, an und für sich schon ein Rausch- und Knackerzeuger, führt dies nun vollends zu einem mutierten Schmutzkehrer.

Eine Rundnadel wird konstruktionsbedingt eher aus der Rille herausgedrückt. Alle anderen Abtastnadeln werden bei Auslenkung dagegen zum Rillengrund absinken, in dem keine Stereoinformation vorhanden ist, sondern nur noch Pressfehler und Schmutz!

Die von einem mit VdHul etc. ausgestatteten Abtaster produzierten Laufgeräusche sind deshalb bei Pegelspitzen um bis zu 10db lauter als von jedem 08/15-Abtaster mit Rundnadel, bei nichtmodulierter Rille um ca. 6dB, völlig unabhängig von der Politur des Diamanten!

Der abgetastete und auf gelesene Schmutz aus dem Rillengrund führt selbstredend zu weiteren Abtastfehlem. Weiter führen die Abtastfehler infolge der unterschiedlichen Abtastpunkte zu ausgeprägten Frequenzmodulationsverzerrungen.
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Mikrometer-Tonarmhöhe (am Beispiel eines normalen Tonarms)

Gegeben: Ein Drehtonarm, auf dem ein Tonabnehmer mit Rundnadel montiert ist und eine Tonabnehmereinstellschablone mit zwei Nulldurchgängen.

  • Anmerkung : So weit so gut, bei einem (Revox B795 aus 1995) Tangentialtonarm tritt dieser Zustand nur geringstförmig oder gar nicht auf. Hier ist der Autor nicht auf der Höhe der Zeit.


Der Rest des langen Absatzes wird übergangen, da er wie angemerkt, nicht mehr relevant ist.
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Plastische Deformation der Rillenflanken beim Abtasten

Bei der bisherigen Analyse der Abtastprobleme bei der Stereo-Schallplatte wurde die plastische Deformation der Rille, die beim Abtasten hervorgerufen wird, nicht berücksichtigt.

Wenn das Plattenmaterial als ideal hart angenommen wird, lassen sich die Kräfte, die auf die Rillenflanken wirken, vernachlässigen. Abtastfehlerlassen sich anhand geometrischen Überlegungen berechnen.

Shellack-Schallplatten sind eher als hart zu bezeichnen. Vinyl-Schallplatten jedoch nicht. Auftretende Kräfte beim Abtasten deformieren die Rillenflanken, was zu weiteren Abtastfehlern führt.
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Eine Abtastfehler-Untersuchung aus 1962

Eine Untersuchung zu diesem Thema wurde im Januar 1962 von Takeo Shiga, damaliger Leiter der Forschungsabteilung der Nippon Columbia, im "Journal of the Acoustical Society of Japan" vorgestellt. Aufgrund der japanischen Sprache dauerte es bis Mitte 1966, bis die Arbeit im Westen vorgestellt wurde. Einer Zeit, in der die grossen Schallplattenhersteller bereits das Interesse an der Analyse der Abtastfehler verloren zu haben schienen, oder Shigas Arbeit nicht mehr akzeptieren wollten, da ihre Entwicklungen bereits in eine durch Shigas Arbeit bewiesen falsche Richtung gegangen war.

Shiga hatte aufgezeigt, dass, bei entsprechender Ausführung, (d.h. exakt definierte bewegte Masse des Generatorsystems und einer Rundnadel in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Vinyls bei Raumtemperatur) die Abtastverzerrungen durch die plastische Deformation des Vinyls und der vorübergehenden Veränderung der Rillengeometrie, kompensiert und somit ausgelöscht werden.

Der Stereo-Studiotonabnehmer «Denon DL-103»

Diese sensationelle Erkenntnis führte 1962, und nicht erst 1966, wie urtümlich von Hiraga beschrieben, zur Entwicklung des Stereo-Studiotonabnehmers «Denon DL-103», welcher selbstredend mit einer Rundnadel ausgerüstet wurde.

Es erfüllte sämmtliche Anforderungen, die Shiga aufgestellt und bewiesen hatte und ermöglichte eine Schallplattenabtastung, die weit besser war als die der Konkurrenz. Der Tonabnehmer wird bis heute in leicht abgewandelter Form noch immer produziert!

Mit dem Tonabnehmer DL-103 lassen sich Frequenzen bis 45.000 Hz abtasten, sofern sie auf der Platte gespeichert wären; dies mit einer Rundnadel, entgegen allem Pressegeschwafel und das schon seit 1962!

Der Engländer John Walton war 1966 bei DECCA

1966 nahm sich John Walton, Mitarbeiter in der Entwicklungsabteilung und Tonabnehmerherstellung bei DECCA, der Arbeit Shigas an. Er hatte sich bis dahin damit beschäftigt, Zusammenhänge von bewegter Nadelspitzenmasse, Verzerrung und Verschleiss zu untersuchen.

Seine Untersuchungen hatten die Erkenntnisse Shigas bestätigt:

« ...... somit hatte sich gezeigt, dass das Ausrüsten sogar der besten Tonabnehmer mit elliptischen Abtastnadeln überhaupt keine Verzerrungsverminderung erbrachte, sondern eine Verschlechterung. Ein unerwartetes Ergebnis war zudem die ungewollte Produktion von moduliertem Plattenrauschen beim Abtastvorgang, ausgelöst durch die schmale Nadelform.»

Er kam ebenso zum Ergebnis

«....Abtastverzerrungen, ausgelöst durch Bewegung der Abtastnadel, können sich auslöschen, wenn die Massenverhältnisse und die Nadelgeometrie entsprechend ausgeführt sind. Elliptische Abtastnadeln produzieren höhere Verzerrungen, insbesondere bei höherer bewegter Masse des Generators. Weiter hat sich gezeigt, dass bei Tonabnehmern herkömmlicher Bauart, welche mit elliptischen Abtastnadeln, selbst solche mit äusserst geringen Verrundungsradien, ausgerüstet sind, weit höhere Klemmverzerrungen ergeben al bei denjenigen mit spärischen Diamanten.»

Es gab da auch Untersuchungen an der UNI Karlsruhe

Nur als Anmerkung : Eine Doktorarbeit von 1968 von Karl Günter Schwartz beschäftigte sich intensiv und vor allem wissenschaftlich mit dem mathematisch berechenbaren Verschleiß von Nadel und/oder Rille bei Vinyl-Platten samt der getätigten Nachweise..

weiter im Artikel :
Waltons und Shigas unabhängig voneinander entstandene Arbeiten hatten sich gegenseitig bestätigt. Gleichwohl gelten die Erkenntnisse für entsprechend schmale parabolische Diamanten.

Je schmaler deren Konstruktion, desto grösser die Abtastfehler. Walton versuchte beim Decca System die Verzerrungen durch eine dem Schneidstichel angepasste Konstruktion der Nadelträgeraufhängung sowie der Reduktion der bewegten Nadelmasse zu vermindern, um so elliptische Nadeln einsetzen zu können. Das Optimum wurde jedoch bei einer annähernd sphärischen Form gefunden.
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und hier die "DECCA-Warnung" :

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Das ist KEINE Kaufempfehlung für ein Decca System

Verstehen Sie diese Erläuterung nicht als Kaufempfehlung für ein Decca System. Seit Jahren wird es nicht mehr produziert, litt es immer unter katastrophalen Fertigungsfehlern infolge der Komplexizität der Konstruktion.

Fertigungstoleranzen, Fehljustagen, sich auflösende Dämpfungsmaterialien und rostende Nadelträger sind der geringere Teil der Fehler. In Australien produzierten wir in hunderten von Arbeitsstunden die einzigen wirklich funktionierenden Deccas der Welt im Auftrag für die DECCA Studios in AUS, NZ (Neuseeland) und GB (ENgland) sowie für einige Liebhaber.

Die zur Zeit noch erhältlichen Deccas sind alles alte Restposten aus England mit den beschriebenen Mängeln. Super Gold, eine verschlimmbesserte HighEnd Version des Decca Gold, lässt sich überhaupt nicht mehr einstellen, Nadeltausch ist bei vorhandenen Mängeln völlig sinnlos.

Diese Warnung in den Wind schlagende, kommende Decca Besitzer sollten absolut nie und kein einziges Mal die als HighEnd-Tuning angebotene und von Zeit zu Zeit in Stereo, Audio oder anderen Käseblättlein vorgestellte Klemmbefestigung, die den Systemkörper seitlich mit Madenschrauben festklemmt, verwenden.

Damit wird die Konstruktion der Horizontalspulen und deren Justage im Innern des Systems zerstört. Zu verwenden ist immer das rote Originalbefestigungsteil. Als Dämpfung ist ein kleines Stück Plastilin zwischen Systemgehäuse-Oberseite und Befestigungsteil zu kleben.
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Hochtonresononz

im Zusammenspiel von Abtastnadel und Vinyl

Die Nadeträgermasse und der Abtastdiamant bilden zusammen mit der Elastizität des Vinyls ein (Federsystem = ein schwingendes System) Schwingsystem, das beim Abtastvorgang zur (Schwingung) Resonanz angeregt wird. Ist die bewegte Nadelträgerspitzenmasse hoch, liegt die Resonanzfrequenz tief, bei etwa 14-16 kHz, ist sie gering, liegt sie über 20kHz.
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Temperatureinflüsse auf das Schallplattenmaterial

Ist das Vinyl hart, liegt die Resonanzfrequenz höher als bei weicherem Vinyl. Temperatureinflüsse auf das Vinyl beeinträchtigen das Elastizitätsmodul. Zaubermittel wie "Cleartop" oder "Last", die unter anderem "Freon" oder andere leichtflüchtige, schnellverdampfende Mittel enthalten, kühlen das Vinyl kurzzeitig durch Verdunstungskälte ab. Das Vinyl wird vorübergehend härter, die Resonanzstelle verlagert sich zu höheren Frequenzen hin und die Dynamik nimmt zu.

Dieser Effekt lässt sich nur kurze Zeit erreichen; nach einigen Minuten ist er verflogen und die Raumluft vergiftet. Der Effekt hat nichts, wie in der Werbung geschrieben, mit molekularer Veränderung zu tun. Mit Aufbewahrung der Schallplatten an einem kühlen Ort oder gekühltem Plattenteller liesse sich der selbe Effekt viel preiswerter und gesünder erreichen.

Bei bestimmten Tonabnehmern wie DL-103 treten dagegen wieder Abtastverzerrungen auf, da das Kompensationsverhalten nach Shiga entfällt. Ähnliches gilt für neuartige HighEnd-Vinylmischungen, mit denen Nachpressungen hergestellt werden.
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Resümee

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  • Bei allen bisherigen Erkenntnissen zeigt sich klar, dass die Stereo-Schallplatte mit Fehlern behaftet ist, die sich nicht ganzlich beseitigen lassen, und die bei Monoschallplatten viel geringer sind. Monophone Schallspeicherung auf Schallplatte bietet deshalb technische Vorteile, verlangt jedoch nach anderer Aufnahmetechnik, die sich mit modernen Verfahren nicht mehr realisieren lassen.
  • Die Entwicklung von runden zu flachen Diamanten führt zu noch grösseren Fehlern.
  • Verzerrungminimierung durch mechanische Kompensation kann nur erreicht werden, durch exakt bestimmte dynamische Masseverhältnisse des Abtastgenerators in Abhängigkeit zum Elastizitätsmodul des Vinylmaterials.
  • Flache Diamanten lassen sich nur bei Schneidstichel-ähnlicher Nadelträgeraufhängung sinnvoll einsetzen.
  • Werden die Normen eingehalten, ermöglicht die sphärische Abtastnadeiform gegenüber flachen Nadeln verbesserte Hochtonabtastung bei stark reduzierten Verzerrungen.

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Hat "die Presse" überhaupt Ahnung, wovon sie spricht ?

Nachdem einige Schwierigkeiten der Schallplattenabtastung erläutert wurden, betrachten wir nun, ob die derzeitig angebotenen Tonabnehmersysteme den Ansprüchen genügen und ob sich die Presse dessen überhaupt bewusst ist .....

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