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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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The real truth about cartridge sound

Eine Weihnachtsgeschichte von R.L.A.
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Das Magnet-Tonabnehmersystem

Es war lange Zeit Weltstandart für gehobene Heimmusik. Der Systemkörper ist zur Erzielung hoher Ausgangsspannungen mit Spulen entsprechend hoher Induktivität ausgestattet. Der Nadelträgereinschub beinhaltet einen Nadelträger, auf dessen einer Seite der Diamant aufgebracht ist, auf der anderen ein kleiner Magnet. Der Magnet muss entsprechend leicht dimensioniert sein, um den Nadelträger nicht zu träge werden zu lassen, und trotzdem genügend gross, um eine möglichst hohe Ausgangsspannung zu erzielen.

Irgendwo dazwischen liegt die Nadelträgeraufhängung, bestehend aus einem quadratischen Gummistück, das durchs Zentrum asymmetrisch gebohrt ist. Asymmetrisch deshalb, um Vorspannung auszuüben.

Wir betrachten zuerst:
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Das mechanische Schwingsystem

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  • - Es ist in sich abgeschlossen, es lässt sich von aussen durch variable elektrische Beschaltung in seiner Funktion nicht beeinflussen.
  • - Die vertikale Ausrichtung des Abtastdiamanten ist durch nachträgliches Drehen des Nadelträgers in der Aufhängung leicht möglich

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Die Nadehrägeraufhängung

übernimmt mehrere Aufgaben gleichzeitig:

  • 1. sie fixiert den Nadelträger.
  • 2. sie sorgt für die Vorspannung des Nadelträgers zur Schallplatte, damit sich bei der richtigen Auflagekraft der Nadelträger parallel zum Einschub-Vierkantrohr befindet und somit der Magnet im Kreuzungspunkt beider Spulensysteme liegt.
  • 3. sie sorgt durch Elastizität für die Rückstellkraft in die Nullposition des Nadelträgers.
  • 4. sie sorgt durch die Elastizität für die mechanische Be-dämpfung des Nadelträgers und der Nadelspitzen-Schallplatten-Resonanz. Befindet sich die Aufhängung nicht im Schwerpunkt des Nadelträgers, entstehen darin ausgeprägte Resonanzen, ausgelöst durch ungleiche Massenverteilung vor und hinter dem Lager. Der Nadelträger wird zu Partialschwingungen angeregt. Das System ist instabil, es verliert beim Abspielen den exakten Nullpunkt des Nadelträgers und externe Dämpfungsmechanismen müssen eingesetzt werden, um dies zu bedämpfen.

    Der Tonabnehmer verhält sich wie ein nicht ausgewuchtetes Rad, welches ein ganzes Fahrzeug ins Schwingen bringt. Je exzentrischer desto ausgeprägter. Je ausgewuchteter, desto weniger wird das Fahrzeug zum Schwingen angeregt. Überhaupt nicht angeregt wird es, wenn das Rad vollkommen ausgewuchtet d.h. auf den Nadelträger bezogen, wenn sich die Nadelträger- Aufhängung im Schwerpunkt des Nadelträgers befindet.

    Ist dies der Fall, treten im Schwerpunkt keine Schwingungen auf. Es entstehen folglich keine Resonanzen. Wenn keine Resonanzen entstehen, dürfen unter keinen Umständen irgendwelche Frequenzen, die das Schwingsystem gelesen hat, bedämpft werden.

    Doch dies tun alle HiFi-Plattenspielerkomponenten, die Besten wenig, viele HiEndigen zu sehr. Die mechanische Konstruktion eines Magnettonabnehmer- Einschubes ermöglicht die Herstellung eines Nadelträgers mit Aufhängung im Schwerpunkt. Ist diese Bedingung erfüllt, resultiert ein im Audiobereich linearer mechanischer Wandler, der linear abtastet und folglich die höchsten Töne, da mit vermindertem Pegel aufgezeichnet, entsprechend leiser wiedergibt. (Siehe Szene 17 - Schneidekopf).
  • Der «mechanische» Frequenzgang solcher Systeme erstreckt sich bei entsprechend massearmer Konstruktion bis über 50 kHz.

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Der elektrische Frequenzgang beim MM-System

Die Spulen und deren Eisenkerne im Innern des Systemkörpers bilden zusammen mit dem Nadeleinschub einen magnetischen Schwingkreis. Bewegt sich darin der Magnet, so ändert sich der magnetische Fluss im Eisenkern. Durch die hohe Induktivität der Spulen im Zusammenwirken mit dem Eisenkern stellt sich ein Hochtonabfall schon im Bereich ab 5 - 6 kHz ein (1).

Durch konstruktive Massnahmen, wie der Verwendung von hoch permeablen oder lamellierten Kernen, sowie der Reduktion der Induktion, was mit geringerem Ausgangspegel erkauft werden muss, lässt sich der Hochtonabfall zu höheren Frequenzen hin verschieben, prinzipiell bleibt das Verhalten jedoch erhalten (2).

(Dies gilt auch für MC-Systeme. Durch vergleichsweise geringe Induktivität der Spulen von low Output MC-Systemen tritt der Effekt jedoch weit oberhalb 100 kHz auf und ist deshalb vernachlässigbar (3)).

Ein solcher abfallender Hochtonbereich ab 5 bis 8 kHz ist nicht praxistauglich, und muss kompensiert werden.
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Insgesamt ist es ein schwingendes System

Wir haben gesehen, dass die Elastizität des Vinyls zusammen mit der darauf ausgeübten Kraft durch den Naddträger ein Schwingsystem bilden, das im Bereich um 20 kHz zu einer Resonanz angeregt wird.

Optimal abgestimmte MM-Systeme bedienen sich dieser Resonanz, um den elektrischen Frequenzabfall im Hochton zu kompensieren. Nehmen wir das Elastizitätsmodul des Vinyls als gegeben an, müssen die Rückstellkräfte der Nadelträgeraufhängung, die Masse des Abtastdiamanten und des Nadelträgers, sowie dessen Elastizitätsmodul genau aufeinander abgestimmt werden, um diese Resonanz in notwendigen Betrag und Breitbandigkeit auszulösen.
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Über die Dämpfung von schwingenden Systemen

Genauso müssen ungewollte Resonanzspitzen durch Verwendung von Nadelträgern mit höherer innerer Dämpfung oder doppelwandigen Nadelträgern zum Aufbrechen der Partialschwingungen, gedämpft werden.

Die gezielte Anregung der Nadelspitzen- Vinyl-Resonanz ist also absolut notwendig für HiFi gerechte Hochtonwiedergabe eines Magnetsystems. Wird in Unkenntnis des Sachverhaltes oder aus wirtschaftlichen Überlegungen dies nicht berücksichtigt und Nadelträger z.B. aus Boron mit Abtastdiamanten zu geringer Masse, wie beispielsweise Microedge oder VdH kombiniert, verschiebt sich die Hochtonresonanz zu Frequenzen über 20 kHz und kann nicht mehr zweckdienlich genutzt werden. Diese sogenannte HiEnd-Variante ist folglich eine Fehlkonstruktion.

Hochtonkompensation oberhalb von 15kHz durch korrekte Abschlusskapazität

Die Spulen des Magnetsystems bilden zusammen mit der Kapazität des Phonokabels und dem Abschlusswiderstand des Phonoeingangs einen LCR Parallel-Schwingkreis. Dessen Resonanzfrequenz wird bei genormtem Phonoabschlusswiderstand von 47 kOhm durch die Kabelkapazität und die Spuleninduktivität bestimmt.

Die Kabelkapazität

Die Spuleninduktivität ist durch die Wahl des Tonabnehmersystems gegeben. Die Variable bildet die Kabelkapazität, durch dessen Veränderung die Resonanz des Schwingkreises zur Abstimmung und Feintuning des Klanges hinzugezogen werden kann, in manchen Falten hinzugezogen werden muss.

Die Resonanz liegt weit über 30kHz

Bei herkömmlichen MM-Systemen mit neuzeitlichen Zuleitungskabeln und kapazitiv unbelasteten Phonoeingängen liegt die Resonanz weit über 30kHz. Wir erinnern uns an den abfallenden Hochton-Aufsprechpegel der Schallplatte, und erwarten einen nicht sehr lebendigen, obertonarmen Klang, den wir auch erhalten und der irrtümlicherweise dem MM-System angekreidet wird.

Natürlich hörten Musikliebhaber vor dreissig Jahren nicht schlechter Musik als wir heute. Schuld am heutigen leblosen Klang der MM-Systeme ist die Quadrophonie, die nach anderen Anschlussbedingungen verlangte und die bis heute, weil auch MC-Systemen dienlich, beibehalten wurde,

Die anlaoge Quadrophonie

Für die Quadrophonie war es notwendig, die bewegte Masse des Schwingsystems zu verringern und somit auch den Magneten zu verkleinern. Dies um mechanisch die Trägerfrequenz der kodierten Rückkanäle abzutasten (Anmerkung : der Autor bezieht sich hier auf die CD-4 Technik, nicht auf SQ oder QS), die Nadelspitzenresonanz und die Resonanz des LCR Schwingkreises darüber zu verlagern.

Dies wurde durch geringere Induktion des Magnetkreises erreicht. Aus diesem Grunde waren alle quadrotauglichen Systeme leiser als ihre Stereo-Pendents. Gleichzeitig mussten die Verbindungskabel zwischen Tonabnehmer und Phonoeingang möglichst kapazitätsarm ausgeführt sein. Die Norm lag bei ca. 80 pF/Meter und führte mit diesen Systemen zu einer elektrischen Resonanz von über 40 kHz.

Die Abschlusskapazitäten der Abtaster

Normale MM-Systeme benötigen jedoch Abschlusskapazitäten von 250 bis 800 pF. Betreiben wir sie mit heutigen niederkapazitiven Tonarmkabeln von durchschnittlich 100 pF/M und kürzen diese Kabel aus Unwissenheit und HiEnd-Ideologie auf 30cm, erhalten wir 30pF> und einen noch lebloseren Klang! Älteren Tonarmen wie SME 3009/12 MK1 und 11 lagen Tonarmkabel bei, in deren Cinchstecker pro Kanal je 2 Kondensatoren a 250 pF parallel gelötet waren. Zusammen mit der Kabelkapazität ergaben sich etwa 700 pF und eine durchschnittliche Resonanzfrequenz von 13-15 kHz, die das Obertonspektrum wieder herstellte.

War der Klang zu analytisch und höhenbetont oder wurde ein Quadrosystem verwendet, liessen sich der eine oder gar beide Kondensatoren einfach herausklippen. Ältere Phonoeingänge boten manchmal umschaltbare Eingangskapazitäten. An modernen Phonoeingängen fehlt meist jegliche kapazitive Belastung, da vorausgesetzt wird, dass entweder ein High-Output-MC, ein Übertrager oder ein aktiver Vorvorverstärker angeschlossen wird.

Das MM-System sieht also lediglich eine Eingangsimpedanz von 47 kOhm, parallel mit der normalerweise geringen Kabelkapazität. Der Klang mit einem MM-System ist entsprechend und hat absolut nichts mit dem Tonabnehmer «perse» zu tun.

Luis Gratistip (fast schon eine Glosse)

Um den Klang zu optimieren bieten sich zwei Möglichkeiten an: Wir erhöhen die Kapazität des Tonarmkabels und löten auf der Empfängerseite Kondensatoren parallel in die Cinchkabel Abstufung ca. 50-100 pF.

Das muß man ausprobieren

Wir erhöhen zusehends und senken dabei die Resonanz bis zur gewünschten Frequenz. Die Kosten pro Kondensator betragen ca. 50 Rappen. Ist die Lage der Resonanz optimiert, aber die Auswirkung zu gering oder zu gross, können wir die Amplitude der Resonanz beeinflussen. Soll die Resonanz stärker (lauter) sein, verringern wir die Belastung für den Schwingkreis. Der Normeingang ist üblicherweise 47 kOhm. Ziel wäre 100-500 kOhm. Dies lässt sich jedoch nur durch einen Eingriff in den Phonoeingang bewerkstelligen.

Verringern oder erhöhen ?

Bipolare Transistoreingänge lassen sich kaum erhöhen, bilden die Transistoren bereits den Belastungswiderstand, Fets und Röhren dagegen sind gittereingangsseitig sehr hochohmig. Soll die Resonanz verringert (leiser) werden, erhöhen wir die Belastung auf den Schwingkreis und löten einen Belastungswiderstand von stufenweise 100 kOhm parallel in die Kabel (analog den Kondensatoren), bis wir die gewünschte Dämpfung erhalten haben.

Dies ist von jedem durchführbar, Kosten ca. einen Franken. Selbstverständlich lassen sich anstelle der Festwiderstände Trimmer verwenden, womit die Dämpfung variabel wird. Der Belastungswiderstand sollte nicht unter 10 kOhm fallen, da das System sonst zu leise wird.

Ein Trick, wenn man nicht löten kann oder will . . .

Wer überhaupt nicht löten möchte, kann versuchsweise seine Zuleitungskabel durch längere, billigere aus der Wühlkiste ersetzten (ca. 3-5m) und sich ob der Klangverbesserung wundern. Ist die optimale Länge gefunden, lassen Sie sich vom Händler oder einem Bekannten, die Kondensatoren ins Topkabel einlöten.

Es braucht also lediglich Verständnis und wenig Kapital, um die bestmögliche Wiedergabe zu erzielen.

Wenn die High-End-Gilde "am Zug ist"

Der High-End-Gilde, die glaubt alles verbessern zu müssen und schlimmer noch, glaubt, es zu können, scheint dieses Verständnis oft völlig zu fehlen.

Kondensatoren, da vermeintlicher Ballast, werden prinzipiell herausgetrennt, das billige Verbindungskabei in den Müll geworfen.

Stattdessen wird mit dem altbewährten Dealer-Spruch «bei diesem tollen Tonarm, da lohnt sich auch ein gutes Kabel .... » einen Reibach gemacht.

Wenns dann nicht klingt, liegt's halt am MM-Prinzip. Und so wird gleich ein MC-System samt Übertrager oder Prepre (Vor-Vorverstärker) verschnorrt; schliesslich muss man dabei nur die Kasse bedienen, in der dann auch mehr hängen bleibt als 50% Marge von den 50 Rappen für einen Kondensator, wenn überhaupt ein solcher in einer Schublade vorhanden ist.

Und denken muss man dabei auch nicht viel. Leider steht auch der Händler unter Zugzwang manch eines Freaks mit goldenen Ohren - geht er nicht wie erwähnt vor und winkt mit ner Superstrippe, läuft er Gefahr, als inkompetent, schlecht sortiert und den Ansprüchen des Freaks nicht genügen zu können.

Wenn der "dumme" Kunde den Markt bestimmt . . .

Qualitativ hochwertige Magnetsysteme sind infolge Dummheit und Desinteresses des Handels und der Versnobtheit des HiEnders beinahe ausgestorben. Eigentlich schade, hätten doch zwei 50 Rappen-Kondensatoren für optimale Wiedergabe genügt!

Den Magnetsystemen haftet ein «second class» Image an, das eigentlich dem Handel gebührt. Wenn Magnetsysteme mit entsprechendem Aufwand und Präzision gebaut werden, übertreffen sie die allermeisten Moving-Coil-Systeme bei weitem, verfügen sie doch bei korrekter Ausbildung der Nadelträgeraufhängung über eine ausbalancierte und somit resonanzfreie Nadelträgeraufhängung.

Die HiTech MM Systeme schlechthin waren sicherlich neben den AKG die Technics Studiomagnetsysteme, die ohne Zuhilfenahme elektrischer Resonanz mit optimierten Kernmaterialien Frequenzen bis weit über 60 kHz abtasten konnten. Der Klang übertraf in Feinzeichnung locker das Gros der MC-Systeme ohne deren Schrillheit zu haben, die Dynamik war exzellent, die Feindynamik davon nicht gestört. Durch variable Anpassung liessen sie sich in weiten Bereichen optimieren und der Fremdspannungsabstand war exzellent. Übertrager oder Prepres fielen weg, ebenso deren Fehler.

.... Und natürlich betrieb kein vernünftiger Hi-Ender einen Technics Studio-MM-Tonabnehmer .... selber schuld, nur Ignoranten bestrafen sich selbst ....!
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Das Moving-Iron Tonabnehmersystem

Diejenigen, die sich nicht mit dem Moving-Coil Klang anfreunden konnten, aber nicht als Underdog ein falsch angepaßtes MM-System ihr Eigen nennen wollten, für die gab und gibt es die Moving-Iron-Systeme.

DECCA-Systeme arbeiteten nach dem MI-Prinzip, der Nadelträger war dabei aus Eisen und erlaubte die Abtastung des Diamanten auf einer Kreisbahn um die Längsachse, das Signal wurde aus getrennten Vertikal- und Horizontal-Magnetkreisen gewonnen und aus Summe und Differenz zusammengesetzt. Der mechanische Aufbau war entsprechend komplex.

Die meisten Mi-Systeme sind jedoch konventionell aufgebaut. Als bekanntester Vertreter seien hier die Grado-Systeme erwähnt. Von der Konstruktion ähnelten sie sehr stark den Magnetsystemen.
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Das mechanische Schwingsystem des MI

Anstelle des Magneten sitzt ein kleines Eisenstück am Ende des Nadelträgers. Somit ist das Schwingsystem identisch mit demjenigen des konventionellen MM-Systems und folglich wird absolut keine andere Abtastung als beim MM-System stattfinden.
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Der elektrische Frequenzgang beim Ml-System

Durch die Bewegung steuert das Eisenstück des Nadelträgers den magnetischen Fluss in den Spulen des Tonabnehmergehäuses, in dem auch der/die Magnete angeordnet sind. Da sich der Magnet nicht bewegen muss, kann er entsprechend grösser und schwerer sein.
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Induktivität und Ausgangsspannung beim MI

Deshalb kann die Induktivität der Spulen verringert werden, die Ausgangsspannung ist trotzdem genügend hoch, der elektrische Frequenzabfall ereignet sich erst ab etwa 15-18 kHz und die elektrische Resonanz liegt über 30 kHz. Die Nadelträger-Vinylresonanz führt zu einer Überhöhung im Bereich um 18 kHz, ein lebendiger Klang stellt sich ein, relativ unabhängig von Kabelkapazität und Belastung des Tonabnehmersystems.

Es ist also absolut nichts geheimnisvolles an einem konventionellen MI Abtaster, lediglich der Ort des Magneten und des Eisenkerns sind vertauscht. MIs sind infolge der geringeren Spulenwicklungen sogar preiswerter herzustellen. Der entscheidende Unterschied liegt darin, dass es idiotensicher anzuschliessen ist, d.h. dass es relativ wenig auf Fehlanpassungen reagiert.
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  • ... was es jedermann auch ohne Kenntnisse der Zusammenhänge ermöglicht, ein brauchbares Resultat zu erzielen, ..... trotz irgendwelcher Megakabeln ... Das ganze Geheimnis des Systems liegt also einzig darin, dass es «Idiot-proove» ist .....

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Das Moving-Iron System von Bang & Olufsen

Ein ausserordentlich gut abgestimmtes Moving-Iron System bot Bang & Olufsen an. Es war problemlos anzuschliessen, und die Dämpfungseigenschaften und Rückstellkräfte für den Nadelträger wurden lange Zeit optimiert, selbstredend auch die Lage der Nadelträgeraufhängung. Für die Optimierung dieser Parameter wurde ein zweijähriges Forschungsprojekt angestrengt, und ein patentiertes, eigenes Messverfahren entwickelt. Das Resultat war stimmig und musikalisch,
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  • ... und genauso snobistisch und unwissend betrieb natürlich kein HiEnder je ein Bang&Olufsen Moving-Iron-System ... genauso selber schuld ...!

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