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Technik-Artikel 13 - teilweise aus einem Büchlein von 1988

Die beiden Autoren Michael Janitz und Claus Römer sind oder waren Ingenieure beim Südwestfunk Baden Baden (damals noch SWF, inzwischen SWR) und haben mehrere Aspekte der 1988 modernen Rundfunk- und Studiotechnik beschrieben. Die Didaktik ist vorbildlich und der Schreibstil ist mustergültig, darum hier ein paar Auszüge. Dies ist einer von mehreren Artikeln. Der nächste Artikel steht hier. Die Übersicht über alle diese Artikel steht hier.

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Der Kassettenrecorder (aus der Sicht des Rundfunks 1988 !!)

Obwohl das Magnettonverfahren bereits vor annähernd 100 Jahren beschrieben worden ist, eroberte es sich erst nach 1950 den Bereich der Heimstudiotechnik. Vorangegangen waren Jahre der Vervollkommnung und der Bewährung in Rundfunk- und Schallplattenstudios.

Das Magnetband erfuhr eine stürmische Verbreitung, als 1963 die Philips Kompakt-Kassette auf den Ladentischen erschien. Sie avancierte zu einem der beliebtesten Tonträger. Die offenen Tonbandwickel sind von ihr fast vollständig verdrängt worden, ausgenommen im Studiobereich, in dem wegen der notwendigen Schnittmöglichkeiten weiterhin mit freigewickelten Viertelzollbändern gearbeitet wird.

Wie es funktioniert :

In der technischen Wirkungsweise bestehen zwischen beiden Alternativen - Spule oder Kassette - keine wesentlichen Unterschiede. In beiden Fällen wird das Band von einem Aufnahmekopf beim Vorbeigleiten mit magnetischen Wechselfeldern beaufschlagt, die in der Magnetschicht gespeichert werden.

Die Nutzmodulation wird dabei einer Hochfrequenzschwingung überlagert, die den eigentlichen Vorgang der Bandmagnetisierung übernimmt (HF-Vormagnetisierung). Bei der Wiedergabe entstehen beim Vorbeiziehen Induktionsströme im Wiedergabekopf, die nach Verstärkung im Lautspecher hörbar gemacht werden können.

In der Heimstudiotechnik sind Aufnahme- und Wiedergabekopf häufig identisch (Combikopf); Umschalter besorgen dabei die An-und Abkopplung der notwendigen Verstärker. - Das Tonband ist beliebig oft bespielbar, jedoch muß zuvor die ursprüngliche Aufnahme gelöscht werden. Dies übernimmt ein Löschkopf, den das Band passieren muß, bevor es mit der neuen Modulation belegt wird.

"Open Reel" = Spule gegen "Compact Cassette"

Der Unterschied zwischen offener Tonbandspule und Kompakt-Kassette zeigt sich vor allem in der Bedienung. Die Kassette beherbergt, berührungssicher geschützt, das nur 3,81mm breite Tonband mit den beiden Wickelkernen. Man braucht sie lediglich in den Recorder einzulegen oder einzuschieben, während das Tonband bei der konventionellen Technik in das Gerät eingefädelt werden muß.

Dazu kommt noch ein weiterer Umstand: Beim Herunter- und Weglegen muß das Band - im Gegensatz zur Kassette - stets zurückgespult werden. Obwohl die Kompakt-Kassette keine Schnittmontagen zuläßt und auch qualitativ nicht ganz so gut ist wie ein Spulenband, hat sich die Mehrheit der Musikfreunde für die bequeme Kassettentechnik entschieden.

Qualität der Compact Cassette akzeptabel

Die angedeuteten Qualitätstrübungen bei der Kassettentechnik rühren von der niedrigen Bandgeschwindigkeit her. Während der Spulenbandamateur mit Geschwindigkeiten von 9,5 und 19 cm/s arbeitet, muß sich das Kassettenband mit 4,75 cm/s begnügen.

Es bedurfte vieler Vorkehrungen und spezieller Entwicklungen, um die geforderten Qualitätswerte mehr oder minder erfolgreich einhalten zu können. Die makellose Klangwiedergabe hängt zu einem großen Teil von den verwendeten Bandmaterialien und der Mechanik des Kassettengehäuses ab.

Während das Gleichlaufverhalten nach anfänglichen Schwierigkeiten keine Probleme mehr aufwirft und auch der Rauschabstand dank wirkungsvoller Geräuschunterdrückungssysteme ausreichend hohe Werte aufweist, bleiben hinsichtlich der Pegelstabilität und des Phasenverhaltens bei hohen Frequenzen manche Wünsche offen.

Ursache dafür sind Bandinhomogenitäten, die zuweilen die gefürchteten "Dropouts" herbeiführen; hinzu kommen mechanische Probleme im Inneren des Kassettengehäuses, die für klangliche Abstriche im Hochtonbereich verantwortlich sind. Die genannten Schwierigkeiten lassen sich zwar beherrschen, unter widrigen Umständen treten sie jedoch immer wieder auf.

Über das Bandmaterial

An Bandmaterial steht eine breite Palette in- und ausländischer Hersteller für alle Anwendungsmöglichkeiten zur Verfügung: Preiswerte Eisenoxid-Kassetten für untergeordnete Sprach- und Musikmitschnitte oder Protokollaufzeichnungen und Spitzenkassetten mit Chromdioxid- oder Reineisen-Bändern für hochwertige und dynamikreiche Musikaufnahmen.

Natürlich müssen die Recorder auf die verwendeten Bänder eingemessen sein; das ist bei der geringen Bandgeschwindigkeit besonders wichtig. Bei den Geräten der Oberklasse ist dafür ein eigener Testgenerator vorgesehen, mit dem man die dazu notwendige Prozedur der Vormagnetisie-rungs-Einstellung (Bias) und der Höhenentzerrung selbst vornehmen kann. Es gibt auch komfortable Kassettendecks, bei denen ein kleiner Prozessor diese Aufgabe übernimmt.

Kassetten-Komfort

Die Geräteindustrie bietet weitere Besonderheiten, die zur Qualitätsverbesserung oder Bedienungserleichterung beitragen. Hier muß die "Hinterbandkontrolle" durch getrennte Aufnahme- und Wiedergabeköpfe ebenso genannt werden wie das Dreimotorenlaufwerk oder die automatische Aussteuerungsregelung, die allerdings abschaltbar sein sollte.

Sinnvoll sind elektronische Markierungs- oder Memory-Einrichtungen, mit denen man über die Zählwerksanzeige bestimmte Titel auf der Kassette automatisch anfahren kann. - Um die Kassetten dynamisch voll ausnutzen zu können, ist eine zuverlässige Aussteuerungskontrolle notwendig. Beim Kauf eines Kassettengerätes ist darauf besonders zu achten. Sind die trägen VU-Meter vorgesehen, sollten Ubersteuerungslämpchen vorhanden sein, die bei einer gefährlichen Pegelüberschreitung warnend aufleuchten.

Über die Kompakt-Kassette an sich

Als Mitte der 60er Jahre die Kassettentechnik eingeführt wurde, verwendete man anfangs die gleichen Eisenoxid-Bänder wie bei den großen Spulengeräten. Im Kassettenrecorder mit seiner kleinen Bandgeschwindigkeit produzierten sie ein hörbares Rauschen, und auch die Frequenzgangeigenschaften ließen zu wünschen übrig.

Deshalb hat man sehr bald nach Einführung der Kassettentechnik nach einem besseren Bandmaterial gesucht und es in der Zusammensetzung des Chromdioxids gefunden. Später erreichte man mit sogenannten Zweischicht-Kassetten und den Reineisen- oder Metallpigment-Bändern weitere Verbesserungen.

Beide Typen haben sich bislang nur wenig durchsetzen können, weil die Qualitätssteigerung in keinem Verhältnis zu den Anschaffungskosten steht. Alle vier Bandtypen, die inzwischen mit römischen Ziffern von I bis IV klassifiziert werden, unterscheiden sich in magnetischer Hinsicht ganz wesentlich voneinander und benötigen deshalb jeweils eine eigene Einstellung des Vormagnetisierungs-Stromes und der Entzerrung.

Diese notwendigen Einstellungen kann man entweder am Recorder durch einen Bandsortenschalter vornehmen, oder die Kassette stellt die Kalibrierung durch bestimmte Gehäuseaussparungen selbst ein.

Große Qualitätsunterschiede beim Material

Leider gleichen sich die Kassettenbänder - auch innerhalb eines Typs - hinsichtlich ihrer magnetischen Parameter nicht immer vollständig. Zwar hat man dank internationaler Absprachen inzwischen eine recht gute Angleichung der Fabrikate erzielen können, doch gibt es immer noch Unterschiede z.B. zwischen deutschen und fernöstlichen Bandherstellern.

Obwohl sie nur minimal ausfallen, können sie sich in kritischen Fällen recht unangenehm bemerkbar machen, weil man die Einstellrichtlinien bei kleinen Bandgeschwindigkeiten besonders genau beachten muß.

Die Abweichung von den normalen Betriebswerten macht sich nicht nur im Frequenzgang des Höhenbereiches bemerkbar, es können auch generelle Pegelfehler auftreten, die wiederum die Dolby-Expandierung ungünstig beeinflussen.

Darüber hinaus sind höhere Störpegel und ein größerer Klirrfaktor zu erwarten. Streuungen der Bandkenndaten sind im übrigen besonders bei den Eisenoxid-Kassetten der Gruppe I vorhanden, während diese bei den teureren Bandsorten besser eingehalten werden können. Alle genannten Qualitätsbeeinträchtigungen treten nur bei der Bespielung von Leerkassetten auf; die Wiedergabe ist davon nicht betroffen.

Alle Bandhersteller sind auf der Suche nach einem noch besseren Tonträger. So erhofft man sich Vorteile von einer neuen Beschichtungstechnologie, bei der die magnetische Oberfläche nicht wie bisher aufgegossen, sondern im Vakuum aufgedampft wird. Man möchte so eine möglichst feine und gleichmäßige Pigmentierung erhalten, um Frequenzbereich und Geräuschabstand zu erweitern, ohne daß dabei ein neuer, fünfter Einstellmodus am Recorder benötigt wird.

Ein Trick - die Rauschunterdrückung

Kompandersysteme werden in der Regel bei Magnetbandgeräten eingesetzt, um das lästige Bandrauschen zu vermindern. Man verwendet sie nicht nur bei Studiomaschinen, um die ohnehin schon recht hohen Dynamikwerte noch weiter zu verbessern, sondern vor allem auch bei Kassettenrecordern, denn hier kommt man ohne sie gar nicht aus, wenn man die in der HiFi-Norm geforderten Mindest- Geräuschspannungsabstände erreichen will.

Alle Kompander arbeiten im wesentlichen nach dem gleichen Prinzip: Bei der Bandaufzeichnung werden die leisen Pegel um einen bestimmten Betrag angehoben, d.h. die Dynamik wird komprimiert. Bei der Wiedergabe muß die Modulation über einen Expander geleitet werden, der die angehobenen Passagen mitsamt dem hinzugetretenen Bandrauschen auf den ursprünglichen Wert wieder absenkt.

Bei einem ausreichend großen Pegelhub kann das Störgeräusch unter die Hörbarkeitsgrenze gezogen werden. Bei Fortestellen findet keine Kompanderregelung statt, d.h. das Bandrauschen kann nicht gemindert werden. Hier hilft der Verdeckungseffekt, denn die lauten Passagen der Musik überdecken weitgehend das Nebengeräusch, so daß es aus diesem Grunde ebenfalls unhörbar bleibt.

Es gibt da Unterschiede - Dolby B

Allerdings unterscheiden sich die einzelnen Systeme untereinander so wesentlich, daß sie nicht kompatibel sind. Das Dolby B System, das sich auf breiter Basis durchgesetzt hat, arbeitet nach dem sogenannten Slidingband Verfahren. Hierbei wird - im Gegensatz zu den anderen renommierten Techniken wie High-Com und dBx - nur der obere Frequenzbereich in die Kompanderregelung mit einbezogen, da das Bandrauschen ohnehin nur im hohen Tonbereich störend wirkt und man daher den unteren Bereich ungeregelt belassen kann.

Das Sliding-band-Verfahren bewirkt bei Aufnahme für die hohen Frequenzen eine Pegelanhebung. Dabei verschiebt sich die Grenzfrequenz mit abnehmender Lautstärke nach unten. Bei sehr kleinen Pegeln werden daher nicht nur hohe, sondern auch mittlere Frequenzen beeinflußt. Eine Dolby B komprimierte Aufnahme klingt ohne die notwendige Expandierung leicht höhenbetont, was aufgrund der frequenzabhängigen Preemphasis leicht einzusehen ist.

Bei korrekter Wiedergabe zieht der Dolby-Expander jedoch den Frequenzgang wieder ins richtige Maß. Dabei werden höherfrequente Pegel wieder abgesenkt und gleichzeitig die hinzugetretenen Rauschanteile gemindert. Der Dolby-Expander arbeitet mit Hilfe des Sliding-band-Verfahrens in vollkommener Übereinstimmung zum Aufnahmekompressor. Steht wiedergabeseitig kein Dolby-Expander zur Verfügung, kann man mit Hilfe des Klangreglers wenigstens eine pauschale Höhenabsenkung vornehmen.

Dabei erzielt man in gewisser Hinsicht auch eine Frequenzgangbegradigung und sogar eine leichte Rauschminderung. Diesen Punkt sollte man nicht übersehen, denn hier zeigt sich ein Vorteil des Dolby-B-Verfahrens gegenüber seinen Konkurrenten: Man kann bei der Wiedergabe notfalls auf eine Expandierung verzichten.

Die Geräuschminderung, die man mit dem Dolby B Verfahren erzielt, beträgt im Obertonbereich etwa 10dB. Angesichts der größeren Geräuschunterdrückungswerte bei konkurrierenden Kompanderverfahren hat Dolby 1981 eine C Version herausgebracht (ebenfalls in Sliding-band-Tech-nik), die eine Rauschverminderung von 18 bis 20dB ermöglicht. Sie ist bei nahezu allen modernen Kassettendecks und auch bei Walkman-Geräten alternativ zu Dolby-B schaltbar.

(Anmerkung: Von den anderen Verfahren wie HiCom unsw. wird in diesem 1988er Artikel gar nicht gesprochen.)

Die Aussteuerungskontrolle

Bei einer Tonbandaufnahme ist unbedingt darauf zu achten, daß der Arbeitsbereich der Tonbänder voll genutzt wird. Zieht man den Aufnahmeregler zu weit auf, dann kann es bei hochpegeligen Musikpassagen oder bei laut gesprochenen Texten zu den gefürchteten Übersteuerungen kommen.

Dabei wird von der Magnetschicht des Tonbandes mehr verlangt, als sie zu leisten vermag. Das Band wird in die Sättigung gefahren (übersteuert), sodaß die Schwingungen nicht mehr voll ausmoduliert werden können, es entstehen unüberhörbare Verzerrungen.

Der Einsatzpunkt der Verzerrungen wird auf dem Aussteuerungsmesser durch einen Bereich markiert, von dem man sich möglichst fernhalten soll. Leider hat man keinen beliebig großen Sicherheitsabstand zur Verfügung, der den Benutzer von der gefährlichen Grenze mit Sicherheit fernhält, denn sonst untersteuert man die Aufnahme.

Eine Untersteuerung entspricht einem Pegelverlust, der beim Abhören der Aufnahme durch Aufziehen des Lautstärkereglers ausgeglichen werden muß>. Dabei tauchen dann die Pianostellen im Rauschen unter. Das Bandrauschen ist nämlich die untere Grenze. Der Arbeitsbereich liegt also zwischen dem Einsatzpunkt der Verzerrungen und dem Bandrauschen.

Akribisch genau aussteuern

Zur genauen Pegelkontrolle sind die Tonband- und Kassettengeräte mit Aussteuerungsmessern versehen, mit denen man den Pegelverlauf während der Aufnahme ständig beobachten kann. Es gibt mehrere Arten von Aussteuerungsmessern, von denen sich zwei Typen besonders durchgesetzt haben: Spitzenspannungsmesser und Volume-Unit oder kurz VU-Meter.

Sprunghaft ansteigende Pegeländerungen können nur mit einem Spitzenspannungsmesser einigermaßen genau angezeigt werden; der Zeiger muß hierbei nahezu trägheitslos dem plötzlichen Pegelanstieg folgen. In der Studiotechnik geht man sogar so weit, auch die geringe Trägheit des Zeigers auszuschalten, indem man Lichtzeigerinstrumente oder Lichtbänder aus einzelnen Leuchtdioden verwendet.

Im Gegensatz zum Spitzenspannungsmesser ist der Zeiger des VU-Meters ziemlich träge, so daß kurzzeitige Schallimpulse nur unvollständig angezeigt werden. Der Zeigerausschlag ist sehr von der Art der Modulation abhängig; bei Sprache reagiert der Zeiger anders als bei Musik, und auch unter den Musikmodulationen gibt es spürbare Anzeigenunterschiede.

Daher hat man dem VU-Meter einen kleinen Vorlauf von einigen dB gegeben, so daß er scheinbar etwas empfindlicher ist. Kurze Impulse werden auf diese Weise trotz der Zeigerträgheit richtig angezeigt. Langanhaltende Fortestellen erscheinen allerdings mit Überpegel, der wegen des Vorlaufes gar nicht vorhanden ist. Trotz aller Kompromisse haben die VU-Meter einige Vorteile, die ihre weite Verbreitung im Ausland erklären.

Bei manchen Bandgeräten ist dem Volume-Meter ein Lämpchen zugeordnet, das aufleuchtet, sobald die Übersteuerungsgrenze überschritten ist. Die VU-Anzeige kann ohne großen Schaltungsaufwand besonders billig realisiert werden und entspricht dem akustischen Höreindruck sehr viel mehr als die Spitzenanzeige, denn der Spitzenspannungsmesser zeigt auch sehr kurze Pegel voll an, obwohl sie vom Gehör kaum bewertet werden.

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