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Grundlagen der HiFi-Technik XIX (19)

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Anmerkung :

Die gesamten Ausführungen über die Magnetbandtechnik beziehen sich nur noch auf die Technik der Kassetten-geräte nach dem Philips CC System. Die großen Bandmaschinen sind seit 1984 Auslaufmodelle und werden (mit ein paar Ausnahmen) nicht mehr hergestellt.

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Es läuft und läuft und läuft...

Unermüdlich hat das Laufwerk das Tonband mit immer gleicher Geschwindigkeit am Kopf vorbei zu bewegen: 4,7625 Zentimeter Strecke je Sekunde, 171 Meter in der Stunde. Diese Normgeschwindigkeiten bescherte uns die USA. Dort starteten die ersten Gerätschaften mit 30 Zoll pro Sekunde (76cm/s), und nun landete die amerikanische Profitechnik auch wieder da.

Halbiert, halbiert und nochmals halbiert

Für den Normalgebrauch brachte jedoch die technische Fortentwicklung immer wieder eine Halbierung, und die Compactcassette liegt nun bei einem Sechzehntel des hohen Wertes. Glücklicherweise konnte sich eine weitere Halbierung nur in Ausnahmen durchsetzen. So schaffte es die Compactcassette bis heute zur wirklichen HiFi-Quelle. Anwendungen bei 2,4cm/s haben mit HiFi trotz hohem Aufwand kaum etwas zu tun.

Drei Einzelfunktionen im Laufwerk

Drei Einzelfunktionen hat das Laufwerk zu erfüllen. Zuerst das Aufwickeln des Bandes. Die Bandkräfte betragen bei einem Drehmoment von 5 Millinewtonmeter 0,2 bis 0,5 Newton (zu vergleichen mit dem Gewicht von 20 bis 50 Gramm). Zu hohe Bandzüge erzeugen zu feste Wickel, die leicht klemmen. Zu geringe Bandzüge können nicht gegen leicht klemmende Wickel ankämpfen.

(1) Die Tonwelle muß die Bandgeschwindigkeit konstant halten. Der aufspulende Wickel ändert zwischen Bandanfang und -ende seinen Druchmesser und läuft zudem immer etwas unrund. Eine gleichmäßige Geschwindigkeit kann er daher nicht garantieren. Auch gilt es, die Bandgeschwindigkeit in unmittelbarer Nähe des Tonkopfspalts konstant zu halten. Längsschwingungen im Band durch Reibeffekte führen sonst zu unerwünschten, hochfrequenten Gleichlaufschwankungen.

(2) Die Andruckrolle erhöht die Reibung auf der Tonwelle beachtlich, so können höhere Kräfte übertragen werden. Eine feine Oberflächenätzung läßt die Welle kräftiger zupacken. Je nach Konstruktion ist die Andruckrolle bauchig geschliffen und teilweise auch flexibel gelagert.
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Lautsprecher können Gleichlauffehler erhöhen

Höchste Anforderungen hat die Tonwelle zu erfüllen. Bei einer Cassettenwelle mit 3 Millimeter Durchmesser führen bereits Unrundheiten von 0,15 Micrometer zu Gleichlauffehlern von ±0,1%.
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Gleichlaufschwankungen sind Geschwindigkeitsvariationen, die am Ausgang des Kopfes zu Frequenz- und Pegeländerungen des Nutzsignals führen. Der Entzerrverstärker gleicht im wesentlichen die Pegelschwankungen aus, da er bei steigender Frequenz den Pegel prinzipiell absenkt. Es verbleibt die Frequenzmodulation am Ausgang des Bandgerätes.

Lautsprecher, Kopfhörer oder auch Wiedergaberäume produzieren aber aus Frequenzmodulation wieder eine Amplitudenmodulation, allerdings nur, wenn sie minderwertig sind. Steile Frequenzsprünge und auch schmale Resonanzen, die die Pegelschreiber kaum aufzeichnen, demodulieren das frequenzmodulierte Signal und schaffen zusätzlich eine Amplitudenmodulation. So klingen Recorder auf guten Wiedergabeanlagen besser als zum Beispiel billige „Gehmänner"-Kopfhörer.
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"Schlüpf"rige Tatsachen

Zwischen Band und Tonwellenumfang besteht immer ein gewisser "Schlupf", das bedeutet, das Band rutscht ein wenig durch. Die Rückhaltekraft durch Reibung am Tonkopf und an den Bandführungen, in der Cassette und schließlich die Bremskraft am ablaufenden Wickel arbeiten gegen den Aufwickelbandzug. Ist der Aufwickelbandzug größer, so läuft das Band schneller als die Tonwelle, sie bremst.

Wird die Andruckrolle vorsichtig gegen ihre Federanpreßkraft von der Tonwelle abgehoben, so beginnt das Band unkontrolliert zu laufen. Ist die Aufwickelkraft geringer, bewegt sich das Band erst bei anliegender Gummirolle.

Der "Schlupf" beträgt unter einem halben Prozent. Damit läuft aber das Band am Bandende und -anfang etwas unterschiedlich schnell, da die Auf- und Abwickelbandzüge variieren.

Der Cassettenwickel und der Mitnahmedorn

Der Abwickelbandzug liegt mit 0,1 Newton bis 0,01 N recht tief. Er verhindert Bandschlaufen und läßt das Band sauber über den Löschkopf laufen. Bei senkrechter Cassette sollte er zusätzlich noch den Cassettenwickel zentrieren.

Der Mitnahmedorn weicht daher heute etwas von dem Philips-Urtyp ab, er ist sechseckig oder hat zumindest an den 3 Mitnehmern schräge Auflaufflächen. Bei genügender Bremskraft gleichen diese schrägen Flächen Toleranzen aus und zentrieren den Wickel. Ansonsten fällt der volle Wickel während einer Umdrehung immer wieder auf den Wickeldorn. Schwankungen im Bandzug und damit Gleichlauffehler resultieren daraus.

Das unruhige Laufwerk

Vibrationen in den Innereien des Laufwerkes dürfen nicht auftreten, sie schlagen direkt auf das Gleichlaufverhalten durch. Motorenläufer dürfen nur geringe Unwuchten haben, Riemen sauber geschliffen sein, Reibrad- und Zahntriebe gleichmäßig eingreifen. Kritische Schwingungen regen die Riemen an, die dann zu weit zwischen zwei Rädern frei laufen.

Swinging Capstan

Die Drehmassen verschiedener Scheiben beginnen zusammen mit den federnden Riemen zu schwingen, ähnlich der Unruhe einer Uhr, nur ist eben zusätzlich die Hauptdrehbewegung noch überlagert. Nakamichi bekämpft solche Schwingungsprobleme durch eine bewußte Mischung unterschiedlich großer und deshalb mit ungleicher Drehzahl rotierender Riemenscheiben und Tonwellen. Andere Konstrukteure versuchen dem Problem mit geschickt angeordneten Motoren und abgestimmten Riemenlängen beizukommen.

Die meisten Laufwerke sind rabiat oder dumm

Nur wenige Laufwerke spulen schnell um und erlauben gleichzeitig das gezielte Rangieren kurzer Bandstücke. Kaum ein Gerät ermöglicht einen langsamen, weichen Start der Wickelmotoren. Das Umsteuern beim Umspulen bewirkt teilweise eher rabiate Kräfte. Minimale Banddehnungen und eventuell verzogene Umlenkrollenachsen sind die Folge. Kritisch reagieren schnellspulende Geräte mit nicht elastisch angekoppelten schweren Wickelmotoren.

Riemen oder elastische Drehkupplungen fangen als Knautschzone hohe Kraftspitzen wirksam ab. Nicht jeder Direkttrieb arbeitet hier problemlos.

In den Laufwerkbedienungen fehlt es oft noch an Sicherheit. Aufnahmetasten sind nicht immer abgesichert, Reversegeräte starten auf der falschen Seite ungewollt mit der Aufnahme.

Gewußt wo - das Bandlängenzählwerk

Bandlängenzählwerke eignen sich nur, um über kurze Strecken Stückanfänge wiederzufinden. Bei Gerätewechsel stimmt keine Bandzählwerksangabe mehr, ein Armutszeugnis der Gerätehersteller, hier hätte eine Normung leicht erfolgen können. Aber auch auf dem eigenen Gerät hilft das Zählwerk wenig, Cassetten werden meist nicht am Bandanfang gestartet. Das Zählwerk weiß doch nicht, wo "0" liegt.

Moderne Konstruktionen errechnen aus der Drehzahl der beiden Wickel die Bandposition, für Stückanfänge könnte die Treffgenauigkeit höher liegen, aber es funktioniert. Mit sinnvoller Bandwickelskala auf der Cassette läßt sich eine Stelle finden, statt der Zählwerksangabe muß der Bandwickelindex (zum Beispiel 0 bis 60) notiert werden. Auf allen Geräten ist dieser Wert nutzbar, allerdings muß die Cassettenskala gut sichtbar sein. Im Pkw sollte der Fahrer sich allerdings kaum erlauben, die Cassette aus dem Abspieler zu entfernen und die Wickelskala allzu lange und genau zu betrachten.

Wichtig: die Abschaltautomatik

Viel Gehirnschmalz hat die Laufeigenschaften heutiger Cassetten wesentlich verbessert. Schutz für eine teuer gewordene Musik bietet jedoch nur eine hochwertige Abschaltautomatik. Bei Stillstand des Aufspulwickels (Klemmen) schaltet sie innerhalb von 1 Sekunde das Laufwerk ab. Dann liegt bereits eine Bandschlaufe von 4,8 Zentimeter hinter der Tonwelle. Bei späterer Abschaltung nach 5s verfangen sich die gut 20cm Band sicherlich in der Tonwelle und zerknittern hoffnungslos.

Herzliches Bandleid

Bei einer ungünstigen Paarung von Gleitmittel in der Bandoberfläche und Tonkopfmaterial kann das Band kurzzeitig am Kopf haften bleiben (feststehen). Die Tonwelle zerrt es weiter, worauf es aber sofort wiederum kleben bleibt. Das geschieht so extrem schnell, daß die wechselnde Haft- und Gleitreibung ein lautes Quietschen erzeugt, das sowohl direkt akustisch als auch über den Verstärker als Modulation des Signals nicht zu überhören ist. Hier hilft nur ein anderes Bandmaterial.

Auf ruckfreies Drehen der Wickelsterne ist zu achten. Experimente mit verschiedenen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten helfen auch etwas. Manchmal läßt sich eine wichtige Aufnahme stückweise mit zwischengeschobener Tonkopfreinigung durch Überspielung retten.

Arndt Klingelnberg


In der nächsten Folge Nr 20:
Digitale Aufnahmetechnik - Wie sie funktioniert, bedient wird und klingt.

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