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Hier stehen Einzel- und Sonderartikel . . . .

die in den Heften und im Kompendium mitten in den Seiten mit nur geringem Bezug zum jeweiligen Text eingebaut waren. Darum habe ich die auf einer separaten Seite zusammen gefaßt und dann (hoffentlich) im jeweiligen Text mit markierten "Links" referenziert. Der Inhalt des Kompendiums steht hier ..

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Das magnetische Teilchen - wie ein Kippschalter

Ein leichtes Wackeln am Hebel ist fast immer ohne Auswirkung. Erst eine gehörige Bewegung läßt den Kontakt umschlagen. Und beim Zurückschalten reagiert der Kippfedermechanismus auch wieder erst nahe der Endstellung des Hebels.

Ein magnetisches Teilchen schaltet bei geringen Feldstärken kaum um. Eine Ummagnetisierung bedarf höherer Feldstärken. Positiver und negativer Kippunkt liegen aber beim Kippschalter auseinander, die Spanne dazwischen heißt Hysterese. Ihre Kurvendarstellung kann außer dem „Schaltverhalten" auch noch andere Eigenschaften eines Magnetteilchens abbilden.

Die Koerzitivkraft Hs gibt die notwendige Feldstärke (H) an, bei der das Teilchen umgepolt wird. Auch nach Wegnahme des äußeren Feldes bleibt eine Magnetisierung (Polarisation J), die Remanenz JRS, bestehen. Der Hebel eines Kippschalters, um die halbe Strecke zurück in Mittelposition gebracht, verändert ja auch den Schaltzustand noch nicht.

Die Meinungsvielfalt wohnt im Band

Der Bandhersteller kann leider keine Magnetteilchen mit genau gleichen magnetischen Eigenschaften produzieren. Zudem beeinflußen sie sich magnetisch gegenseitig. Das Magnetband zeigt als Folge der Überlagerung vieler verschiedener Kurven eine verschliffene Hysteresekurve. Verstärkt wird dieser Effekt dadurch, daß das Magnetfeld H am Aufsprechkopf in der Tiefe der Magnetschicht schwächer wird. Das Bild zeigt die „Scherung" der idealen eckigen Hysteresekurve allein schon aufgrund der unterschiedlichen Anordnung der Magnetstäbchen in der Bandschicht:

  • a. in Bandlaufrichtung,
  • b. ungeordnet,
  • c. parallel zum Spalt.


Bei allen heutigen Bändern werden die Magnetteilchen beim Gießen der Magnetschicht ausgerichtet. Das besorgt ein kräftiger Magnet während des Austrocknens der Beschichtung. Auch jede Abweichung von der idealen Nadelform bedeutet ähnlich wie eine fehlerhafte Ausrichtung einen Verlust in der nach der Aufzeichnung zurückbleibenden Magnetisierung, der Remanenz. (Vergleiche den Punkt JRS aus der Hysteresekurve für Einzelteilchen und die Verschlechterung von Kurve a. auf c.)

Jede Frequenz hat ihre Länge

Um den unterschiedlich schnellen Wechsel des Luftdrucks bei einem Ton beschreiben zu können, wurde der Begriff der Frequenz eingeführt. Bezogen auf ein Magnetband, ändert sich aber die Magnetisierung nicht mit der Zeit, sondern über die ablaufende Bandlänge.

Je höher der aufgesprochene Ton, um so dichter folgen die Magnetisierungswechsel aufeinander, und um so kürzer sind die als Kette aufgereiht gedachten Magnete, die am Tonkopf vorbeigleiten. Die Bandgeschwindigkeit „transformiert" die Zeitdauer in eine Wegstrecke und umgekehrt.

Wellenlängen:
CompactCassette mit 4,8 cm/s
20 Hz ^ 2,4 mm
15 kHz ^ 3,2 uim
Studiomaschine mit 38 cm/s
20 Hz ^ 19 mm
20 kHz ^ 52 uim

Die Spaltbreiten zum Vergleich:
Wiedergabe Cassette: bis < 1um
Aufnahme Studio: 7 bis 35um

Die Banddicken zum Vergleich:
Schichtdicke: 3 bis 18um
Trägerdicke: 6 bis > 23um

Rückseitenmattierung:
keine oder 2 oder 7um
Gesamtdicke:
9 bis > 50um

So nicht! - die Remanenzkurve

Bei der direkten Aufzeichnung führen leise Töne zu keiner Magnetisierung, laute Töne sind stark verzerrt. Als Kennlinie der Aufnahmemagnetisierung H wird die Remanenzkurve der „Neukurve" verwendet. Sie gibt die zurückbleibende (remanente) magnetische Polarisation J an, die sich nach einer unterschiedlich hohen Magnetisierung eines „jungfräulichen" (ideal gelöschten) Bandes einstellt.

In vielen Büchern wird auch die Aufzeichnungsart mit HF-Vormagnetisierung anhand der Remanenzkurve erklärt. Diese Theorie versagt dort jedoch, sie wird quantitativ grob falsch. Wesentlich genauer beschreibt das von G. Schwandtke überarbeitete Modell des Physikers F. Preisach den Magnetisierungsvorgang. Die angegebene Fachliteratur erlaubt, diese Theorie bis in alle Details kennenzulernen.

Literatur-Refrenzen

Für Leser, die sich in das komplizierte Preisach-Diagramm einarbeiten möchten und ausführlichere Informationen suchen, hat stereoplay Literatur zusammengestellt.

Schallspeicherung auf Magnetband

AGFA-Gevaert Nr. 727 (vergriffen, Bücherei)
(ausführliche theoretische Grundlagen und praktische Hinweise)
Entzerrung in der magnetischen Schallaufzeichnung

AGFA-Gevaert Nr. 751 (vergriffen, Bücherei)
(Alles rund um den Frequenzgang und Wiedergabeverluste)

Fritz Winckel 1960 (Herausgeber)
Technik der Magnetspeicher Springer-Verlag
(Wissenschaftliches Grundlagenwerk, teurer, aber umfassend)

Friedrich Engel, Compact Cassetten
Laterna Magica Verlag ( + BASF) (Allgemeine Grundlagen bis zu wissenswerten Details. Nicht ganz so technisch tiefschürfend, gerade deshalb gut verständlich. Sinnvolle Informationen auch für HiFi-Fachleute)

Abstandsdämpfung - wenn das Band abhebt

Bei hohen Tönen (hohen Frequenzen) und kleinen Bandgeschwindigkeiten folgen die Magnetisierungswechsel sehr dicht aufeinander. Die Länge, über die sich ein kompletter Magnetisierungswechsel erstreckt (Wellenlänge) beträgt bei 1 Kilohertz 48 Mikrometer, bei 14 kHz aber nur noch 3,4um.

Bereits bei 1um Abstand vom Wiedergabespalt finden bei 1 kHz nur noch knapp 90 Prozent der Feldlinien ihren Weg über den Tonkopf. Das bedeutet eine Schwächung des Signals von gut 1 Dezibel. Bei 14 kHz beträgt die Verminderung immerhin 16 dB, weil der Tonkopf nur noch 16 Prozent der Feldlinien erfassen kann. Bereits ein Abstand von einem viertel Mikrometer bedeutet einen Hochtonverlust von 4dB bei 14 kHz, was schon deutlich hörbar ist.

Bereits eine rauhe Bandoberfläche schwächt die Wiedergabe hoher Töne. Die „Berggipfel" der Bandoberfläche liegen auf dem Tonkopf auf. Die Magnetpartikel in den Bergen wirken auf den Tonkopf ein, nicht dagegen die aus den entfernten Tälern. Die Hersteller hochwertiger Bänder walzen daher die Bandoberfläche fast spiegelglatt. Die Polierwalzen quetschen im Kalandrierprozeß die Berge in die Täler und ebnen alles ein. Zu rigoros darf allerdings nicht poliert werden, das Band verliert dann seine Selbstreinigungswirkung, es „schmiert".

Feinste Fremdteilchen (Abrieb, der Niederschlag von Zigarettenrauch, Staub) kann ein zu glattes Band nicht mehr vom Tonkopf herunterreiben. Der Dreckfilm hebt das Band vom Tonkopf ab und verstärkt den Hochtonverlust. Der Hersteller muß die Oberflächenvergütung daher sorgsam dosieren.

Die Abstandsverluste erklären auch, warum die Talgteilchen eines Fingerabdruckes auf dem Cassetten-band die Wiedergabequalität empfindlich stören. Studiobänder mit 38 cm/s können achtmal so große Abstände verkraften. Dort wirkt ein Fingerabdruck, wie er beim freihändigen Schneiden der Bänder haften bleibt, kaum.

Die genormten Entzerrungswerte

In Mikrosekunden: Baß/Höhen

Compactcassette:
Typ 1 = 3180/120
Typ 2/3/4 = 3180/70

Spule
4,8 cm/s = 3180/120
9,5 cm/s = 3180/90
19cm/s HiFi/NAB = 3180/50
19cm/s CCIR = oo/70
38cm/s NAB = 3180/50
38 cm/s CCIR = oo/35

Diese Entzerrungswerte dürfen nicht mit ähnlichen Angaben für die Vorverzerrung (Preemphasis) bei UKW und PCM und die Schneidkennlinie bei Schallplatten gleichgesetzt werden. Bei Bändern kennzeichnet die Zeitkonstante eine Absenkung des Hochtonbereiches, in den anderen Fällen dagegen eine Anhebung bei der Aufnahme oder Sendung.

Übrigens bewirkt erst die Verminderung der Zeitkonstante ein geringeres Rauschen (zum Beispiel Spezialentzerrung der Tandberg 20 A-SE und den professionellen Nagra-Geräten). 38 cm/s NAB etwa rauscht stärker als 19 cm/s NAB, da zwar die gleiche Zeitkonstante verwendet wird, der Hauptrauschanteil sich aber mehr in den hörbaren Bereich verschiebt.

Spektrale Verteilung der Aussteuerungsgrenzwerte

Jedes Instrument zeigt eine andere Lautstärkeverteilung über den Frequenzbereich. Auch durch eine veränderte Plazierung der Mikrophone am Klangkörper ändern sich die Werte.

Besonders kritische Beispiele im Präsenz- und Diskantbereich sind Klavier, Chor und schmetternde Hörner. Bis in den obersten Hochtonbereich hinein reichen Sprache (besonders S- und Z-Laute), alle geräuschähnlichen Instrumente wie Schlagzeug, aber auch elektronisch verfremdete oder rein elektronische Instrumente (E-Gitarre mit Verzerrer, Synthesizer).

Besonders im Hochtonbereich treten die Lautstärkespitzen nur selten und nur kurzzeitig auf, impulsartig. Aufwendige Meßmittel sind erforderlich, um sie zu erfassen. Die Compact Disc zeigt, daß nur bei einigen wenigen Aufnahmen (und auch da nur selten) die volle Lautstärke im Hochtonbereich auftritt. UKW-Rundfunk kann prinzipbedingt bei üblichem Betrieb 10 bis 13 db weniger Spitzenamplitude im Hochtonbereich sauber verkraften, ebenso gute Platten und Tonabnehmersysteme.

PCM-Heimrecorder erreichen eine relative Höhenaussteuerbarkeit von knapp -10 db. Bandgeräte mit Studiogeschwindigkeit können bei noch geringen Verzerrungen ungefähr 5db weniger maximalen Hochtonpegel verarbeiten als im Grundtonbereich.

Cassettenrecorder bilden auch heute noch eindeutig das Schlußlicht. Bei mit Bandgeräten vergleichbaren Verzerrungen verkraften sie um 25 bis 35 Dezibel schwächere Höhen als Tiefen, gute Geräte mit Dolby-C und Metal-Tape schaffen 10 Dezibel mehr. Das ist erschreckend wenig, entspricht aber den Tatsachen.

Da das Ohr bei Bandgeräten auch höhere Verzerrungen toleriert, kann bei Cassetten der Bereich bis ungefähr -10 Dezibel ausgenutzt werden. Das setzt allerdings gute Geräte und Bänder voraus. Nur die Gutmütigkeit des Ohrs erlaubt es, ausreichend gute Aufnahmen von Schallplatte und Rundfunk auf Cassette zu machen (leider nutzt der Rundfunk die Schallplatten nicht technisch aus). Bei wirklich sauber durchgezeichneten Cassettenaufnahmen muß aber die Aussteuerung deutlich vermindert werden.
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Was die Vormagnetisierung alles ändert

Viele Daten eines Tonbandes sind abhängig von der Stärke der Vormagnetisierung. Besonders aufschlußreich ist daher ein Diagramm (links unten), das die Datenkurven über der Vormagnetisierung zeigt.

Es führt die drei wichtigsten Bandklassen

  • Eisenoxid = I;
  • Chromdioxid = II,
  • Metallpigment = IV

auf.

Vertikal ist der Magnetfluß umgerechnet auf 1m Spurbreite aufgetragen (in Nanoweber pro Meter). 0 dB entsprechen dem DIN-Normalpegel von 250 nWb/m, der Dolby-Pegel liegt ungefähr 1,2 dB darunter.

Oben im Diagramm liegen die Kurven für die Aussteuerungsgrenze (A), jeweils für 315 Hz, 10 kHz und 12,5 kHz. Deutlich ist an den tiefer liegenden Kurven die verminderte Aussteuerbarkeit bei hohen Frequenzen zu erkennen. Steigende Vormagnetisierung verschlechtert die Höhenaussteuerbarkeit, insbesondere im Vergleich zur Kurve bei 315 Hertz.

Im mittleren Feld liegen die Empfindlichkeitskurven (E) auch für die gleichen drei Frequenzen. Die Empfindlichkeit bestimmt den Frequenzgang. Die Differenz zwischen diesen Kurven muß durch den Aufsprechverstärker kompensiert werden.

Liegen diese Kurven insgesamt höher, so wird die Wiedergabe bei gleicher Aufnahmeaussteuerung lauter und umgekehrt. Für das spiegelbildliche Funktionieren der Rauschverminderungssysteme ist es wichtig, daß der Aufsprechverstärker solche Lautstärkeunterschiede ausgleichen kann.
Grundempfindlichkeit und Frequenzgang sind über IEC-Reference-Tapes (Bezugsbänder) genormt.

Wichtig sind auch die Rauschkurven (R) unten im Diagramm. Sie geben zusammen mit den Aussteuerungskurven (A) die Dynamikspanne an.

Zu beachten sind bei Chromdioxid die feinen zusätzlichen Linien. Diese liegen beim Rauschen und bei 10 und 12,5 kHz ungefähr 4 Dezibel über den fett gezeichneten Linien. Diese Werte zeigen die Daten der Bänder aus der Klasse II, wenn sie wie bei hochwertigen Musikcassetten mit 120 statt 70 Mikrosekunden entzerrt verwendet werden.

Die wichtigsten Bandeigenschaften, die von der Vormagnetisierung abhängen: Aussteuerbarkeit bei 315 Hertz sowie 10 und 12,5 Kilohertz (A315, A10, A125); Bandempfindlichkeiten bei denselben Frequenzen und Ruherauschen für Eisenoxid (gestrichelt), Chromdioxid (fett) und Metallband (gepunktet).

Was sind Dezibel ?

Sind verschiedene Verstärker und Spannungsteiler hintereinandergeschaltet, so kann die Rechnung folgendermaßen aussehen:

Gerät/Funktion Verhältnis Pegel
Vorverstärker x100 +40 dB
Poti/Teiler x0,89 -1dB
Verstärker x10 +20dB
Lautstärkepotentiometer x0,05 -26 dB
Verstärker x1,12 +1dB
Balance x0,5 -6dB
Endstufe x4 +12dB
Endstufe x100 +40 dB


Die Formeln für die Pegeldifferenzen Delta L lauten:

Für Spannungsverhältnisse (U):  Delta L - 20 log (U2/U1)
Für Leistungsverhältnisse (P): Delta L = l0 log P2/P1)
Für Schalldruckverhältnisse (p): Delta L = 20 log (P2/P1)
Für Schallintensitäten (J): Delta L = l0 log (J2/J1)

Es gibt keine Leistungs-Dezibel und keine Spannungs-Dezibel, sondern nur ein einziges Dezibel. Eine um 3 dB erhöhte Spannung bedeutet immer auch eine um 3dB erhöhte Leistung, es sei denn, es werden zusätzlich andere Eigenschaften, wie die Größe der Belastungswiderstände, geändert.

Der Faktor 10 oder 20 in den obenstehenden Formeln rührt daher, daß sich von der Energie abgeleitete Größen (Leistung, Schallintensität) immer mit dem Quadrat der einfachen Größen (Spannung, Strom, Schalldruck oder Schallschnelle) ändern. (Quadrieren bedeutet logarithmiert eine Multiplikation mit 2.)
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Der gemittelte Effektivwert ist nicht immer Spitze

Hochwertige Wechselspannungsmessungen erfolgen als Effektivwert. Er ist dem Leistungsinhalt des Signals proportional, und zwar für beliebige Signalarten (Sinus, Rechteck, Rauschen, Musikprogramm). Einfache Meßgeräte erfassen lediglich den Mittelwert, der für Sinus entsprechend einer Effektivwertanzeige korrigiert ist. Bei allen anderen Signalen zeigen solche Instrumente nicht mehr den korrekten Wert an.

Soll für Aussteuerungszwecke oder zur Ermittlung der subjektiven Störwirkung der maximale Amplitudenwert angezeigt werden, so ist eine Spitzenwertcharakteristik notwendig. Bei der Verwendung als Aussteuerungsanzeigen schlagen Spitzenwertinstrumente gegenüber Mittelwertanzeigen trotz gleicher Anzeige mit Sinus-Dauerton mit Musikmaterial bis zu gut 10dB stärker aus. Als Störspannungsmesser sind 3 bis 5dB Mehrausschlag gegenüber einer Effektivwertanzeige üblich. Quasi-Spitzenwertinstrumente nach DIN (quasi-peak) sind so korrigiert, daß sie bei Sinussignalen gleich ausschlagen wie Effektivwertanzeigen.

Harmonische, Intermodulations- und Differenzton-Verzerrungen

Die Klirrmessung ist nur eine der möglichen Methoden, um unerwünschtes nichtlineares Verhalten von HiFi-Komponenten zu entlarven. Harmonische Verzerrungen werden als wenig störend empfunden, zumindest wenn der Verzerrungseinsatz weich erfolgt und nur schwache Obertöne hoher Ordnung entstehen. Sinnvoller sind Messungen der Differenztöne für den oberen Frequenzbereich und der Intermodulation (Kombinationstöne) bei kleinen Ausgangsspannungen oder tiefen Frequenzen.

Datenangaben dürfen streng genommen nur bei ähnlich arbeitenden Geräten direkt verglichen werden, sonst muß die spektrale Verteilung der Verzerrungskomponenten bekannt sein (frequenzabhängige Effekte) und die Abruptheit des Verzerrungseinsatzes. Einem Wert von l% (Klirrgrad) = -40dB für die harmonischen Verzerrungen (Klirr) entsprechen prinzipiell 0,7 bis 0,75% (Klirrgrad) (-43 bis -42dB) bei Differenztonverzerrungen und 4 bis 6% (Klirrgrad) (-28 bis -24dB) bei Intermodulations Verzerrungen durch Kombinationstöne.

Weicher Verzerrungseinsatz (Vergleich)

Während die Oszillographenfotos zeigen, ob die Verzerrungen im Verlauf der Signalform plötzlich mit einem Knick einsetzen, soll hier statt der Unterschiede in der Verformung des Signals selbst die Reaktion bei Steigerung der Lautstärke dargestellt werden. Horizontal ist der Eingangspegel (Vorband) dargestellt, vertikal der Ausgang (Wiedergabe, Hinterband). Die Kurven gelten maßstäblich für einen Cassettenrecorder Bild (1) mit einem mittelguten Chromdioxidband und für einen Videorecorder mit PCM-Prozessor Bild (2).

Für die vier wichtigen Frequenzbereiche sind die üblichen Aussteuerungsgrenzwerte eingetragen. Das sind bei 315Hz 3% kubischer Klirrgrad, bei 10 und 14kHz die Sättigung (das Wiedergabemaximum überhaupt). Für alle Frequenzen ist zusätzlich die Kurvenstelle eingetragen, bei der die Wiedergabe aufgrund der verzerrungsbedingten Kompression um 1,5dB schwächer und damit falsch wird. Diese Stelle ist auch der von stereoplay benutzte Grenzwert bei 3150 Hz für die Aussteuerbarkeit von Cassettenbändern.

Jede Abweichung von der 1:1-Winkelhalbierenden bedeutet eine Abweichung der Wiedergabe von der Aufnahme und damit eine Verzerrung. Beim (analog bespielten) Band setzen die Verzerrungen sehr sanft ein. Das ist aber auch sehr entscheidend, da die Bänder, um einen großen Abstand vom Rauschen zu erzielen, dauernd weit hinein in die Verzerrungszonen ausgesteuert werden.

Ein PCM-Pseudo-Video-Recorder (ähnlich auch die Compact Disc mit Emphasis) arbeitet dagegen streng auf der linearen 1:1-Linie. Aber an der Aussteuerungsgrenze knickt die Kurve sofort ab, die Klangfarbe schlägt bei kleinsten Lautstärkeänderungen um. Durch die insbesondere auch im Hochtonbereich wesentlich höhere Aussteuerbarkeit ergibt sich hier die Möglichkeit, in der Praxis eine Reserve bis zum plötzlichen Verzerrungseinsatz zu realisieren.

Bei UKW-Rundfunk liegen die Verhältnisse wieder ganz anders. Hier bildet nicht der starke Verzerrungseinsatz die Grenze, sondern die Vorschriften der Deutschen Bundespost. Die Sender sollen sich nicht gegenseitig stören, dafür muß die Aussteuerung der Sender beschränkt werden. Diese Grenzen liegen bei UKW weit höher als übliches Cassettenniveau. Zudem werden sie noch im linearen Bereich erreicht. Cassetten verzerren dagegen an den angegebenen Limits schon sehr deutlich. Für wirklich saubere Aufnahmen ist noch niedriger auszusteuern.

Die Bilder fehlen noch !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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Bestimmung des Verzerrungswertes aus den Einzelkomponenten

Harmonische Verzerrungen (Klirr)
Die harmonischen Verzerrungskomponenten (2f, 3f, 4f, . . .) werden einzeln gemessen, als Effektivwerte addiert und ins Verhältnis zum Effektivwert des Gesamtsignals gesetzt. Weniger genaue, dafür aber einfachere Meßgeräte erfassen direkt die Effektivwertsumme aller Verzerrungskomponenten.

Differenztöne
Diskrepanzen treten bei der Differenztonmethode in der Auswertung der Meßgrößen auf. Die Angaben in den Normblättern sind nicht leicht interpretierbar und auch unterschiedlich. Werte sind daher nicht unbedingt vergleichbar. IEC 268 part 2 beschreibt zwar auch eine Methode, um einen Gesamtverzerrungswert zu ermitteln, üblich ist es jedoch, den quadratischen (d2) und kubischen (d3) Differenztonfaktor getrennt anzugeben.

Nach der neuesten IEC vom Juli 1984 ergibt sich bei üblichen HiFi-Geräten kein Unterschied mehr zu DIN 45403 Blatt 3. Bei d2 wird nach IEC die Hälfte der Komponente f1-f2 zu einem der gleichstarken Töne f1 oder f2 ins Verhältnis gesetzt. Der frühere IEC-Wert war doppelt so groß. - Für d3 wird der Mittelwert des oberen und unteren Seitenbandes (2f1-f2 und 2f2-f1) in Relation zu einem der Testtöne gesetzt. Der frühere IEC-Wert lag um ein Drittel höher.

Intermodulation (Kombinationstöne)
Bei den Intermodulationsverzerrungen werden die arithmetischen Summen der um f2 herum auftretenden Frequenzpaare als Effektivwerte addiert und zum Einzel-Signal f2 in Beziehung gesetzt. Da diese Seitenfrequenzpaare eine Amplitudenmodulation von f2 darstellen, können einfache Meßgeräte den Gesamtverzerrungswert über eine Amplitudendemodulation direkt angeben.

Äquivalenter Aussteuerungspegel

Für unterschiedliche Signale sind andere Verhältnisse von Effektivwert und Spitzenwert charakteristisch. Der Effektivwert als die übliche Meßgröße ist aber weit weniger für die Aussteuerung der HiFi-Komponenten ausschlaggebend als der Spitzenwert.

Mit den folgenden Dezibel-Werten lassen sich die Effektivwerte korrigieren, um die Sinus-äquivalenten Aussteuerungswerte zu erhalten:
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  • Intermodulationssignal (Verhältnis 4:1): +1,7dB;
  • Differenztonsignal (Verhältnis 1:1): +3dB;
  • Rechtecksignal: -3dB.

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Die ideal justierbare Bandführung

Die Cassette liegt über der Frontplattenebene oder ist zumindest auch an der Seitenfläche gut sichtbar. Die Justageschrauben der Bandführungselemente sind in der Position gekennzeichnet und definiert zu verstellen, die Höhenschrauben sind an den richtigen Stellen angeordnet und per Zahnrad gekoppelt, so daß eine Höhenverstellung fast ohne jede Azimutkorrektur oder Zenitfehler möglich wird. Die Höhenschrauben sollten in der Spaltebene auf einer Linie quer zum Band liegen. Ein einseitiges Verstellen beeinflußt den Azimut kaum, dafür aber den Zenit.

Da Bänder bereits nach einigen hundert Stunden an den Bandkanten den Tonkopfspiegel merkbar einschleifen können, ist bei abgenutzten Köpfen nur noch eine ganz feine Änderung im mechanischen Abgleich möglich. Die Bandkante läuft sonst über die eingeschliffene Treppenstufe und zeigt schlechten Band-Kopf-Kontakt und wechselnde Azimutfehler.

Eine hochabriebfeste Oberfläche und besonders eine Bandkanteneinfräsung vermeiden dieses Problem. Eine genau an der Bandkante in den Kopf gefräste Rille (das ist aber teurer) sorgt dafür, daß das Band keine Stufe einschneiden kann, es findet gar kein Material an der entsprechenden Stelle vor. Einschnitte gibt es übrigens auch an den Höhenführungen, auch hier sind höchstfeste Materialien angebracht. Die Bandkante wirkt auf Dauer wie eine Messerschneide.

Viele dieser Forderungen sind zum Beispiel bei einigen Nakamichi-Geräten verwirklicht: konstruktive Details, die Geld kosten müssen und zu Recht auch dürfen. Bei einfachen Recordern muß dagegen eher davon ausgegangen werden, daß eine nicht justierbare Bandführung (Ausnahme: Azimut) die sinnvollere Lösung ist, denn wo viel zu justieren ist, kann viel falsch justiert werden, zumal unter Kostendruck.

Sicherlich gibt es falsch konstruierte Recordertypen, aber auch einzelne ungünstig tolerierte Ausreißer-Exemplare, die als nichtjustierbar gelten können. Im ersten Fall muß man in die saure Zitrone beißen, im zweiten Fall dagegen auf einen Umtausch in ein anderes Exemplar drängen.
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Die Artenvielfalt der Aussteuerungsanzeigen

Äußerlich sind zu unterscheiden:
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  • • Zeigerinstrumente (früher Standard)
  • • Lichtpunktanzeiger (mechanisch über Spiegel, bisherige deutsche Studiotechnik)
  • • Leuchtdioden (LED, einzeln oder in Ketten)
  • • Plasma-Anzeigen (wie Neon-Glimmlampe, meist als sehr fein gegliederter orangefarbiger Leuchtbalken)
  • • Fluoreszenzanzeige (FLD, oft grün, aber auch mehrfarbig, ähnlich dem altehrwürdigen magischen Auge: in flache evakuierte Glaskörper eingebaute Glühkathoden und geschaltete Leuchtanoden)
  • • Flüssigkristallanzeigen (LCD, meist von hinten beleuchtet)
  • • Über den Video- oder Computerbildschirm

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Funktionell sind zu unterscheiden:
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  • • Schnelle Spitzenwertanzeige
  • • Effektivwertanzeige (echt oder angenähert)
  • • VU-Meter (weitgehend Mittelwertanzeige)

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Außerdem sind auch andere Möglichkeiten denkbar, die aber keinen Sinn geben, dennoch aber in HiFi-Geräten Verwendung fanden, wie z.B. träge Spitzenwertanzeigen oder aussteuerbarkeitskompensierte VU-Meter.

Die schnellen Spitzenwertanzeigen lassen sich noch untergliedern in mittelschnell, schnell (Studiotechnik, PPM = peak program meter), sehr schnell (aussteuerungskompensierte Anzeigen bei Recordern) und extrem schnell (digitale Aussteuerungsanzeigen für PCM) und nach dem Frequenzgangverhalten in frequenzlinear (sehr häufig) und aussteuerungskompensiert (PCM-Recorder mit Emphasis und einige wenige gute Cassettenrecorder).

Die Testcassette des Deutschen High-Fidelity Instituts (ehemals zu beziehen über die Vereinigten Motor-Verlage - jetzt übers Museum) enthält spezielle Testsignale mit ausführlicher Anleitung. Die Art der Anzeige und die bei Aufnahme empfehlenswerten Anzeigewerte für gute Aufnahmen lassen sich damit ermitteln.
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Über die VU-Meter

Volume-Unit-Meter (Lautstärkeeinheiten-Anzeiger) sind im amerikanischen Studiobereich beheimatet und auch nach Fernost gewandert. Dort kann man sich immer noch nicht von diesen eigentlich als technisch überholt geltenden Anzeigen trennen. VU-Meter schlagen erst nach 0,2 Sekunden voll aus (ähnlich lange braucht die Anzeige, um wieder auf -20dB abzufallen).

Je nach Programmaterial benötigen VU-Meter einen Vorlauf von 6 bis 14 Dezibel. Erfahrung zeigt, daß Cassettenrecorder mit VU-Metern oft nur schwach ausgesteuert werden dürfen (bis zu -15dB), weil der Vorlauf zu gering eingestellt ist. Bei modernen hochwertigen Bändern sind die Verhältnisse zum Glück günstiger.

Über den Anzeigevorlauf bei Aussteuerungsanzeigen

Aussteuerungsanzeigen reagieren immer mehr oder weniger träge. Bei besonders hohen kurzen Lautstärkespitzen spricht die Anzeige daher nicht mehr voll an. Ein Trick hilft, diese Spitzen trotzdem unverzerrt auf das Band aufzusprechen: gezielt zu weit ausschlagende Aussteuerungsanzeigen.

Bei Sinus-Dauerton warnen die Anzeigen dann entsprechend dem einjustierten „Vorlauf" zu früh vor Übersteuerung. So darf die Vollaussteuerung für Dauerton bei VU-Metern (siehe auch dort) erst weit jenseits des Skalenendes auftreten.

Ein richtig gewählter Vorlauf bedeutet, daß Lautstärkespitzen, die bis an den roten Bereich heran ausgesteuert werden, gerade noch unauffällig verzerrt aufs Band gelangen. Beim Vorlauf ist auch die frequenzabhängige Aussteuerbarkeitsgrenze zu berücksichtigen. Neben der Trägheit der Anzeige verlangt auch die verminderte Höhenaussteuerbarkeit bei Cassettenbandgeräten in Verbindung mit hochtonstarkem Programm eine starke Erhöhung des Vorlaufs.

Bei großen Vorlaufwerten besteht einerseits die Gefahr der Untersteuerung träge dahinfließender Musik (Orgel, großes Streichorchester) und andererseits der Übersteuerung extrem impulshaltiger Musik oder ohnehin kritischer Sprache. (Abhilfe durch übersteuerbarkeitskompensierte Spitzenwertanzeigen, siehe auch dort.)

Die Aussteuerbarkeitskompensierte Anzeige

Das Instrument kann die eingeschränkte Aussteuerbarkeit in einem bestimmten Frequenzbereich automatisch berücksichtigen, wenn der Konstrukteur die Anzeige mit dem verdrehten Frequenzgang der Aussteuerbarkeit kompensiert. Beim Cassettenrecorder bedeutet das, daß die Höhen in der Anzeige gut 10 Dezibel anzuheben sind. So kann unabhängig von der Art des Programms bis an die Aussteuerungsgrenze gefahren werden.

Bei geringer Programmdynamik fördert etwas schwächere Aussteuerung die Durchsichtigkeit der Aufnahme. Umgekehrt vermindert dosierte Übersteuerung störendes Rauschen. Bei einer üblich schlechten Anzeige sind sich selbst Profis nie sicher, wie weit denn nun im Augenblick wirklich gerade über- oder untersteuert wird.

Eine übersteuerungskompensierte Anzeige kann allerdings nie den Lautstärkeeindruck wiedergeben, deshalb ist sie als Ergänzung zu VU-Metern besonders sinnvoll. Eine für beide Kanäle gemeinsame Anzeige ist dabei nicht von Nachteil. Tritt Übersteuerung auf, wobei es unerheblich ist, in welchem Kanal, so müssen wegen der Kanalbalance ja doch beide Kanäle im Pegel heruntergezogen werden.

Am Platze ist diese Frequenzgangkorrektur nur bei schnellen Spitzenwert-anzeigen, weil hohe Frequenzanteile nur sehr kurzzeitig auftreten. Einige Geräte verwenden keine feste Höhenanhebung, sondern stellen die Aussteuerungsanzeige auf die verwendete Bandsorte und das Rauschverminderungssystem ein. Im Englischen werden die übersteuerungskompensierten Anzeigen „equalized" oder besser „weighted peak Programme meter" genannt.

Solche aussteuerbarkeitskompensierte Anzeigen waren früher in Deutschland üblich, durch Marketingfehler wurde aber stets versäumt, diesen Klangvorteil auch wirklich zu verkaufen. Heute gibt es solche Anzeigen bei allen ASC-, allen Tandberg- und einigen Dual-Recordern, bei fast allen PCM-Adaptern sowie bei den meisten noch handelsüblichen Spulentonbandgeräten.

Über den Dolby-Pegel

Um die Lautstärke oder besser die Magnetisierung von Bandaufnahmen vergleichen zu können, muß ein Vergleichsmaßstab vorhanden sein. Hierzu dienen Pegelcassetten mit Referenzpegeln. Es gibt sie mit DIN/ IEC- oder Dolby-Pegel. Für Werkstätten und Heimgebrauch nützt der Dolby-Pegel mehr, da hierauf die Dolby-Funktion abgeglichen wird.

In vielen Fällen entspricht der Dolby-Pegel der Aussteuerungsanzeige 0dB (Wiedergabe), oder es ist das spezielle, gespiegelte Doppel-D-Symbol auf der Skala vermerkt. Die Aussteuerungsangaben aus dem stereoplay-Cassettentest (3 und 4/1985) beziehen sich auf diesen Anzeigewert. Der DIN-Pegel liegt ungefähr 1,1dB höher.

Die Theorie : Aussteuern leicht gemacht

Die Anzeige soll leicht ablesbar sein, das heißt bei allen Lichtverhältnissen, aus größerer Entfernung und auch bei seitlichem Betrachtungswinkel oder, wie oft in der Heimanlage, schräg von oben. Eine deutliche Übersteuerungssignalwirkung ergibt sich aus einem Farb-, Form- oder Helligkeitswechsel der Anzeige. Gute Geräte signalisieren auch die unterschiedlichen empfohlenen Aussteuerungsgrenzwerte für die verschiedenen Bandsorten. Für eine deutlich ablesbare Kanalbalance sollten die Anzeigeskalen nebeneinander liegen. Bei Zeigerinstrumenten bedeutet das allerdings teure klappsymmetrische Doppelinstrumente.

Für eine volle Kontrolle der Aussteuerung empfehlen sich Skalenbereiche von -40 bis +6 Dezibel, als reine Übersteuerungsanzeige genügen -6 bis +3 dB. Zusätzlich zu den VU-Metern vorhandene (übersteuerbarkeitskompensierte) Spitzenwertanzeigen sollten mindestens dreistufig sein, um einerseits eine Vorwarnung zu geben und andererseits den Grad der Übersteuerung deutlich zu machen.

Bei elektronischen Anzeigen
sind 5 Stufen als billig, 12 Stufen als mittelgut zu bewerten. Erst eine noch feinere Stufung ersetzt gute Zeigerinstrumente.

Ohne sauber laufende Aussteuerungspotentiometer macht das ganze Aussteuern keinen Spaß. Bei Mikrofonaufnahmen erweisen sich Schiebesteller als vorteilhaft. Sie erlauben leichtes Ein- und Ausblenden, Balancefehler sind leicht zu beheben. Einst überschwemmten in einer Modewelle Flachbahnsteller alle HiFi-Geräte, jetzt sind sie noch nicht einmal mehr dort zu finden, wo sie hingehören. Sie sind allerdings kostenträchtig, da gute Flachbahnpotentiometer über eine aufwendige Staubabdeckung verfügen müssen. Eine preiswerte Alternative für den Heimgebrauch stellen gleichzeitig bedienbare konzentrische Doppelaussteuerungsknöpfe dar. Sinnvoll sind auch „Master"-Pegelsteller. Hiermit werden ohne Verschieben der Balance alle Eingänge gemeinsam ein-und ausgeblendet.

Außerordentlich hilfreich beim Aussteuern ist die Hinterbandkontrolle. Auftretende Verzerrungen oder Rauschen sind hörbar. Ein guter Kopfhörer mit einem für den Anschluß an ein Bandgerät ausreichend hohen Wirkungsgrad sollte eingesetzt werden.

Extrem störend sind Ausgangspegelsteller, die gleichzeitig auf die Aussteuerungsanzeige und auf den Kopfhörerausgang wirken. Hier kann nur entweder richtig ausgesteuert oder per Kopfhörer mitgehört werden, letzten Endes ist beides nicht optimal möglich.

Vorteilhaft wirken sich die heutigen, besonders hochwertigen Bandsorten aus. Sie bereiten entscheidend weniger Probleme beim Aussteuern.

Sind Tonköpfe wie Wasserköpfe ?

Viele Köpfe sind kein Indiz für Ineffizienz, allerdings auch nicht immer für Klangqualität. Die Kopfvielfalt zumal bei Reverse-Geräten macht dem Azimut und dem Gleichlauf dann doch arg zu schaffen.

Ein konventioneller Kombikopf (A/W = Aufnahme-Wiedergabe) bietet sich bis in mittlere Preisgruppen hinein an. Getrennte Köpfe schaffen Probleme, und das kostet Qualität oder eben Geld. Ein spezialisierter Aufsprechkopf (A, 4 Mikrometer Spalt) schafft es, höhere Pegel bei tiefen Frequenzen auf das Band zu bringen, ein Wiedergabekopf (W, 1um oder weniger) verdaut dagegen die oberste Oktave rauschfreier.

Wenn der Filz nicht mehr als Andruckelement am Aufnahmespalt dienen kann, hilft ein höherer Bandzug. Bei der Lösung 2 mit Doppelkopf und Einfach-Capstan wird daher der ablaufende Wickel stark gebremst, oder das Laufwerk verfügt über eine Bremse mit einer direkt auf das Band wirkenden filzbelegten Reibfläche (in der Aussparung a oder b). Eine vollwertige Bandzugerhöhung ist der Dual-Capstan-Antrieb.

4 und 5 zeigen kostensparende Lösungen mit besonderem Testkopf (T) zum Einmessen oder zur (nicht vollwertigen) Hinterbandkontrolle (M). Diese gehören zum Glück nun zur HiFi-Historie. Wenn gar kein Platz mehr für den Löschkopf (F) bleibt, wird er bis vor die erste Tonwelle verdrängt (6). Er ist dann kaum mehr von einer Bandführung zu unterscheiden. Spezielle Bandführungen (B) können in die Aussparungen d (oder auch b) eingreifen (Beispiel 6). Bei Reverse- Laufwerken tritt an deren Stelle der Aufnahmekopf für die Seite B.

Über die Vorteile von "Dual Capstan"

Das englische Wort Capstan bedeutet in der Schiffahrt das Gangspill, vergleichbar einer Seiltrommel zur Aufnahme starker Zugkräfte. Capstans von Recordern haben nur mit Briefgewichten zu kämpfen.

Früh schon versuchten Konstrukteure, den Gleichlauffehlern - hervorgerufen durch ungleichmäßige Bandkräfte am Abwickelkern - abzuhelfen. Über größere passive Schwungmassen vor den Tonköpfen verfügen einige Studiogeräte. Das robuste Studioband treibt sie selbst an. Bei Telefunken brachte ein Reibradgetriebe die Massen bei stehendem Band in Schwung, beim Bandstart entkoppelte sich dieser Antrieb und ließ die Schwungmasse frei mit dem Band mitlaufen.

Das dünne Cassettenband ist sehr viel delikater, also mußte von vornherein zwischen ablaufendem Wickel und Tonköpfen eine ständig angetriebene Schwungmasse eingesetzt werden.

Das Problem beim Dual-Capstan besteht darin, daß diese Tonwelle nicht genau synchron zur Haupttonwelle rotiert. Läuft sie an der Außenfläche schneller, so spuckt sie das Band in das Gerät, da die Hauptwelle es nicht genügend schnell wegzieht. Dreht sie zu langsam, wird das Band gedehnt.
Die Kunst des Ingenieurs besteht nun darin, die erste Tonwelle ganz geringfügig langsamer laufen zu lassen. Bei zwei quarzstabilen Direktdrives mit garantiert gleicher Drehzahl sollte die erste Welle geringfügig dünner sein.

Bei einem Riemenantrieb von einem gemeinsamen Motor läuft der Riemen so, daß er eine wesentlich höhere Reibung auf die Hauptschwungmasse ausübt. Die Nebenschwungmasse hat gegenüber dem Riemen etwas mehr Schlupf und läuft dann langsamer. In jedem Fall müssen auch hier Tonwellen- und Schwungscheibendurchmesser peinlich präzise gepaart werden.

Der Schlupf zwischen Band und den zwei Capstans gleicht dann restliche Geschwindigkeitsabweichungen aus. Der Schlupf bestimmt allerdings den Bandzug zwischen den Tonwellen, und der muß gut kontrolliert werden.
Dual Capstans zeigen guten Bandkopfkontakt (Nakamichi erlaubt sich sogar, den Andruckfilz außer Funktion zu setzen). Die DIN-Gleichlaufwerte glänzen nicht immer, die Cassette selbst übt jedoch kaum mehr Einfluß aus. Starke Schwankungen treten oft nahe den auffälligen 4 Hertz auf. Unbewertete, also linear gemessene Werte fallen daher kaum höher aus.

Sehr komplex : Der Kontur-Effekt

Ein 20Hz Schwingungszug zieht sich auf dem Cassettenband über 2,4 Millimeter hin. Das magnetische Feld tritt dabei recht weit aus dem Band aus und beeinflußt so nicht nur den Spalt, sondern auch die äußeren Teile der Polhälften. Es fließen noch Feldlinien vom vorherigen oder nachfolgenden Schwingungszug durch den Kopf. Diese verstärken oder schwächen so das vom Spalt „aufgesaugte" Feld. Entsprechend verändert sich dadurch frequenzabhängig die Ausgangsspannung eines Wiedergabekopfes, der Frequenzgang wird wellig.

Der Konstrukteur muß die geometrischen Abmessungen geschickt optimieren, um die Tonkopfspiegelresonanzen in den Griff zu bekommen. Dazu bildet er die Polhälften unterschiedlich lang aus oder er verändert die Berührfläche über die Bandumschlingung und die Kontur des Tonkopfspiegels.

Die größeren Köpfe in HiFi-Spulengeräten bereiten geringere Probleme als die kleinen Cassettenköpfe, insbesondere die Doppelköpfe. Im Studio bei 38cm/s und erst recht bei 76cm/s leidet jedoch der Baß ganz beachtlich. Da kämpft der Kopf bei 20 Hertz immerhin mit Wellenlängen von 38 Millimeter.

Über die Reinigung von CC Laufwerk und CC Kassette

Bei jeder C90 laufen 260 Bandmeter über die Führungen. Abrieb in der Spaltzone des Tonkopfes führt zu drastischen Hochtonverlusten.

Schmutzablagerungen an der Bandkante heben es an der Außenspur ab (linker Kanal), vermindern die Ausgangsspannung und stören das Azimutverhalten.

Weniger bekannt sind die Störungen im Gleichlauf und in der mittleren Bandgeschwindigkeit. Stärkere Ablagerungen auf Tonwelle und Andruckrolle führen zu erhöhtem Schlupf, ungleichmäßige Ablagerungen verändern den wirksamen Durchmesser der Rollen. Beides erhöht die Gleichlaufschwankungen beträchtlich.

Ein leicht mit Spiritus getränktes Wattestäbchen entfernt den Schmutz wirkungsvoll; aber unbedingt trocken nachwischen. Die Reinigung selbst fällt leichter, wenn Tonwelle und Andruckrolle rotieren. Hierzu bedarf es allerdings bei vielen Laufwerken einer List. Wattehärchen dürfen sich nicht in den Lagern verfangen. Die untere Tonwellenpartie über dem Lagerspalt gilt als Tabuzone. Watte darf sich auch nicht zwischen Tonwelle und Andruckrolle verfangen. Das Wattestäbchen ist an der auslaufenden Seite (rechts) anzusetzen.

Komfortabler sind Reinigungsstäbe mit Filz, sie verlieren keine Haare. Empfindliche Teile (Tonkopfspiegel) erfordern saubere Filze. Da die Filze nicht jedesmal in den Papierkorb wandern können, sind Filze für Hui und Pfui getrennt zu halten.

Vorsicht ist mit dem Spiritus geboten. Er darf nicht in die Lager eindringen, da er den Schmierfilm zerstört. Gleiches gilt für Tonkopf- Reinigungsspray. Gute Geräte verfügen über ein Kunststoffscheibchen als Lagerschutz. Direktes Ansprühen kann bei erwärmten Geräten und spröden Ferritköpfen (auch bei empfindlichen Videoköpfen) zu Rissen im Kopf führen. Die Abkühlung durch die Verdunstungskälte des Sprays geschieht zu plötzlich.

Reinigungscassetten gelten als besonders komfortabel. Bei nichtzugänglichen Bandführungsteilen (Auto) bieten einzig sie Hilfe. Allerdings sind hier nicht die üblichen 08/15-Cassetten gemeint, sondern die mit speziellen Filzreinigern. Erus Technik säubert mit einem wischenden Filzarm den Haupttonkopf und mit zwei Filzstreifen die Tonwellen (auch Dual Capstan). Nagaoka liefert eine Cassette mit Filzreiniger für Tonwelle und Andruckrolle. Ein leicht rauhes Band nimmt den Schmutz von den Tonkopfspiegeln. Mit beiden Cassetten (nacheinander, nicht entweder-oder) wird ein Großteil des Drecks entfernt. Zumindest für die einfacheren Autoradio-Laufwerke reicht es. Bei komplizierteren Bandführungen putzt selbst diese Doppelkombination nicht gründlich genug.

Bandablagerungen härten aus und zerkratzen zudem die Bandoberfläche. Reinigung tut not, jedoch kann zuviel wirklich auch zuviel sein. Als sinnvolle Regel bietet sich an, vor jeder wichtigen Aufnahme oder jeden Monat „Kehrwoche" zu halten.

Ergeben sich mit irgendeiner Bandsorte starke Abrieberscheinungen, so empfiehlt sich eine andere Marke. Bänder verhalten sich auf unterschiedlichen Geräten verschieden. Immer die gleiche Bandsorte kann stärkeren Abrieb bedeuten als die Verwendung gemischter Arten.

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