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I. TEIL - DIE SCHALLPLATTE (aus 1953)

Diese Serie beginnt hier im Bereich Historie. Die vorangegangene Seite 03 steht hier.
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3. KAPITEL - Physik und Technik der Schallplatte
3.A. 100 Zeilen - Die Lehre vom Schall (die Grundlagen)

Alle dem menschlichen Ohr wahrnehmbaren Schallvorgänge sind Luftschwingungen, deren Frequenz zwischen 16 und 20000 Hz liegt (1 Hz = 1 Hertz = 1 Schwingung je Sekunde).

Jeder Schalleindruck besteht aus einer Summe von Einzelschwingungen, die
sich voneinander durch ihre Frequenz (Tonhöhe) und ihre Amplitude (Tonstärke) unterscheiden.
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Die Akustik

Die Akustik (= Lehre vom Schall) unterteilt den Schall in

  1. Hörschall,
  2. Infraschall und
  3. Ultraschall,


sie unterscheidet außerdem

  1. Flüssigkeitsschall,
  2. Körperschall und
  3. Luftschall.

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Ton, Töne und das Tongemisch

Wir haben es hier nur mit dem Hörschall bzw. Luftschall zu tun. Ein einfacher Ton ist ein Schall von sinusförmigem Verlauf. Das Tongemisch besteht aus Tönen beliebiger Frequenzen.
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Klang und Klanggemisch

Ein einfacher Klang ist aus harmonischen Teiltönen zusammengesetzter Schall, d. h. also aus Frequenzen, die in ganzzahligen Verhältnissen zueinander stehen.

Schallschwingungen, die aus Klängen mit Grundtönen beliebiger Frequenzen zusammengesetzt sind, nennen wir dagegen Klanggemisch. Ein Tongemisch vieler Einzeltöne, deren Frequenzen nicht im Verhältnis ganzer Zahlen zueinander stehen (also unharmonische Töne) empfinden wir als Geräusch.

Knall ist ein kurzdauernder Schallstoß von großer Schallstärke, und mit Lärm bezeichnen wir jede Art von Schallschwingungen, die eine Stille sehr laut stören.

Die Schallgeschwindigkeit

Unter Schallgeschwindigkeit verstehen wir die Ausbreitungs-geschwindigkeit der Schallwellen. Die Schallgeschwindigkeit "c" wird in m/s oder m • s hoch -1 angegeben.

Wir müssen auch noch einige weitere Begriffe definieren, um die folgenden Ausführungen über das menschliche Ohr und seine Eigenschaften besser verstehen zu können.

Ändern sich Druck und Bewegungszustand eines Schallerzeugers (Mediums), so entsteht ein Schallfeld, das sich mit einer bestimmten Schallgeschwindigkeit ausbreitet. Die Wellenlänge "lambda" erhält man aus dem Verhältnis von Schallgeschwindigkeit c zur Frequenz f, also

Für Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit bekanntlich 333 m/s.

Schallausschlag und Schallschnelle

Schallausschlag (alpha [cm]) ist die Auslenkung eines schwingenden Teilchens aus der Ruhelage, und die Wechselgeschwindigkeit eines schwingenden Teilchens nennen wir Schallschnelle (v [cm • s -1]). Die durch Schallschwingungen hervorgerufenen Wechseldrucke ergeben den Schalldruck (p).

Lautheit und Hörsamkeit

Die Stärke der Schallempfindung bezeichnet die Akustik mit Lautheit und die Eignung eines Raumes für eine Schalldarbietung als Hörsamkeit.

Das menschliche Ohr

Nunmehr wollen wir uns dem menschlichen Ohr zuwenden, das ganz besondere Eigenschaften besitzt, die wir berücksichtigen müssen, wenn wir Schallvorgänge beurteilen. Die Empfindlichkeit des Ohres ist bekanntlich frequenzabhängig. Deshalb ist auch das, was wir Lautstärke nennen, von der vom Ohr empfundenen Stärke des Schalls abhängig.

Die Lautstärke

Die Lautstärke ist also ein dem Ohr angepaßtes Maß und wird in Phon angegeben. Die Lautstärkeskala (auch Phonskala) reicht vom unteren Schwellwert (0 Phon) bis zum Schmerzwert (130 Phon). Der Maßstab für diese gefühlte oder gehörte Lautstärke ist aber nicht linear. Darum benötigen wir zu Messungen eine andere Maßeinheit.

In der Tabelle 1 sind einige Phonwerte von der Hörschwelle bis zur Schmerzschwelle übersichtlich zusammengestellt. Das Phon kann auch durch die Anzahl der Dezibel (db) über einem bestimmten Schwellwert angegeben werden. Diese internationale Einheit db steht zu der Einheit Neper, die wir später noch brauchen werden, in folgender Beziehung:

Das Neper (N) ist der natürliche Logarithmus (ln) eines Spannungsverhältnisses U1/U2 oder eines Stromverhältnisses I1/I2:

Formel seite 33 / 2

Einem Spannungsverhältnis von 10:1 entspricht also ln 10 = 2,3 N.

In der Elektroakustik ist das anders

Anstatt des Leistungsverhältnisses N1/N2 betrachtet man in der Elektroakustik meist das Spannungsverhältnis U1/U2 am gleichen Widerstand R. Das Neper gilt sowohl für Verstärkungen als auch für Dämpfungen (Abschwächungen).

1) "λ" = kleiner griechischer Buchstabe, sprich „lambda"
2) "dyn" = Einheit der Kraft (griechisch: dynamis = Kraft) bar = Maßeinheit für den Druck
3) "Neper" = Nach dem schottischen Mathematiker John Napier (1550/1617), Entdecker der natürlichen Logarithmen und Erfinder des logarithmischen Rechenstabes
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Bei uns wird "logarithmisch" gemessen und angezeigt

Benutzen wir das Neper als Maß für Verstärkungen, z. B. für eine Spannungsverstärkung, dann bezieht es sich auf den natürlichen Logarithmus des Verhältnisses der Ausgangsspannung Ua zur Eingangsspannung Ue, verwenden wir das Neper als Dämpfungsmaß, dann errechnet es sich sinngemäß aus dem natürlichen Logarithmus des Verhältnisses der Eingangsspannung Ue zur Ausgangsspannung Ua.

In Tabelle 2 sind die Formeln für Verstärkung und Dämpfung nochmals übersichtlich zusammengestellt. Tabelle 3 gibt die Wertverhältnisse für Spannung, Strom und Leistungen für 0- bis -25 Neper an.

Der natürliche und der dekadische Logarithmus

Während dem Neper der natürliche Logarithmus zugrunde liegt, bezeichnet man als Dezibel (db) den zehnten Teil des Briggschen (dekadischen) Logarithmus eines Leistungsverhältnisses.

In der Leitungsmeßtechnik wird das Neper in Deutschland, der Sowjetunion, in Frankreich und Schweden verwendet, und zwar geht man hier meist von einem Nullpegel aus und rechnet Verstärkungen als positive, Dämpfungen als negative Werte. In den angelsächsischen Ländern ist das Dezibel gebräuchlich. Dagegen rechnet man in der Akustik überall nach Dezibel.

  • Anmerkung aus 2015 : Inzwischen wird nur noch nach Dezibel gemessen.

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Das Phon

Das Phon ist ein Maß für den Schalldruck bzw. die Lautheit unter Berücksichtigung des frequenzabhängigen Hörempfindens des menschlichen Ohres.

Tabelle 4 gibt eine Zusammenstellung der Werte für Phon und Dezibel wieder.

Tabelle 5 zeigt Hörkurven gleicher Lautstärke, die im Jahre 1933 von H. Fletcher und W. A. Munson nach grundlegenden Untersuchungen ermittelt wurden und sich auf zweiohriges Hören beziehen. Wir sehen aus ihnen, daß das Ohr im Frequenzbereich von 1000 - 2000 Hz die größte Empfindlichkeit aufweist. Bei 1000 Hz wird ein Schalldruck von 2/1000 ubar mit gleicher Lautstärke empfunden wie ein tausendmal stärkerer Schalldruck von 2/10 ubar bei 40 Hz.

Wir wollen hier noch erwähnen, daß das Gehör bei dem einzelnen Menschen verschieden ist und daß die Gehörempfindung für hohe Frequenzen mit zunehmendem Alter abnimmt. Doch nun zurück zur Schallplatte.

(3. KAPITEL - Physik und Technik der Schallplatte)
3.B. Geheimnisse der Schallrille (bei 78er Platten)

Betrachten wir eine Schallplatte, so sehen wir auf ihr viele feine Rillen, die spiralförmig von innen nach außen verlaufen. Wir wissen, daß in diesen Rillen Schallschwingungen reproduzierbar festgehalten worden sind, aber nicht nach der von Edison in seinem Phonographen benutzten Tiefenschrift, sondern nach der von Emil Berliner im Grammophon verwendeten Seitenschrift.

Den Unterschied dieser beiden Schriftarten lassen die Bilder 7 und 8 deutlich erkennen.

Die Tiefenschrift

Bei der Tiefenschrift Edisons führt der Schneidstift Bewegungen senkrecht zur Plattenoberflache aus. Es entsteht dann eine Schallrille, die - von oben gesehen - nicht von der Spiralform abweicht, aber eine wechselnde Schnitt-Tiefe und Schnitt-Breite aufweist (Bild 7), eine wechselnde Schnittbreite deshalb, weil sich der spitz zulaufende Schneidstichel mehr oder weniger tief in die Plattenoberfläche eingräbt.
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Die Seitenschrift

Bei der Seitenschrift wird der Stift dagegen in Richtung des Plattenradius (also seitlich) abgelenkt. Er schreibt dann eine Wellenlinie konstanter Schnittiefe und Schnittbreite in den Schallträger (Bild 8).

Mit dem Vergrößerungsglas gesehen

Diese Wellenlinie können wir bereits unter einem starken Vergrößerungsglas erkennen (Bild 9). Die abtastende Nadel muß den Rillen folgen und wird hierdurch in mechanische Schwingungen versetzt, die im Tonabnehmer (S. 73) in elektrische Schwingungen umgewandelt, im Verstärker verstärkt und schließlich durch den Lautsprecher wieder als Schallschwingungen abgestrahlt werden. Wir gehen auf diese Vorgänge später noch ausführlicher ein.

Ebenso wie ein tiefer Ton weniger Schallschwingungen aufweist als ein hoher, so entsprechen einem tiefen Ton weniger seitliche Ausbuchtungen - bezogen auf eine bestimmte Länge der Schallrille -, als sie für einen höheren Ton notwendig sind.

Drehung mit konstanter Geschwindigkeit

Das ist ]eicht einzusehen, wenn man sich überlegt, daß die Platte mit gleichbleibender Geschwindigkeit gedreht wird. Innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit wird stets eine bestimmte Rillenlänge unter der Abtastnadel vorbeigezogen. Je langsamer die Nadel quer zur Laufrichtung abgelenkt wird, desto tiefer wird der im Lautsprecher zu hörende Ton. Soll ein Ton lauter wiedergegeben werden, so müssen auch die seitlichen Abweichungen (Ausbuchtungen) der Rille größer sein.

Die Länge einer Schwingung

Die Länge einer Schwingung auf der Platte entspricht natürlich nicht der Länge der ursprünglichen Schallschwingung; denn letztere ist von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles in der Luft, erstere von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Schallplatte abhängig.

Bild 10 zeigt in schematischer Darstellung Schallrillen für verschiedene Tonlagen und Lautstärken.
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Je schneller sich die Platte dreht

Eine einfache Überlegung läßt bereits erkennen, daß wir die Schallschwingungen "um so besser" auf der Platte festhalten können, je schneller sich die Platte dreht. Mit wachsender Umdrehungszahl nimmt aber auch die Spieldauer einer Platte ab, so daß sich weniger Schwingungen auf einer Plattenseite unterbringen lassen
- und das ist schlecht fürs Geschäft.
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Ein (fauler?) Kompromiß

Man muß also zwischen Geschwindigkeit und Spieldauer einen Kompromiß schließen, um beiden Anforderungen möglichst gerecht zu werden.

Die handelsüblichen Schallplatten waren bisher sämtlich mit 78 Umdrehungen in der Minute wiederzugeben. Diese Umdrehungszahl von 78 U/min (so lautet die fachmännische Abkürzung) wollen wir zunächst unseren weiteren Betrachtungen zugrunde legen.

Der folgende Abschnitt sollte als Überbegriff "Die Datendichte" bzw. "Die Infomationsdichte" heißen.

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3.B. a) Wir berechnen die Rillenlänge von Schwingungen (bei 78er Platten)

Der Durchmesser der inneren Rille, die das Bezeichnungsschild (das Label) der Schallplatte umgibt, beträgt etwa 90mm, der der äußersten Schallrille bei 25cm Platten ca. 240mm. Der Umfang eines Kreises wird nach der Formel 2π •r = π d berechnet (π  = 3,14; r = Radius; d = Durchmesser).

Eine Umdrehungs-"Länge" zwischen 75,4cm und 28,2cm

Demnach hat die betrachtete Schallrille ganz innen eine Länge von 3,14 • 90 = 282,6 also etwa 283mm und die äußerste Rille ist 3,14 • 240 = 754mm lang.
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Die 78er Platte braucht 0,77 Sekunden pro Runde

Bei der Umdrehungszahl von 78 U/min braucht die Platte für eine Umdrehung die Zeit von 60 : 78 = 0,77s (s = Sekunde). Der bespielte Plattenradius ergibt sich für die obengenannten Zahlen zu (240 - 90 =) 150 : 2 = 75mm.

300 "nebeneinder liegende" Schallrillen

Bei Industrieplatten kommen auf einen Millimeter nebeneinander etwa 4 Schallrillen. Eine handelsübliche 25cm Platte weist demnach 75 • 4 = 300 "nebeneinder liegende" Schallrillen auf und kann sich 300mal drehen, bis sie abgespielt ist.

Nachtrag : Selbstverständlich weiß der Autor, daß es im richtigen Sprachgebrauch nur eine einzige spiralförmige Rille ist

Nominelle Spieldauer = 3 min 50 s

Die Spieldauer dieser Platte beträgt demnach bei 78 U/min 300 : 78 = 3,84 min = 3 min 50 s.

Anmerkung : Wofür brauchen wir das alles ?

Die Frage, die sich sehr oft stellt, ist : Warum klingen die schwarzen 78er (und auch die 33er) Platten im letzten Drittel ihrer Laufzeit so schlimm ? Es gibt ganz simple physikalische Gründe für den teilweise drastischen und deutlich hörbaren Abfall der Qualität der gespeicherten Töne.

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Jetzt zur Rillenlänge einer Schwingung

An Hand dieser Zahlen können wir nun auch die Rillenlänge einer Schwingung auf der Platte bestimmen. Der tiefste Ton, der auf einer (78er) Schallplatte festgehalten wird, liegt um die 50 Hz.
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Eine 50Hz Schwingung hat zwischen 19mm und 7mm "Platz"

Eine Schwingung dieses 50Hz Tones dauert also 1/50 Sekunde. Die Dauer einer Umdrehung bei 78 U/min beträgt nach unserer obigen Rechnung 0,77 s, auf eine Umdrehung kommen also 0,77 : 1/50 = 38,5 Schwingungen bei 50 Hz. Auf der Außen-Rille von 754mm Länge ist demnach eine Schwingung 754 : 38,5 = 19,6mm lang, während ihr auf der innersten Rille nur eine Länge von 283: 38,5 = 7,4 mm verbleibt.
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Der höchste Ton ist zur Zeit etwa 6000 Hz

Betrachten wir dagegen eine Schwingung von 6000 Hz - das ist ungefähr der höchste Ton, den eine Schallplatte noch brauchbar wiedergeben kann (Anmerkung : wir sind im Jahr 1953 !!) -, dann kommt auf eine Schwingung nur die kurze Zeitspanne von 1/6ooo s, eine Zeit, die von keinem Schlitzverschluß einer Kamera erreicht wird.

Die 6000Hz Schwingung hat zwischen 0,16 und 0,06mm "Platz"

Bei 78 U/min entfallen auf eine Umdrehung 0,77 : 1/6ooo = 4620 Schwingungen. Das bedeutet, daß auf der äußeren Rille eine Schwingung eine Länge von 754:4620 = 0,16mm aufweist, während sie auf der Innen-Rille nur den winzigen Platz von 283 : 4620 = 0,06mm erhält! (Vgl. auch Tabelle 6, S. 267.)

Anmerkung : Das ist der Grund, warum die Qualität der schwarzen Scheiben insbesondere bei den ganz hohen Tönen nach innen zu ganz erheblich schlechter wird.
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Und erst recht bei Klang- und Tongemischen

Nun haben wir nur zwei reine Töne (50 Hz und 6000 Hz) berechnet, bei Musik und Sprache treten aber vor allem Kombinationstöne (Klang- und Tongemische) mit viel verwickelteren Schwingungen auf. Ziehen wir diese in Betracht, so müssen wir einsehen, daß selbst eine Wiedergabe mit 78 U/min nicht alle Feinheiten enthalten kann, wenn nicht andere Wege beschritten werden, auf die wir später noch zu sprechen kommen.

3.B. b) Schwingungslängen und Schwingungsweiten (bei 78er Platten)

Unsere bisherigen Überlegungen haben sich nur auf die Schwingungslängen bezogen, wir dürfen aber auch die Schwingungsweiten nicht vernachlässigen. Diese seitlichen Ausschläge werden auch Amplituden oder Auslenkungen genannt

Bei Schallschwingungen sind von den Amplituden die Lautstärken abhängig, bei der Schallplattenwiedergäbe wirken sie sich aber außerdem noch verschieden auf den Tonabnehmer aus.
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Geschwindigkeitsamplitude oder Schnelle

Es ist hier ein großer Unterschied, ob die gleiche Schwingungsweite zu einer hohen oder einer tiefen Frequenz gehört. Man hat hier noch den Begriff der sogenannten Geschwindigkeitsamplitude oder Schnelle eingeführt. Sie ist bei einer tiefen Frequenz kleiner als bei einer höheren Frequenz gleicher Schwingungsweite. Bild 11 läßt dies erkennen.

Möglichst gleiche Lautstärke Verhältnisse

Bei der hohen Frequenz muß die Nadel die Rillen viel schneller abtasten als bei der tiefen Frequenz. Die höhere Frequenz besitzt demnach eine größere Geschwindigkeitsamplitude als die tiefe Frequenz und würde trotz gleicher Schwingungsweite (Auslenkung) mit größerer Lautstärke wiedergegeben als die tiefe Frequenz. Das ist aber unerwünscht; denn man will ja gleiche Lautstärke Verhältnisse beibehalten, also keine Tonlagen bevorzugen, um das Klangbild nicht zu verfälschen.

Bild 12 zeigt unter d, e und f Geschwindigkeitskurven zu den Frequenzkurven a, b und c. Diese Geschwindigkeitskurven weisen gleiche Schnellen auf, obwohl die Auslenkungen bei b und c nur 1/2 bzw. 1/3 der Auslenkung unter a betragen.

Je nach Frequenz verschieden "laut"

Man geht nun bei der Schallplattenaufnahme (d. h. beim Schneiden der Schallplatte) so vor, daß für die höchste brauchbar wiederzugebende Frequenz eine bestimmte Geschwindigkeitsamplitude festgelegt und diese bis 250Hz beibehalten wird. Mit kleiner werdender Frequenz läßt man die Schwingungsweiten also bis zu etwa 250Hz immer größer werden. Hier ist ungefähr die Grenze erreicht, bei der die Amplitude schon so groß ist, daß man befürchten muß, der Rillensteg wird überschnitten und die nebeneinader liegenden Rillen laufen ineinander.

Von 250 Hz abwärts ist man daher gezwungen, die Schwingungsweiten konstant zu halten. Man läßt hier die Schnelle und damit auch die Lautstärke absinken.

Den Frequenzgang korrigieren

Daraus erklärt sich, daß Frequenzen unter 250 Hz von den Schallplatten um so leiser wiedergegeben werden, je tiefer sie sind. Durch geeignete einfache Entzerrungsmaßnahmen kann man jedoch den Frequenzgang korrigieren und die Bässe entsprechend anheben, so daß sich auf elektrischem Wege doch eine natürliche Wiedergabe erreichen läßt.

Der Frequenzgang der Schnelle läßt sich durch eine Kurve darstellen, deren rechter Ast sich der waagerechten und deren linker Ast sich der um 45° ansteigenden Geraden anschmiegt (Bild 13).

Neuerdings weicht man von der Grenzfrequenz von 250 Hz aus Qualitätsgründen mehr und mehr ab. Um das Plattenrauschen bei der Wiedergabe möglichst unhörbar zu machen, wird der Nutzpegel erhöht, d. h., man nimmt mit größerer Lautstärke auf.

Der Knick liegt zwischen 250 Hz und 400-500 Hz

Da der Rillenabstand nicht erhöht werden darf - dann würde die Spieldauer verkürzt -, verlegt man den „Knick", von dem an mit konstanter Auslenkung geschnitten wird, von 250 Hz etwa eine Oktave höher, also auf 400-500 Hz.

In bezug auf den Frequenzgang ist man heute überhaupt recht anpassungsfähig geworden und ändert den Verlauf des Frequenzgangs sowohl in den Tiefen als auch in den Höhen. Gelegentlich hebt man also die Schnelle für die tiefsten Frequenzen etwas an. Im Bereich der hohen Töne wird schon seit längerer Zeit mit Anheben gearbeitet, doch begnügte man sich zunächst mit Höhen bis zu 6 kHz. Hand in Hand mit dem Erweitern des Frequenzbandes nach oben (durch bessere Abtast- und Wiedergabeapparaturen) hob man auch die Schnelle in den Höhen entsprechend an. Bild 14 läßt erkennen, welche unterschiedlichen Frequenzgänge heute benutzt werden.

Beispiele von Schneidfrequenzen

Schließlich zeigt Bild 15 Beispiele von Schneidfrequenzen, wie sie bei den neuen Langspielplatten mit Schmalrillen üblich sind. Wir sehen aus diesem Bild, daß die hohen Töne hier noch stärker als bei Normalrillen angehoben werden. Die Kennlinien steigen von den tiefsten Tiefen bis zu den höchsten Höhen noch gleichmäßiger an. Weiter veranschaulicht Bild 15, daß die Schnelle - nach den tiefsten Frequenzen zu - weniger absinkt als bei den üblichen Normalrillen.


Bild 14 Die Kurven lassen erkennen, wie verschieden man die Geschwindigkeitsamplituden heute bemißt, mit denen die einzelnen Frequenzen auf Schall platten mit Kormalrillen geschnitten werden.

Bild 15 - In diesem Bild sind Schaulinien für den Frequenzgang der Schnelle, gezeigt, die für Schmalrillen der Langspielplatten gelten.

3.B. c) Rillenbreite, Stegbreite und Rillenprofil (bei 78er Platten)

Eine Industrieplatte wird im allgemeinen mit einer Rillenzahl von
38 je cm aufgenommen (wir hatten weiter oben des bequemeren Rechnens wegen 4 Rillen je mm vorausgesetzt). Diese Rillenzahl entspricht einem Rillenabstand von 260um (1um = 1/1ooomm). Die Rillenbreite beträgt dabei 120-130um. Dieser Wert ist erforderlich, um die Abtastnadel sicher zu führen.

Zwischen zwei Rillen bleibt dann ein Steg von ebenfalls 130um Breite (Bild 16). Damit ein Überschneiden vermieden wird, dürfte die höchstzulässige Auslenkung nur die Hälfte der Stegbreite, also 65u betragen. Dann ist die vorhandene Stegbreite völlig ausgenutzt, wenn sich gerade einmal die höchsten Auslenkungen zweier Nachbarrillen gegenüberstehen.

Dieser Fall - daß zwei Maximalamplituden zusammentreffen - ist indessen unwahrscheinlich. Man läßt daher meist eine etwas größere Auslenkung als 65um zu, und zwar hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, bis 80u Auslenkung zu gehen.

Das Rillenprofil (Bild 17) hat heute allgemein einen Winkel von 90° mit einer Verrundung von 30um auf dem Rillengrund.

3.B. d) Schallplattendurchmesser und -laufzeiten (bei 78er Platten)

Der Durchmesser der normalen Schallplatte für 78 U/min ist meist
25 oder 30cm, für Kinozwecke (das gab es auch mal !!) auch 40cm. Die Laufzeit einer 25cm-Platte beträgt 3 bis - 3 1/2 Minuten, die einer 30cm-Platte 4 1/2 bis 5 Minuten. Alle Handelsplatten sind von außen nach innen bespielt.

  • (Anmerkung : Diese sogenante 40cm Kino Platte, also die Nadelton Film-Technik lief von innen nach außen, um Bild und Ton synchron starten zu können. Nach wenigen Minuten liefen dann aber Bild und Ton asynchron auseinander. Und damit war diese Nadelton-Technik besiegelt.)

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3.C Plattenrauschen und Dynamik

Woraus die Schallackplatte besteht

Trotz feinster Politur der Matrizen (S. 63), mit denen die Platten gepreßt werden, kann der Schallrillengrund niemals „mikroskopischen Hochglanz" erreichen, sondern hat stets eine gewisse, wenn auch feinkörnige Struktur. Diese wird noch verschlechtert durch das Gefüge des Plattenmaterials, das nie ganz homogen (gleichmäßig) ist, sondern stets eine gewisse Körnigkeit aufweist.

Staubteilchen und Ähnliches

Teilweise haben sich auch kleine Staubteilchen und ähnliches in den Schallrillen festgesetzt. Beim Abspielen von Schallplatten verursachen diese Unebenheiten kleine Auslenkungen der Nadel. Das hierdurch entstehende Grund- oder Störgeräusch wird als Plattenrauschen (fälschlich meist Nadelgeräusch genannt) hörbar. Es liegt im oberen Teil des Hörbereichs zwischen 3600 und 6000 Hz.

Man versucht, dieses Geräusch so klein wie möglich zu halten. Es kann aber nur übertönt werden, wenn die Darbietung einige Größenordnungen lauter ist als das Rauschen. Hierdurch wird den leisesten Stellen eine Grenze gezogen.

Jetzt zur Dynamik

Das feinste Pianissimo muß stärker wiedergegeben werden, als es das musikalische Empfinden verlangt, und große Lautstärken müssen abgeschwächt werden, um Rillenüberschneidungen zu vermeiden, wie wir bereits weiter oben ausgeführt haben. Während Orchestermusik Lautstärkeunterschiede von etwa 1:1000 aufweist, können Schallplatten nur Lautstärkeschwankungen von 1:100 - in neuerer Zeit aufgenommene Platten vielleicht 1:200 - bewältigen.

Um eine zahlenmäßige Angabe für die Größe des Plattenrauschens zu haben, hat man den Begriff der Dynamik geprägt. Wir verstehen darunter das Verhältnis zwischen der Grundgeräuschamplitude zur maximalen auf dem Schallträger aufzeichenbaren Amplitude eines reinen Tones der Frequenz 800 oder 1000 Hz.

Eine Dynamik von 1:100 = 40dB (bei 78er Platten)

Mißt man bei einer Platte z. B. eine Störspannung, die 1/1oo der größten Nutzspannung beträgt, so ergibt sich eine Dynamik von 1:100. Mit Rücksicht auf das Hörempfinden des menschlichen Ohres beurteilt man die Dynamik in Dezibel und bezeichnet daher einen Lautstärkeunterschied von 1:100 als eine Dynamik von 40db (Tabelle 4).

Auch der Schallplattenbesitzer kann dazu beitragen, daß das Plattenrauschen gering bleibt. Die Platten sind sorgfältig aufzubewahren und vor dem Abspielen stets abzustauben. Für jede Plattenseite ist eine neue Nadel - die sich ja während des Abspielens abschleift - zu verwenden. Auf weitere Maßnahmen gehen wir bei der elektrischen Wiedergabe ein.
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3.D. Sichtbare Musik

Die Schallplatten besitzen eine interessante Eigenschaft: Wir können die Töne und Sprachlaute ohne Lupe genau wie ein Bild sehen, wenn wir die Oberfläche einer betonten Schallplatte in schräg auffallendem, parallelem Licht, z. B. bei Tageslicht, betrachten.

Dann bemerken wir, daß sich das Licht auf der Schallplatte verschieden bricht; manche Stellen weisen einen breiten, andere einen schmalen Lichtreflex auf. Kennzeichnen wir die breitesten Lichtstreifen mit Kreide, so hören wir beim Abspielen der Platte, daß diese Stellen auch die größten Lautstärken bzw. die höchsten Töne wiedergeben.

In der Leerlaufrille

In der Leerlaufrille schrumpft dagegen die Lichtbrechung auf einen Punkt zusammen. Für die Breite des Lichtbandes sind nicht nur die seitlichen Ausbuchtungen der Rille, sondern auch die Tonhöhen maßgebend. Bei gleicher Lautstärke verursacht also ein Sopran ein erheblich breiter ausgreifendes Band von Lichtpunkten auf der Platte als ein Bariton. Ein Geigen- oder Pikkolosolo läßt einen breiteren Lichtstreifen erscheinen als ein ebenso lautes Cellosolo. Wir können demnach sagen, daß wir hier Musik sichtbar vor Augen haben, ohne sie zu hören.

3.E. Die 78er Langspielplatten

Die Welt war nach der Einführung des Phonographen und später der Schallplatte zunächst so dankbar, daß sie sich damit begnügte, daß die Schallplatte nur eine Spieldauer von etwa 3 - 3 1/2 Minuten hatte. Als die Schallplattenfirmen ihr Repertoire entwickelten und Konzertmusik zu reproduzieren begannen, wurde die kurze Spieldauer als hemmend für eine künstlerische Darbietung empfunden, so daß man auch Schellack-Schallplatten von 30cm Durchmesser einführte. Diese Platte hatte dann eine Spieldauer von fast 5 Minuten (stimmt nur bedingt, es waren von 3 1/2 bis maximal 5 Minuten).

Noch ist die Welt (von 1953 !!) noch in Ordnung

Trotzdem erfüllt die (Anmerkung : 78er-) Standardplatte auch heute noch in weit mehr als der Hälfte aller Fälle die Bedürfnisse; denn hauptsächlich werden 25cm-Schallplatten verkauft. Wünschte das Publikum eine längere Spieldauer, dann müßten die 30-cm-Platten einen größeren Umsatz erreicht haben. Die Preisfrage wird hierbei allerdings auch eine Rolle spielen.

Der Käufer einer 25cm-Platte hat jedenfalls die Vorteile, für weniger Geld auch etwas Gutes zu erhalten und sich mit den in seinem Besitz befindlichen Platten ein abwechslungsreiches Programm mit schneller Aufeinanderfolge der einzelnen Stücke zusammenzustellen.

Mehr auf die Seiten drauf bringen

Versuche der Schallplattenfirmen, dem Käufer auf 30cm-Platten mehr als eine Darbietung auf jeder Plattenseite zu bringen, sind in bezug auf den Absatz nicht immer befriedigend gewesen.

Mit der Ausweitung des Repertoires auf klassische und schwere Musik zeigte sich jedoch, daß ein Tonträger mit einer längeren Spieldauer (von etwa 20 Minuten) äußerst wünschenswert ist, besonders als das Tonband als Konkurrent mit wesentlich längerer Spieldauer auftauchte,

Die "neuen" Platten seit Mitte 1948 aus Vinyl (= PVC)

Aus USA kamen etwa Mitte/Ende 1948 die ersten 17cm Singles und Anfang 1949 die ersten Nachrichten über neue 30cm Langspielplatten mit 33 1/3 U/min nach Europa.

  • Anmerkung (Nachtrag vom März 2018) : Da hatten der/die Autoren falsche Informationen, es war genau umgekehrt, erst wurde von Columbia Records die neue 33er 30cm Vinylplatte in den Markt und in die Werbung "lanciert", dann konterte RDE/Victor mit der 45er Single Platte mit dem großen Mittelloch samt RCA Abspielgeräten im Januar 1949.


In diese Langspielplatten können (im Vergleich zur 78er Schellackplatte) sehr viel feinere Schallrillen eingeschnitten werden, weil ein neues Plattenmaterial - das Vinylit - verwendet wird, so daß trotz der geringeren Umlaufgeschwindigkeit die Höhen (im Vergleich zum Schellack) besonders gut wiedergegeben werden.
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Nach der 33er Platte die 45er Platte

Schmale Rillen und geringe Umdrehungszahlen ermöglichen entweder kleinere Platten oder längere Spieldauer. Beide Möglichkeiten hat man in USA ausgenutzt. Da die Wiedergabe mit 33 1/3 U/min anscheinend doch nicht restlos befriedigte, brachte man auch (kleinere) "Langspiel"-platten für 45 U/min heraus. Die geringeren Umdrehungszahlen erforderten aber für diese neuen Platten auch Tonabnehmer mit geringerem Auflagedruck und einer Nadelform, die von der bisherigen abweicht.

  • Anmerkung (Nachtrag März 2018) : Das stimmt so nicht, die Plattenkonzerne wollten mit Gewalt "sich" ein Monopol erzeugen, das wiederum an die Wettbewerber lizenziert werden sollte. Und so hatten die beiden größten Hersteller zwei unterschiedliche Formate entwickelt.


*) Schallplatten mit 33 1/3 U/min wurden allerdings auch schon vor dem Kriege in Deutschland verwendet (Rundfunk und ?? Amateure ??). Die Qualität dieser Platten erreichte aber aus den bereits erörterten Gründen wegen der geringeren Umdrehungszahl nicht die Güte der Industrieschallplatten mit 78 U/min.
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  • Anmerkung : Die von der Plattenindustrie hergestellten 40cm Platten nannte man Industrieschallplatten, die von Hobbyisten erstellten (geschnittenen) privaten 30cm Platten waren (vom Material her) deutlich schlechter.

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1953 - erste Erkenntnisse auch in Ostdeutschland

Trotz anfänglicher Schwierigkeiten haben sich diese Langspielplatten mit schmalen Rillen bewährt - (Anmerkung : Sie haben sich bei uns im Westen ganz schnell durchgesetzt).

Bei der Aufnahme werden die Höhen angehoben und bei der Wiedergabe entsprechend gesenkt. Dadurch gelingt es, das Plattenrauschen weiter zu schwächen und die obere Grenzfrequenz (höchste wiederzugebende Frequenz) auf etwa 10 kHz zu erhöhen. - In Deutschland nahmen - zunächst zögernd - die großen Laboratorien der deutschen Schallplattenfabriken die Arbeiten in der Entwicklung von Langspielplatten wieder auf. Ideen, zu einer längeren Spieldauer zu kommen, waren nämlich schon viel früher einmal verfolgt, aber dann wieder aufgegeben worden.
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3.E. a) Normalrillen mit variablem Rillenabstand (Füllschriftverfahren)

Die Deutsche Grammophon AG und der Physiker (Anmerkung : "und westdeutsche Publizist") Eduard Rhein (er gründete 1945 die Zeitschrift HörZu) entwickelten neue Methoden für sogenannte Langspielplatten mit Normalrillen für 78 U/min, die mit normalen Tonabnehmern und Wiedergabenadeln (für 78er Schellackplatten) abgespielt werden können. Beide Erfinder verlängern die Spieldauer ihrer Platten dadurch, daß sie den Rillenabstand - abhängig von der Amplitude der Auslenkungen - verändern, also bei kleinen Lautstärken mit sehr engem Rillenabstand arbeiten und bei großen Auslenkungen den Rillenabstand vergrößern. Obgleich die Idee bei beiden Verfahren dieselbe zu sein scheint, wurde sie doch in verschiedener Weise verwirklicht, was wir an Hand einiger Bilder veranschaulichen wollen.

Die Unterschiede zwischen der DGG und Rhein Ausführung

Die Bilder 18 und 19 zeigen schematisch je zwei laute Stellen für denselben Plattenradius, Bild 18 nach dem sogenannten Fülschriftverfahren von Rhein, Bild 19 nach der Lösung der Deutschen Grammophon AG. Da die lauten Stellen nebeneinander liegen, sind auch die verbleibenden inneren Radien rR und rG einander gleich.

Beide Bilder lassen jedoch erkennen, daß Rhein den Rillenabstand lediglich an den Stellen vergrößert, an denen es die Auslenkungen erfordern, und mit den folgenden Rillen den Maximalstellen der vorhergehenden Rille ausweicht. Grammophon behält dagegen die durch laute Stellen bedingte größere Steigung der Rille bei, um mit der folgenden Rille nicht in die großen Ausbuchtungen der vorhergehenden Rille hineinzuschneiden.

Mehr elektronischer Aufwand, mehr Einsparung

Aus den Bildern 20 und 21 ist zu ersehen, daß nach dem Füllschrift verfahren mehr Rillen untergebracht werden können, wenn die Amplituden großer Lautstärke an verschiedenen Stellen benachbarter Rillen liegen, was wohl meist der Fall ist. Bei gleicher Rillenzahl verbleibt bei Rhein ein größerer innerer Plattenradius (rB in Bild 20) als bei Grammophon (rG in Bild 21).

Rhein erreicht also eine etwas größere Plattenausnutzung als das System der Grammophon. Allerdings ist sein Verfahren auch komplizierter; denn er benötigt ein elektronisches Steuergerät mit 56 Röhren, während Grammophon mit nur 8 Röhren auskommt.

3.E. b) Mikrorillen

Auf der Grundlage der Mikrorillen sind die übrigen deutschen Langspielplatten von Telefunken (Telefunken hat nunmehr das Füllschriftverfahren von Rhein übernommen), Philips, Columbia und neuerdings auch von Grammophon hergestellt.

Die Rillenzahl beträgt etwa das Dreifache der normalen Rillenzahl. Diese Platten sind für 33 1/3 U/min geschnitten, so daß mit einer 30cm-Langspielplatte eine Laufzeit von etwa 22 Minuten je Seite erreicht wird.

Die obere Grenzfrequenz liegt etwa bei 10 kHz. Bild 22 zeigt das Profil dieser Mikrorille (vgl. hierzu das Profil der Normalrille Bilder 16 und 17).
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Ein Vergleich

Nachstehend haben wir die Daten der Normalrille und Mikrorille nochmals übersichtlich zusammengestellt.

Der Vergleich zwischen der 78er und der 33er Platte
(das sind 1953 noch die Mono-Platten)

  Normalrille Mikrorille
Rillenbreite 120u - 130u 70u
Stegbreite 130u 13u
Abrundradius des Rillengrundes 30 ... 50u 5u
eingeschlossener Winkel 90° 87° ±3°

Die maximale Amplitude der Rillenauslenkung

Aus der Stegbreite ergibt sich die maximal zulässige Amplitude der Rillenauslenkung. Die größte Rillenauslenkung wiederum bestimmt die obere Grenze der auf zunehmenden Dynamik (S. 44). Diese ist aber abhängig von der Stegbreite. Das Verhältnis der Stegbreiten zwischen Normalplatte und Langspielplatte beträgt 10:1.

Neue feine "Nadeln" erfoderlich

Selbst wenn man durch das rauscharme Plattenmaterial einen Dynamikgewinn erzielt, sind feinste Nadeln mit besonderem Schliff und geringster Abnutzung erforderlich, um die Dynamik der Normalplatten wieder zu erreichen bzw. sie sogar zu übertreffen.

Schallplatten mit Mikrorillen für 45 U/min mit nur 17,5 cm Durchmesser scheinen sich in letzter Zeit gut einzuführen, weil sie klein und leicht sind, so daß sie in größerer Zahl überall mitgenommen werden können.

  • (Anmerkung : Das war der Stand der Technik 1953. Man kannte die Stahlnadel und den ganz neuen Saphir. Der Diamant als Nadelmaterial war noch nahezu unbekannt.)

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