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1981 - Das Wissen um die Kompromisse bei Tonabnehmern

Das hier sind mehrere Artikel aus 1981 über die Schwächen und Kompromisse bei der Entwicklung und Fabrikation von Tonabnehmern der hohen Preisklassen. Der Autor der Artikel Franz Schöler befragt diejenigen, die täglich damit konfrontiert sind und sich mit den Feinheiten auskennen. Manche bislang wenig beachtete Randbedingungen werden plausibel und verständlich erläutert. Zum globalen Verständnis sollten aber noch weitere Artikel hier im Museum über die Beurteilung von Abtastdiamanten bzw. deren Spitzen angelesen werden.

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Mikromechanik zwischen Präzision und Kompromissen - Teil 2

Im ersten Teil dieses Beitrages war unter anderem die Rede von der effektiven Masse. In diesem Teil erfahren Sie mehr über die Vor-und Nachteile diverser Wandlerarten und die Probleme der Hersteller mit den Zulieferern. Von Franz Schöler in KlangBild 7/1981.
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Frits Nygaard ist nicht so sicher

... daß der Vorteil der geringeren bewegten Masse eindeutig für Magnetabtaster sprechen würde. Denn bis auf ganz wenige Ausnahmen haben diese relativ hochohmigen Wandler immer Probleme mit der Kapazität und Induktivität, und das führt seiner Meinung nach zu Schwierigkeiten, die man beim „moving coil"-Prinzip eben nicht hat:

"Ja, es gibt prinzipiell Nachteile bei einigen Wandler-Typen. Die Selbstinduktion und der Innenwiderstand mancher Tonabnehmerverändern sich, wenn sie von der Tonrille bewegt werden. Das kann man messen und feststellen, wie sich die oberste (die höchste) übertragene Grenzfrequenz während des Abspielens einer Platte auf und ab bewegt. Dadurch entstehen auch Phasenmodulationen im Audio-Bereich. Insofern haben manche Wandlerprinzipien grundsätzlich schon mal Schwierigkeiten.
Das Moving-Coil-Prinzip erwies sich in diesem Punkt als äußerst brauchbar, weil es bezüglich der höchsten noch übertragbaren Frequenz keine Probleme hatte."
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Anderer Meinung ist George Alexandrovich.

In unserem Interview ging er näher auf die Historie der verschiedenen Tonabnehmer-Technologien ein. Seiner Meinung nach favorisieren viele japanische Hersteller das elektrodynamische Wandlerprinzip, weil sie keine Lizenzen für bestimmte elektromagnetische Wandlerprinzipien (Anmerkung : das sind Moving Magnet Systeme z.B. fast alle SHURE) an "die" Erfinder (Anmerkung : falsch, an den Erfinder ELAC in Kiel) zahlen wollen.

Aus demselben Grund entwickelten die Japaner wahrscheinlich auch ihre Chrom-Substitut-Kassetten, denn das Chrom-Kassetten-Patent liegt bei Dupont. Ein höchst unerquickliches Kapitel ist die ganze Patentangelegenheit auch im Tonabnehmer-Bereich. Die wenigsten japanischen Hersteller von dynamischen Abtastern (Anmerkung : MC Systeme) zahlten brav Lizenzen an den Erfinder Ortofon. Die Firma Dynavector war da die rühmliche Ausnahme!

George Alexandrovich führt 1981 aus :
"Renaissance der Schwingspule"

Der Stanton-Entwicklungschef über die Geschichte der Tonabnehmer:

In der Zeit der Mono-Platten (1948 is 1958)

In der Mono-Ära waren „moving coil"-Abtaster sehr populär. Bei einem Innenwiderstand von 50 Ohm und Auflagekräften zwischen 5 und 15 Pond lieferten sie mehrere Millivolt Ausgangsspannung und wurden von den Profis als weit besser als die keramischen Systeme betrachtet.

Als die Stereo-Platte Ende der fünfziger Jahre größere Verbreitung fand, erwies sich die Konstruktion von Stereo-Abtastern nach dem Prinzip der bewegten Spule als sehr mühselig und problematisch, und Anfang der 1960er Jahre verschwanden sie darum völlig vom Markt. Die verschiedenen, ständig verbesserten Prinzipien des bewegten Magneten boten die Voraussetzung für eine florierende Tonabnehmer-Industrie.

. . . die Patente umgehen . . . .

Der Grund dafür, daß „moving coil"-Abtaster seit Jahren eine Renaissance erleben, ist sehr einfach: Viele Magnettonabnehmer-Konstruktionen sind international patentiert, und als die Japaner mit der Fertigung von Tonabnehmern begannen, wollten sie keine entsprechenden Lizenzen zahlen und benutzten das MC-Prinzip.

Wenn demnächst viele Patente auslaufen, werden sie womöglich mit Magnetabtastern auf den Markt kommen. Im Moment erzählen sie dem Verbraucher noch, das „moving coil"-Prinzip sei anderen in vielen Aspekten weit überlegen.

1981 - Vom Standpunkt des Ingenieurs aus gesehen

Aber vom Ingenieurstandpunkt aus gesehen gibt es keinen Grund, warum Magnettonabnehmer nicht genauso gut sein können. Der Vorteil ist natürlich, daß MC-Abtaster mit ihrem niedrigen Innenwiderstand keine Probleme bezüglich Induktivität und Kapazität haben.

Und daß man sie als klanglich überlegen bezeichnete, hat wohl auch damit zu tun, daß man diese Einflüsse beim Magnetabtaster lange Zeit zu wenig beachtete. Aber seit man wiederentdeckte, wie man diesem Problem begegnen kann, ist es auch möglich, hervorragende Klangqualität mit Magnetabtastern zu realisieren.

Sogar ein piezoelektrischer Wandler wäre gut genug

Würde man einen Weg finden, die Probleme des piezoelektrischen Wandlers - Abhängigkeit von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und vielen anderen Faktoren - in den Griff zu bekommen, dann könnten solche Systeme in den nächsten Jahren die populärsten überhaupt werden. Denn sie liefern in der Praxis sehr hohe Spannungen, und das ist ja nichts Schlechtes.

Noch ein Konzept neben MM und MC - bewegtes Eisen

Hervorragende Abtaster nach dem Prinzip des induzierten Magneten (auch „moving iron") zu bauen, ist nicht ganz einfach und erfordert sehr viel Sorgfalt bei der Konstruktion, weil man sonst sehr rasch in den Bereich der magnetischen Sättigung und damit hoher Nichtlinearitäten kommt. Aber das Prinzip an sich ist sehr gut, wenn man nur genau genug die möglichen Probleme studiert hat.

Kapazitive und Elektret-Systeme

Kapazitive und Elektret-Systeme werden vermutlich keine größere Verbreitung finden. Da hat man Probleme mit Rauschabstand, anzuschließender Elektronik, Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit usw. Im Grunde geht es ja immer nur darum, aus mechanischer Energie eine elektrische Energie zu machen, und hier muß man jenseitz aller Theorien und Möglichkeiten die praktikabelsten Lösungen finden - auch beim Tonabnehmer.

1981 - die digitale Platte "droht" zu kommen

Viel Grundlagenforschung wird nicht mehr betrieben, da haben Sie recht. Aus wirtschaftlichen Gründen und weil man die Ankunft der optisch abgetasteten Digitalplatte erwartet, nehmen viele Hersteller eine abwartende Haltung ein.

Typischer „Magnet-Klang" ?

Meinem Einwand, viele Magnetsysteme klängen einfach nicht so ausgewogen, nicht so räumlich in der Abbildung der Klangoerspektive und vor allem tendenziell etwas hart beziehungsweise zur Schärfe tendierend, begegnet Alexandrovich mit dem Hinweis:

Viele Magnetabtaster klingen zu hell und scharf, weil man sie kapazitiv falsch belastet. Die Resonanz des Systems kann in den Hörbereich zwischen 10 und 20 kHz rutschen. Schließt man sie richtig ab, dann ist der Klang ausgewogener!

AKG könnte Kondensator-Abtaster entwickeln

Vom theoretischen Ansatz her müßte man bei AKG eigentlich versuchen, die bestmöglichen Kondensator-Abtaster zu entwickeln, denn nach diesem Prinzip arbeiten schließlich auch die besten Mikrofone, die aus diesem Haus kommen.

Optimal wäre die geringstmögliche dynamische Masse

Aber diese Technik hält Werner Fidi beim Tonabnehmer für leider nicht praktikabel:

Man müßte meiner Meinung nach die Wandlerprinzipien danach aussuchen, wie gering man bei ihnen die dynamische Masse halten kann, also danach, wie leicht man den Hebel (Anmerkung : das ist das Röhrchen bzw. die Halterung, an der der Abtastdiamant befestigt ist) machen kann, um trotzdem noch eine ausreichende Empfindlichkeit zu haben. Wenn man bewegten und induzierten Magneten vergleicht, ist leicht zu beweisen, daß letzteres Prinzip überlegen ist, weil man den (Anmerkung : schwereren) Magneten nicht am bewegten Element hat, sondern außerhalb.
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Anmerkung : diesem Ziel kann ich mich anschließen.

Der ganze Knackpunkt der idealen Abtastung einer Schallrille ist doch die kinetische Energie des Richtungswechsels des Abtastdiamanten, wenn das in der Rille verewigte Audio-Signal von der Sinusform zu einer rechteckähnlichen Form übergeht. Dann sind Kräfte am Werk, die selbst unter Vernachlässigung der Reibung gigantische Größen (Werte) annehmen. Der Diamant samt nadelträger würde brutalst hin und her geschleudert.

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Über die Massen bei MC-Systemen

Aus verschiedensten Gründen sind die Massen bei MC-Systemen relativ hoch. Es gibt Ausnahmen wie die Dynavector-Karat-Systeme mit ihren kurzen Nadelträgern, aber unter 0,5 Milligramm effektive Masse kommt man da auch nicht. Immerhin ein phantastischer Wert.

Elektrostatische Wandler müßten von der Theorie her eine extrem geringe effektive Masse aufweisen können, aber weil man's mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad zu tun hat, wird das theoretisch Mögliche wieder zunichte gemacht.

Theoretisch gesehen hat das „moving coil"-Prinzip keine Vorteile gegenüber dem induzierten Magneten. In der Praxis gibt es aber wohl den Vorteil, daß Plattenverwellungen sich bei MC-Abtastern nicht so stark auswirken, d. h., die abhängig davon entstehenden Modulationen sind geringer. Zweitens beherrscht man das Übersprechen im oberen Frequenzbereich recht gut.
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  • Anmerkung : Das zum Beispiel stimmt heute (nach dem Jahr 2000) nicht mehr. Die bewegte Spule ist heute deutlich leichter als der bewegte Magnet, der immer noch eine gewisse Mindestgröße haben muß. Erst mit den ganz modernen Neodym-Magneten ließe sich das wieder egalisieren. (Neodym hat etwa die 10 bis 50 fache Magnetkraft bei gleichem Volumen im Vergleich zu früher.)

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Oberhalb von 20 kHz ist doch sowieso nichts drauf . . .

Was man bei AKG für richtig erachtet, nämlich einen steilen Frequenzgangabfall oberhalb 20kHz beim Tonabnehmer, das hält man im Hause Ortofon geradezu für falsch.

Dazu Ib Petersen:

Alle Magnetabtaster haben das Problem, daß sie - jedenfalls bei weitem die meisten von ihnen - nur Frequenzen bis 20 oder 25 kHz übertragen können. Ich bin der Meinung, die obere Grenzfrequenz sollte höher liegen, um Probleme mit Phasenverschiebungen zu eliminieren und wirklich alle Obertöne hörbar zu machen, die in der Musik vorhanden sind. Es ist falsch, bewußt den Frequenzumfang eines Tonabnehmers bei 20 kHz steil zu beschneiden.

Der sehr wichtige Einfluß der "Testberichte"

Testberichte beeinflussen das Käuferverhalten auch beim Erwerb von Tonabnehmern recht stark, jedenfalls was die höherwertigen Abtaster der mittleren und gehobenen Preisklassen angeht. Denn wer sich einmal klargemacht hat, wie stark der Tonabnehmer in die Klangqualität mit eingeht, der wird sich beim Kauf eines neuen Systems auch an den Meß- und Hörergebnissen der seriösen Fachzeitschriften orientieren. Denn es ist unmöglich, alle Tonabnehmer selber am eigenen Plattenspieler daheim auszuprobieren.
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  • Anmerkung : Das mit den Testberichten war schon immer eine Crux. Selten wurde ein Original-Klang (zum Beispiel damals das Streichquartett von Karl Breh vom DHFI) auf Studio-Maschinene aufgenommen, in die Rille geschnitten und gepresst und dann als Vergeleich herangezogen. Viel zu oft wurde der persönliche Klangeindruck der "Tester" der Maßstab der Bewertung.

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Modeerscheinungen

Die schwankende Popularität bestimmter Konstruktionsprinzipien erklärt sich Frits Nygaard so:

Wenn bestimmte Wandlerprinzipien in und aus der Mode kommen, hat das mit dem Hörgeschmack der Käufer zu tun. Wir sehen dasselbe Phänomen in der Schneid-Industrie bei Schallplatten. Manche Systeme sind eine Zeitlang populär und verschwinden dann wieder mehr und mehr. Das Westrex-System war zum Beispiel lange sehr beliebt, weil es einen eigentümlichen Sound produzierte, der durch eine starke Resonanzstelle bei 13 kHz verursacht wurde und einen sehr brillanten Klang ergab.
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Über den Klanggeschmack der Völker

Daß der Klanggeschmack nicht nur bei Lautsprechern eine große Rolle spielt, sondern auch bei Tonabnehmern je nach Nationen unterschiedlich sein kann, fand man bei Ortofon relativ rasch heraus, und dem trägt man, wie Ib Petersen sagt, auch Rechnung. Denn schließlich will man seine Systeme auch verkaufen und nicht bestimmte Märkte verlieren, weil man deren Klanggeschmack mit den eigenen Produkten nicht trifft:

Der Klanggeschmack ist auch je nach Land verschieden. In Japan bevorzugt man einen anderen als in Europa oder Amerika.

Darum bauen wir sogar Spezialmodelle für bestimmte Märkte, wo (beser : in denen) man den spezifischen Sound des betreffenden Tonabnehmers mag. Die am "neutralsten" (kann man "neutral" steigern ?) klingenden Tonabnehmer -- ein Textteil fehlt hier -- sind die, welche wir für den europäischen Markt fertigen. Alle unsere „moving coil"-Systeme haben einen „peak" bei 20 bis 22 kHz, weil wir da an den japanischen Markt denken. Das MC 30 weist noch den "glattesten" (kann man "glatt" wirklich steigern ?) Frequenzganz auf, die Überhöhung beträgt da etwa 0,5dB. Die Amerikaner wiederum mögen einen baßbetonten Klang und ausgesprochen weiche Höhen.
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Frequenzgangabweichungen durch Dämpfungskonstruktionen

Um Frequenzgangabweichungen aus Gründen mechanischer Resonanzen zu eliminieren, arbeitet man bei den Tonabnehmer-Herstellern mit den unterschiedlichsten Dämpfungskonstruktionen. Die Materialien, die dazu benutzt werden, sind allerdings auch einem gewissen Verschleiß unterworfen, und bis vor wenigen Jahren noch hatte man in diesem Punkt erhebliche Probleme:

Geringste Abweichungen in der Zusammensetzung und Elastizität der Gummis führten zu großen Streuungen in der Massenproduktion.
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Die Dämpfung bzw. Elastizität der Gummis hält nicht ewig (1981)

Selbst die beste Dämpfung hält nicht ewig, wie Ib Petersen von Ortofon zugibt:
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  • Anmerkung : Es beginnt hier der wichtigste Teil des ganzen Artikels. Wir schreiben 2017 und die allermeisten Abtaster sind gealtert und bereits defekt bzw. verhärtet. Hier steht also erheblich mehr über die Lebensdauer von Tonabnehmersystemen !!!!!!! als irgendwo in anderen Magazinen auf anderen Seiten.

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Dämpfungsmaterialien aus eigener Fertigung

Die Dämpfung in unseren Tonabnehmern funktioniert bei normalem Einsatz etwa drei bis vier Jahre lang einwandfrei. Einen unbenutzten Tonabnehmer könnten wir auch nach zehn Jahren Lagerung noch verkaufen. Wie lange die Dämpfungseigenschaften beibehalten werden können, hängt von der Qualität der Gummimaterialien ab, und das war noch vor einigen Jahren ein sehr großes Problem für die gesamte Industrie.

Vor vier Jahren (also etwa 1977) haben wir bei Ortofon mit der Produktion eigener Gummis begonnen, denn man konnte nie genau wissen, wie gut die Qualität der von anderen Firmen zugelieferten Gummilager war. Wir haben einen Spezialisten von der Kopenhagener Universität, der uns über alle neuen Gummimaterialien informiert, die bei der Industrie herauskommen.
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Die Dämpfungsmaterialien bei Stanton

Auch bei Stanton experimentiert man ständig mit den verschiedensten Dämpfungsmaterialien, die man in den drei Werken selber herstellt.

George Alexandrovich erklärt dazu:

Das beste Material für Dämpfungszwecke im Tonabnehmer hat noch niemand gefunden. Halbflüssige Stoffe wie Silikonöl wären vielleicht optimal, aber sie sind nicht stabil bei unterschiedlichen Temperatureinflüssen und Vibrationen. Auch ist ihre Formgebung nicht perfekt zu beherrschen, wie man das halbwegs bei synthetischen Gummis kann.

Auf keinen Fall sollte der Dämpfer für die Rückstellkraft verantwortlich sein und wenn, dann nur zum geringsten Teil. Er ist dazu da, die mechanischen Vibrationen in den Tiefen und Höhen zu kontrollieren, und das stellt unterschiedliche Anforderungen.

Werner Fidi ergänzt :

Auch die Voralterung des Gummis, so Werner Fidi, ist kein Patentrezept. Selbst Synthetik-Gummis altern mit der Zeit nach, so daß nach einigen Jahren die Abtastfähigkeit zurückgeht:

Aus Gründen guter Abtastfähigkeit und möglichst geringer Verzerrungen durch Reibung wäre es wünschenswert, die Dämpfung sehr gering zu halten. Ein völlig dämpfungsloses System wird es natürlich nicht geben, also arbeitet man mit verschiedensten Materialien vom Naturkautschuk bis zu speziellen Gummimischungen.

Wie man den Gummi sonst noch kaputt machen kann

Eine gewisse Alterung und Ermüdungserscheinung läßt sich kaum verhindern, und die Abtastfähigkeit geht im schlechtesten Fall von 80 auf 60 Mikrometer zurück. Kritischer erscheint mir die statische Belastung des Gummilagers beim Aufsetzen auf eine Platte, die sich nicht bewegt. Der Gummi erholt sich zwar nach Wochen und Monaten wieder, aber nie mehr ganz.

Die Resonanzüberhöhung durch verhärtete Gummis

Wir würden lügen, wenn wir sagen, daß unsere Gummis nicht altern und daß dadurch mit der Zeit eine leichte Resonanzüberhöhung eintritt. Das bewegte sich bei den alten Systemen in der Größenordnung von 1dB, bei den neuen haben wir die Mischung geändert und liegen etwas besser.

Wir altern die Gummis künstlich vor, und unsere Vulkanisierspritztechnik gewährleistet eine sehr hohe Genauigkeit in der Serie.

Die Gummis von der Firma Semperit, die vorher schon unter weit schwierigeren Bedingungen in Luft und Wetter arbeiten mußten, erwiesen sich als sehr alterungsbeständig. Heute dürfte die Tiefen-Abtastfähigkeit maximal um 10um mit der Zeit zurückgehen.

Ganz andere Probleme bei einer Serienfertigung

Nur die rigoroseste Fertigungskontrolle bei der Gummiproduktion bietet laut Ib Petersen einigermaßen Gewähr dafür, daß man bezüglich der Nadelnachgiebigkeit und der Dämpfungseigenschaften keine Probleme mit der Serienfertigung bekommt. Ich fragte ihn, ob da überhaupt eine wirklich hundertprozentige Gütekontrolle möglich sei.

Die Antwort darauf von Ib Petersen war klar genug :

Es gibt keine lückenlose Kontrolle

Nein, wir können die Qualität der Gummilager, die wir verwenden, nicht Stück für Stück kontrollieren. Wir haben Werkzeuge, die diese winzigen Teile produzieren, und zwar zweihundert oder dreihundert pro zweistündigem Arbeitsvorgang.

Aus dem jeweiligen Gummiblock nehmen wir eine Stichprobe und überprüfen in der Qualitätskontrolle nachträglich, ob die Lager unseren Anforderungen entsprechen. Wenn das nicht der Fall sein sollte, werfen wir die ganze Serie weg.

Probleme mit nachträglicher Alterung und Aushärtung der Gummis, wie sie andere Firmen hatten, haben wir schon lange Zeit nicht mehr gehabt.

Das Schwierigste und Wichtigste ist der Gummi

Petersen gibt andererseits auch zu bedenken, daß im normalen Gebrauch der Abtastdiamant längst verschliffen sein wird, bevor die Gummidämpfung ausgeleiert oder soweit verhärtet ist, daß die Abtastfähigkeit drastisch schlechter geworden ist:

Wir wissen, daß das Schwierigste und Wichtigste bei der Konstruktion und Produktion eines Tonabnehmers der Gummi ist. Darum ist unsere Qualitätskontrolle in diesem Punkt ganz besonders streng.

Ein Problem gibt es: Bevor man einen neuen Tonabnehmer testet, sollte man den Tonabnehmer erst einmal ein bis zwei Minuten in der Rille spielen lassen und erst dann messen.

Wir glauben, daß normalerweise der Diamant schon verschliffen sein wird, bevor Gummilager und Dämpfung nicht mehr einwandfrei funktionieren. Uns ist bekannt, daß einige andere Hersteller Probleme mit der Stabilität ihrer Gummimaterialien haben, und die Produktion des Gummis ist darum auch unser einziges Geheimnis.

"MC" Abtaster müssen zum Hersteller zurück

Zur Kontrolle haben wir an „moving coil"-Tonabnehmern, die nach Benutzung an uns zurückgeschickt wurden, eine neue Abtastnadel auf das Röhrchen aufgelötet und das System mit dem alten Gummilager meßtechnisch und gehörmäßig auf mögliche Verschleißerscheinungen unseres Gummis überprüft.

Wir konnten auch bei sieben Jahre alten Systemen keine Unterschiede messen oder hören, die Gummis waren noch einwandfrei.

Die Legende von den magnetischen Verzerrungen

Ein anderer Punkt, der heute gern in der Werbung herausgestrichen wird, sind neuartige Anordnungen der Wandler, bei denen angeblich die magnetischen Verzerrungen erheblich vermindert werden konnten. Aber das hält Frits Nygaard von Ortofon für ein in der Praxis höchst untergeordnetes Problem.

Er behauptet:
Die magnetischen Verzerrungen sind weit geringer als die Abtastverzerrungen. Erst wenn man letztere beträchtlich reduziert, kann man vielleicht gehörmäßig eine Aussage über mögliche magnetische Verzerrungen machen.

Diamanten-Geometrie

Neben der Dämpfung ist die korrekte geometrische Orientierung des Diamanten ein qualitätsbestimmendes Merkmal für jeden Tonabnehmer. Denn verkantete Diamanten können je nach Lage zur Tonrille die Platte beschädigen (wobei die Verzerrungen beim ersten Abspielen noch nicht deutlich auffallen müssen, die Rillen aber schon restlos ruiniert sein können) oder meßbare Phasenverschiebungen bewirken.

Viel wichtiger ist der Schneidstichel (ein Rubin)

Für das größere Problem hält Frits Nygaard, immerhin Spezialist für Schneidtechnik, aber die Tatsache, daß schon der Schneidstichel von den Überspieltechnikern nur mit bedingter geometrischer Genauigkeit eingestellt wird beziehungsweise eingestellt werden kann.

Er sagt:
Eine bis auf 1° korrekte Orientierung des Diamanten auf dem Nadelträger ist ausreichend, denn das ist schon absolut die Grenze der Genauigkeit, mit der man den Schneidstichel einstellen kann. Diese Stichel werden ja auch nach dem Schnitt einiger Folien ausgewechselt und optisch daraufhin kontrolliert, ob der Winkel stimmt. In der Praxis ist 1° das Maximum an erreichbarer Präzision. In der Serienproduktion haben wir eine Toleranz von ±1° bei den Tonabnehmern.

Bei Schneidstudios dagegen können Abweichungen bis zu 5° vorkommen. Das hängt von der Genauigkeit ab, mit der der Schneidingenieur arbeitet. Hier liegt doch das wirkliche Problem.

  • Anmerkung : Der Schneidstichel nutzt sich genauso ab wie der Abtastdiamant und muß periodisch nachgeschliffen werden. Das macht ein anderer Spezialist als der mit den Abtastern. Dieser Rubin kann beim Nachschleifen durchaus mal einen klitzekleinen Grat bekommen, den man nur äußerst schwierig erkennen kann. Der Schneidingenieur merkt das nur mit langer Erfahrung, wie der geschnittene Span "abfließt". Bei der DMM Technik mit der Kupferfolie verschleißt der Stichel noch schneller als bei den Lackfolien.

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Über das Schleifen von Abtastdiamanten

Die Schwierigkeiten des Produktionsprozesses von Abtastdiamanten betont Werner Fidi:
Ein Rest von Ungenauigkeit bleibt. Man kann zwar die Nadeln bis auf ±1° genau einsetzen. Zu bedenken bleibt: Es gibt verschiedene Methoden zu schleifen.

Wenn man Flächen anschleift und dann die Kanten verrundet, verrunden sich diese nicht alle gleichmäßig. Letztlich kann man nicht so einfach sagen: Wie steht denn nun meine Ellipse zu den Flächen? Die Flächen können sehr genau eingestellt werden, und mit Hilfe der Laser-Methode kann man das Ganze sehr präzise justieren. Aber die Verrundungen, die in diversen Scheuerprozessen entstehen, verziehen etwas die Ellipse. Wie steht dann die Ellipse wirklich zum Schliff?
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Schliffe von Ellipsen könne bis zu 5° abweichen

Ein schraubenförmiges Verziehen der Ellipsen bis zu 5° kann eintreten. Das hängt unter anderem vom Schleifprozeß und den Härteachsen des Diamanten ab. Dort liegt die echte Unsicherheit.

Unsere Toleranzen liegen beim P25MD bei maximal ±3°, im Schnitt liegen wir deutlich darunter. Das ist ein ehrlich angegebener Wert. Die Konkurrenz kann das auch nicht besser.

Über die Qualität der Zulieferer

Als ich die Ortofon-Techniker in Kopenhagen fragte, wieviel falsch orientierte Diamanten sie an ihre Zulieferer zurückschicken, schauten sie sich zunächst etwas fragend gegenseitig in der Runde an, brachen dann in Gelächter aus und meinten schließlich:

Das hängt vom jeweiligen Zulieferer ab. Beim amerikanischen Lieferanten können das bis zu 25 Prozent sein. Die japanischen Firmen liefern uns in der Serie bessere Qualität und sind sehr gut. Auch Benz in der Schweiz liefert sehr gute Qualität, wir haben keine Probleme mit ihm.
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Das Diamanten-Geschäft wird härter

Stanton-Chefentwickler Alexandrovich erklärt ganz freimütig, daß der Wettbewerb unter den Diamantschleifern, die Abtastdiamanten fertigen, immer härter geworden ist und daß japanische Anbieter wie Namiki oder Ogura die Konkurrenz noch verschärft hätten:

Diamanten sind unteschiedlich "hart"

Natürlich gibt es einen Preiskrieg unter den Diamant-Herstellern. Das ist eine Kostenfrage. Wollte man einen Diamanten in der härtesten Richtung schneiden und orientiert polieren, dann müßte man ihn vorher mit Hilfe von Röntgenstrahlen auf seine Härte-Achsen hin untersuchen. Das wäre schön, aber teuer.

Der Prozeß des Polierens der Kontaktzonen ist sehr problematisch. Man kann unmöglich alle Abtastdiamanten wegschmeißen, bei denen man entdeckt, daß sie in der weichsten Richtung orientiert sind und schneller verschleißen werden.

Der elliptische Schliff und die Skating-Kompensation

Der problematischste Prozess von allen ist immer noch der elliptische Schliff, der bei etwa 50 Prozent aller Tonabnehmer für die Verrundung der Kontaktzone gewählt wird. Voraussetzung für langsameren Nadelverschleiß ist, daß man die Skating-Kompensation korrekt einstellt. Das verdoppelt normalerweise die Lebensdauer des Diamanten.

Eine andere Legende vom Naßfahren (die so nicht stimt)

Zweitens sollte man seine Platten staubfrei und trocken abspielen! Naßfahr-Flüssigkeiten verursachen rascheren Verschleiß, denn sie erhöhen die Reibung zwischen Diamant und Vinyl.

Wenn man eine Platte trocken abspielt, „schmilzt" das Vinyl unter dem Druck des Diamanten und „gefriert" sofort wieder. Es ist derselbe Effekt wie beim Schlittschuhlaufen. Das Eis unter den Kufen schmilzt und friert dann wieder zu Eis. Wenn das nicht der Fall wäre, würde man aufs Gesicht fallen.

Die Schmelztemperatur des Vinyls liegt bei 250° Celsius. Spielt man Metall-Mütter ab, dann treten mehrfach höhere Temperaturen in der Rille auf. Die Hersteller von Naßfahr-Flüssigkeiten behaupten, die auftretenden Temperaturen beim Abspielen würden zu rascherem Verschleiß des Diamanten führen, aber es ist bewiesenermaßen nicht der Fall.

Im Gegenteil: Wir haben Dia-Aufnahmen, die beweisen, daß der Diamant beim Naßfahren die Plastikrille anreißen kann und daß diese Flüssigkeiten Staub in der Rille beim Austrocknen binden, wenn man sie nicht restlos entfernen kann.

  • Anmerkung : Warum er das so gesagt hat, ist unverständlich - ist aber 35 Jahre her. Da vertraue ich doch lieber unseren Physikern um Karl Breh von der TH Karlsruhe, die das sehr genau erforscht hatten. Naßfahren verringert die Reibung und erhöht sie nicht. Das Fluid besteht aus der Trägerflüssigkeit (meist destiliertes Wasser), dem Schmiermittel und der Verdunsterflüssigkeit, dem Alkohol. Es gibt zwei Probleme. Der Verbleib des Abriebs (und des Staubes) am Grund der Rille (man muß von nun an immer naß fahren und die Klebe- oder Lötverbindungen des Diamanten mit seinem Trägerröhrchen. Löst der Alkohol den Kleber auf, fällt die Nadel raus und der Abtaster ist hin. Es kommt aber sehr selten vor.

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Bei verkanteten Abtastdiamanten

Was passiert, wenn man seine Platten mit verkanteten Abtastdiamanten abspielt, erläutert Werner Fidi so:

Wenn der Abtastdiamant in der Horizontalen verkantet ist, müßte es zu Rattereffekten kommen, weil die Kontaktzonen unterschiedliche elastische Verformungen hervorrufen, und dann müßten in den Höhen sicherlich Probleme auftreten. Diese Rattererscheinungen treten bei verkanteten Nadeln auf, und unseren neuen Schliff haben wir gerade deswegen entworfen, um hier zu Verbesserungen zu kommen. Die Phasenverschiebungen dürften gegenüber dem Rattern gehörmäßig keine Rolle spielen. Um sicherzugehen, setzen wir die Nadeln beim P15MD und P25MD selber ein.
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Theorie und Praxis

Bevor AKG 1975 mit der Produktion von Tonabnehmern begann, studierte man die ganze Abtastnadel-Problematik sehr genau. Von der Theorie her konnte man sich zwar bestimmte optimierte geometrische Konstruktionen für den Nadelschliff ausrechnen, aber mit der Praxis hapert's dann doch, wie Werner Fidi zugibt:

Mit Diamanten haben wir viel Ärger. Ich kenne die Schwierigkeiten unserer Lieferanten, und darum fällt mir die Antwort ein bißchen schwer. Ich kann die Schuld nicht auf die Diamantschleifer abschieben. Die sollen ein Massenprodukt möglichst preisgünstig herstellen und verfügen als relativ kleine Firmen meist nicht mal über ein Elektronenrastermikroskop (genannt REM), mit dem sie ihre Qualität kontrollieren könnten. Die Tonabnehmer-Hersteller wie AKG, Shure, Ortofon und die anderen Großen sind diesbezüglich schon mal weit besser ausgerüstet.
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Diamantspitzen sind Einzelfertigungen - auch in der Masse

Aber was tun wir ? Die Preise, die man von den Zulieferanten verlangt, sind verdammt niedrig, trotzdem handelt es sich selbst bei den üblichen Massenbestellungen um Einzelfertigung, die massenhaft erfolgen muß.

Die Fertigung hängt auch extrem vom Geschick der damit befaßten Person ab. Dann schaut man sich die Diamanten unter dem Projektor an. Aber der vergrößert so wenig, daß man selbst ausgebrochene Diamanten fast nicht erkennen kann.

Einzelstücke könnte man mit traumhafter Präzision fertigen, aber das in tausenden von Nadeln zu machen, ist unmöglich. Ganz zu schweigen davon, was an mangelhaften Ersatznadeln auf dem Markt gehandelt wird.

Wandler und Nadeleinschub müssen stimmen

Nicht nur die miserablen Nadeleinschübe von Fremdanbietern, vor denen die Tonabnehmer-Hersteller - und allen voran Shure - schon immer warnten, sind für den Käufer ein Problem. Als ich Werner Fidi sage, daß sich mit dem Einsetzen eines neuen Nadeleinschubs oft die Meßwerte und das klangliche Resultat ein und desselben Tonabnehmers erheblich verschlechtern können, meint er:

Oft genug wird der Wandler auf die Nadel abgestimmt, und wenn Sie dann auf den Körper einen anderen Nadeleinschub setzen, paßt plötzlich nichts mehr zusammen, da bin ich mit Ihnen einig.

Allerdings sind wir stolz darauf, daß wir auf dem Sektor wirklich gut sind. Unsere Vulkanisiertechnik hat enge Toleranzen, und beim Aufbau des Wandlers bewegen wir uns in Mikrometer-Bereichen. Dadurch können wir auch bei den Ersatznadeln sehr enge Toleranzen einhalten.
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Mustersendungen aus Japan meist getürkt (Stand 1981)

Daß die Japaner in der Technik der Nadelfertigung europäischen Firmen überlegen seien, bestreitet Werner Fidi ganz entschieden. Denn die Erfahrungen, die man bei AKG mit Mustersendungen aus diesem Land machte, waren nicht immer die besten:

Wir haben noch keine längeren Erfahrungen mit japanischen Nadel-Lieferanten, weil wir bisher hauptsächlich aus der Schweiz bezogen haben. Wir haben aber immer wieder Bemusterungen aus Japan bekommen, wobei es sich jeweils um einige hundert Nadeln handelte. Die Bemusterungen sind normalerweise von jeder Firma gut, denn die Stücke werden natürlich vorher ausgesucht. Kürzlich haben wir uns von einer japanischen Firma eine Bemusterung unseres neuen Schliffs machen lassen, und da war von fünf Nadeln eine einfach unbrauchbar. Irgendwo haben die Japaner auch dieselben spezifischen Probleme.

Strenge Eingangskontrolle

Alle Firmen überprüfen stichprobenartig die ihnen gelieferten Diamanten und Nadeleinschübe. Denn daß die Ausfallquote zwischen 5 und 30 Prozent liegen kann, wissen sie nur zu genau. Der Grund für die strenge Eingangskontrolle ist, wie Frits Nygaard sagt, ganz einfach ein wirtschaftlicher:

Es ist sehr wichtig, die Diamanten zu kontrollieren. Als wir die M20-Super- Serie begannen, entdeckten wir, daß die Geometrie des „fine Line"- Schliffs symmetrisch sein muß. Man hört, wenn das nicht der Fall ist.

Also überprüfen wir die Diamanten lieber vorher, bevor wir sie montieren. Das ist billiger. Den ganzen Tonabnehmer wegzuwerfen, weil die Nadelgeometrie falsch ist, käme uns viel teurer.
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60% aller Abtastnadeln sogenannte elliptische Nadeln

Während die sphärische (= kugelartige) Verrundung der Kontaktzonen heute nur noch bei Billig-Abtastern oder wenigen Profi-Systemen für den härtesten Dauerbetrieb verwendet wird, - sind knapp 60% aller Abtastnadeln sogenannte elliptische Nadeln.

Die sogenannten superelliptischen Verrundungen

Sogenannte superelliptische Verrundungen verwenden seit etwa zwei Jahren viele Firmen bei ihren Top-Modellen, weil diese „line contact"-Form verschiedene Vorteile aufweist. Der Druck auf die Rillenflanke wird erheblich verringert und die Austastung der Tonrille ist präziser.

Trotzdem meint Ortofon-Techniker Henrik Thymann:

Ein Kompromißwert bei der Nadelverrrundung

Es gibt nicht „die" optimale Geometrie bei der Verrundung der Kontaktzone. Die könnte man nur für eine speziell geschnittene Platte finden. Da man aber mit demselben Tonabnehmer viele Platten abspielen will, muß man einen Kompromißwert finden, der das ermöglicht.
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Zur Perfektion sind zu viele Randbedingungen zu erfüllen

Derselben Meinung ist man auch bei Stanton, und zwar aus gleichen praktischen Erwägungen:

Eine optimale Nadelgeometrie kann es nicht für alle Fälle geben, solange man nicht eine perfekt plane Platte und hundertprozentig korrekt justierte Tonköpfe, Nadelträger und Diamanten hat.

Der kleine Radius muß mindestens 6 bis 8 Mikrometer betragen, im großen Radius darf die Kontaktzone maximal 75 Mikrometer lang sein, und die Verrundung muß so gewählt werden, daß der Einfall-Winkel in die Rille um 3° oder 4° vom Optimum abweichen kann.

Kommentar aus 1981 zur "van den Hul"-Nadel

Bei einer Konstruktion wie der "van den Hul"-Nadel sind die Radien so gewählt, daß bei hohen Beschleunigungen im Hochtonbereich von 1000 bis 2000 G die Rille, der Abtaster oder beide zerstört werden können. Einer von beiden wird auf jeden Fall nachgeben müssen.

Fast alle sind sauer auf die Testplatten

Als ich schließlich bei den Gesprächen auf das Thema Testplatten zu sprechen kam, war die Reaktion der Tonabnehmer-Konstrukteure eher leichte Bitternis und Säuerlichkeit. Eben jene Platten, mit denen Tester die Produkte der Anbieter messen, sind als Hilfsmittel alles andere als perfekt.

Als Beispiel nennt Frits Nygaard:
Wir kennen die Fehler der Bruel & Kjaer- Meßplatte. Darum benutzen wir unser Interferenz-Mikroskop, mit dem wir bis auf 5 Nanometer genau messen können, beginnend bei 5 kHz bis etwa 40 kHz. Die einzige Methode, die Platte korrekt zu messen, ist die optische Inspektion.

Seiner Meinung nach werden die inhärenten Probleme von Meßplatten noch zu wenig beachtet:
Es ist wichtiger, die Testplatten zu kennen, mit denen man mißt, und das tun wir. Die Tester kennen nicht unbedingt alle Mängel der Platten, die sie benutzen, und darum beziehen wir alle unsere Meßangaben auf spezielle Testplatten.

Und darum gibt es ja bei uns Ingenieuren das uralte wahre Sprichwort :
"Wer viel mißt, mißt Mist."
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Die beiden Artikel sind aus dem Frühjahr 1981

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