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Das Gebiet der Tonstudiotechnik, das alle Probleme der studiomäßigen Aufnahme, Übertragung und Wiedergabe von Schallereignissen einschließt, gehört hauptsächlich zum Wissensgebiet der Elektroakustik.

Im Gegensatz zu den bisher erschienenen Werken auf diesem Gebiet wird im vorliegenden Buch besonders auf die Belange der Tonstudiotechnik eingegangen. Das bisherige Schrifttum darüber ist fast ausschließlich getrennt gehalten und auf die Verhältnisse der Rundfunk-, Tonfilm- und Schallplatten-Studiotechnik zugeschnitten, obwohl die Grundprobleme mit wenigen Ausnahmen im wesentlichen die gleichen sind. Es fehlte bisher an einer zusammenfassenden Darstellung. Sie zu schaffen wird besonders infolge der in den letzten Jahren neu hinzugekommenen Fernseh-Tonstudiotechnik, die die Ton-studiotechnik des Rundfunks und des Tonfilms gewissermaßen in sich vereinigt, als wünschenswert angesehen.

Seinem Aufbau entsprechend soll dieses Buch Studierenden eine Hilfe, Tonmeistern und Toningenieuren eine Stütze sein. Wenn besonders im ersten Abschnitt auf die Verwendung mathematischer Hilfsmittel nicht verzichtet werden konnte, so kann doch der mit der höheren Mathematik weniger vertraute Leser diese Stellen ohne Nachteil übergehen und sich auf die textlichen Erklärungen beschränken.

Der Aufbau ist so getroffen, daß den studiomäßigen Grundlagen einige physikalische und physiologische Grundbegriffe vorangestellt werden. Hinsichtlich der physikalischen Grundlagen hat sich der Verfasser neben der Behandlung der wichtigen akustischen Grundbegriffe bewußt nur auf allgemein dargestellte Schwingungsvorgänge beschränkt, da sie in Verbindung mit der Fourier-Analyse für den Tonstudiotechniker von fundamentaler Bedeutung sind.

Auf eine Anführung der Schallfeldgrößen ist deshalb nicht verzichtet, weil ihre Kenntnis nicht so verbreitet ist wie zum Beispiel das Wissen über die allgemeinen Elektronenröhren. Die physiologischen Grundlagen wurden tiefergehend behandelt, da sich die Verfälschungen eines mit derzeit optimalen Anlagen übertragenen Schallereignisses der Wahrnehm-barkeitsgrenze nähern, wodurch ihre Kenntnis in den Vordergrund des Interesses rückt.

Auf das jüngste Problem der Tonstudiotechnik - die Stereofonie - wird ebenfalls ausführlich eingegangen. Den in der Tonstudiotechnik zur Aufnahme, Regelung und Speicherung notwendigen Geräten ist das größte Kapitel gewidmet. Dabei sind zahlreiche der zur Zeit in den Studios gebräuchlichen Einrichtungen als Beispiele beschrieben.

Schließlich findet der Leser noch eine Betrachtung der möglichen Fehlerquellen und Verzerrungen sowie deren meßtechnische Beherrschung zur Aufrechterhaltung des Studiobetriebes.

An dieser Stelle möchte der Verfasser allen denen danken, die durch ihr Entgegenkommen die Vorarbeiten zu diesem Buch gefördert oder Unterlagen dazu geliefert haben. Besonderer Dank gebührt dabei Herrn Dipl.-Ing. Kurt Schilbach (beeits verstorben), der dem Verfasser viele Anregungen zur Gestaltung dieser Arbeit gegeben hat, sowie Herrn Dipl.-Ing. Carl Becker für das Lesen der Korrekturen. Dem Verlag möchte er für die sorgfältige und gediegene Ausstattung des Buches, für die weitgehende Berücksichtigung seiner Wünsche und für die gute Zusammenarbeit herzlichen Dank sagen.

München 1970 Johannes Webers

Der gute Verkauf der ersten Auflage machte eine Neuauflage erforderlich. Dem Fortschritt der Technik gemäß wurden einige Abschnitte des Buches erweitert und verbessert. Die Kapitel über Stereofonie, Nachhalleinrichtungen, Regelverstärker, Schallspeichergeräte und Meßtechnik sind ergänzt und erweitert worden. Dem Trend der letzten Jahre folgend sind alle Schaltbeispiele mit Röhrenschaltungen durch solche mit Halbleiter-Bauelementen ersetzt. Darüber hinaus konnten kleinere Unstimmigkeiten und Irrtümer beseitigt werden.

Der Verfasser möchte allen Lesern herzlich danken, die Fehler aufgespürt und Hinweise zur Verbesserung gegeben haben. Allen Firmen sei gedankt, die mich mit Unterlagen und Material unterstützten. Schließlich sei dem Verlag und seinen Mitarbeitern für die gute Zusammenarbeit und das bereitwillige Eingehen auf meine Wünsche an dieser Stelle besonderer Dank gesagt.

München 1974 - Johannes Webers

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I. Schwingungen    17
1 Einfache Schwingungen   18
2 Überlagerung von Schwingungen   19
2.1 Überlagerung von Schwingungen gleicher Frequenz  19
2.2 Überlagerung von Schwingungen ungleicher Frequenz  21
3 Modulation von Schwingungen   25
3.1 Amplitudenmodulation   25
3.2 Frequenzmodulation   27
3.3 Phasenmodulation   31
4 Analyse von Schwingungen   31
4.1 Analyse periodischer Schwingungen   31
4.2 Analyse nichtperiodischer Schwingungen  35

II. Entstehung von Verzerrungen und Verzerrungsmaße  36
1 Lineare Verzerrungen   36
1.1 Dämpfungsverzerrungen   36
1.2 Phasenverzerrungen   38
2 Nichtlineare Verzerrungen   38
2.1 Entstehung nichtlinearer Verzerrungen  38
2.2 Maße nichtlinearer Verzerrungen  43
2.2.1 Klirrkoeffizienten und Klirrfaktor  43
2.2.2 Differenztonfaktoren   43
2.2.3 Modulationsfaktoren   44
2.2.4 Identität der verschiedenen Verzerrungsmaße  44
2.2.5 Gründe für die Vielzahl der Verzerrungsmaße  46

3 Modulationsverzerrungen   48
3.1 Amplitudenmodulationsverzerrungen  48
3.2 Frequenzmodulationsverzerrungen   48

III. Akustische Grundbegriffe   49

1 Das Schallfeld    49
1.1 Kenngrößen einer fortschreitenden ebenen Schallwelle 50
1.2 Kugelwelle    53
1.3 Schallenergie    55
1.4 Gestörte Schallausbreitung  57
1.4.1 Reflexion    57
1.4.2 Stehende Wellen   60
1.4.3 Brechung    63
1.4.4 Schalldämpfung und Schalldämmung  65
1.4.5 Beugung    70

2 Raumakustik    72
2.1 Geometrische Raumakustik   72
2.1.1 Diffusität in Räumen mit ebenen Begrenzungsflächen 73
2.1.2 Räume mit gekrümmten Begrenzungsflächen  75
2.1.3 Räume mit untergliederten Begrenzungsflächen 77
2.2 Statistische Raumakustik   78

I. Aufbau und Funktion des Gehörs   87

II. Tonhöhe    90
1 Das Tonhöhenempfinden   90
1.1 Hörbarer Frequenzbereich   90
1.2 Das Tonhöhenempfinden als Funktion der Frequenz  91
1.3 Minimal wahrnehmbare Tonhöhenunterschiede  93
1.4 Kennzeit der Tonhöhenwahrnehmung  93
2 Frequenzumfang wichtiger Schallquellen  94

III. Lautstärke    96
1 Das Lautstärkeempfinden   96
1.1 Grenzen des Lautstärkeempfindens  96
1.2 Das Lautstärke- und Lautheitsempfinden als Funktion der physikalischen Kenngröße   98
1.3 Lautstärkewirkung kurzzeitiger Schallereignisse . 101
1.4 Der Verdeckungseffekt   102
1.5 Gesamtlautstärke mehrerer Schallereignisse  104
2 Lautstärkeumfang einiger Schallquellen  106

IV. Klangfarbe    106

V. Einschwingvorgänge    110
1 Physiologische Einschwingzeit des Ohres  110
2 Unterscheidungsvermögen bei verschiedenen Einschaltvorgängen 110
3 Verwischungsschwelle    111

VI. Räumliches Hören    111
1 Richtungshören   112
1.1 Richtungswahrnehmung durch. Laufzeitunterschiede 112
1.2 Richtungswahrnehmung durch Intensitätsunterschiede 113
1.3 Richtungswahrnehmung durch Klangfarbenunterschiede 116
1.4 Beiträge der Laufzeit-, Intensitäts- und Klangfarbenunterschiede zum Gesamt-Richtungshören  116

2 Wahrnehmbarkeit der Schallquellenentfernung  118
2.1 Entfernungswahrnehmung durch Hallerscheinungen 118
2.2 Entfernungswahrnehmung durch Klangfarbenunterschiede 118
2.3 Entfernungswahrnehmung durch Lautstärkeänderungen 118

3 Wahrnehmbarkeit der Schallquellenausdehnung  119

VII. Wahrnehmbarkeit von Verzerrungen  119
1 Lineare Verzerrungen   120
1.1 Dämpfungsverzerrungen   120
1.2 Laufzeitverzerrungen   121

2 Nichtlineare Verzerrungen   123
3 Modulationsverzerrungen   125
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I. Optimale Akustik des Aufnahmeraumes  133
II Mikrofonanordnung    137
III.Regelung    139

IV. Übertragungswege   141
1 Räumliche Beziehungen bei der mehrkanaligen Übertragung 142
2 Zweikanalige raumbezügliche stereofonische Übertragung 146
2.1 Zweikanalige Wiedergabe   147
2.1.1 Lokalisierung durch Intensitätsunterschiede  147
2.1.2 Lokalisierung durch Laufzeitunterschiede  151
2.1.3 Kompensation verfälschender Einflüsse  154
2.2 Zweikanalige Aufnahme   157
2.2.1 Intensitätsunterschiede der Mikrofonpegel 157
2.2.2 Laufzeitunterschiede   161
2.2.3 Überlagerung der Intensitäts- und Laufzeitunterschiede 164
2.2.4 Mikrofonanordnungen   164
2.2.5 Störung der stereofonischen Aufnahme  171
2.2.6 Mikrofonanordnung bei der Intensitätsstereofonie 171

3 Vielkanalige stereofonische Übertragung  176
4 Ambiofonie    177
5 Quadrofonie    178
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I. Schallwandler    181

1 Strahlungsverhältnisse   182

2 Mikrofone    189
2.1 Kontaktmikrofone    189
2.2 Elektrostatische Mikrofone   190
2.2.1 Niederfrequenzschaltung   190
2.2.2 Kapselausführungen   192
2.2.3 Hochfrequenzschaltung   199
2.3 Elektrodynamische Mikrofone .'  200
2.3.1 Bändchenmikrofon   201
2.3.2 Tauchspulmikrofon   202
2.4 Piezoelektrische Mikrofone   204

3 Lautsprecher    205
3.1 Elektrodynamische Lautsprecher  205
3.2 Elektrostatische Lautsprecher   210
3.3 Piezoelektrische Lautsprecher   210

4 Körperschallwandler, Nachhalleinrichtungen  211

II Verstärker    216
1 Zusammenschaltung der Verstärker  217
1.1 Leistungsanpassung    217
1.2 Überanpassung   218
1.3 Größe des absoluten Widerstandes  218
1.4 Kopplungsarten    219

2 Endverstärker   221

3 Studioverstärker    224

4 Trennverstärker und Mischverstärker  228

III. Regelglieder    229
1 Pegelregler    230
1.1 Aufbau der Regler   230
1.2 Schaltungsarten    231
1.2.1 T- und H-Regler   232
1.2.2 L-Regler    233
1.2.3 pi-Regler    234
1.2.4 Panoramaregler   237

2 Regelverstärker    238
2.1 Ein Kompressorsystem mit variablen Eigenschaften 239
2.2 Das Dolby-System   243
3 Verzerrer und Entzerrer   244
3.1 Hoch-Tiefentzerrer   244
3.2 Hörspielverzerrer   246
3.3 Präsenzfilter    246
3.4 Tiefensperre    248
3.5 Höhensperre    249
3.6 Universalentzerrer   250


IV. Aussteuerungsmesser    253
1 Forderungen an einen Aussteuerungsmesser  253
1.1 Anzeigebereich    253
1.2 Frequenzgang    254
1.3 Dynamische Eigenschaften   254
2 Die praktische Ausführung eines Aussteuerungsmessers 256

V. Tonregieanlagen    259

1 Magnettonverfahren    263
1.1 Magnetische Grundbegriffe   263
1.1.1 Magnetische Grundgrößen  263
1.1.2 Magnetismus    264
1.1.3 Magnetisierungskurve   265
1.1.4 Entmagnetisierung   267
1.1.5 Remanenzkurve   268

1.2 Theorie der magnetischen Schallspeicherung  269
1.2.1 Grundprinzip und Schriftarten  269
1.2.2 Löschvorgang   273
1.2.3 Aufzeichnungsvorgang   275
1.2.4 Zustand des Tonträgers nach der Aufnahme 289
1.2.5 Einflüsse fremder Felder auf den Tonträger nach der Aufwicklung   291
1.2.6 Abtastvorgang   295
1.3 Einrichtungen der Magnettontechnik  304
1.3.1 Tonträger   305
1.3.2 Magnetköpfe    313
1.3.3 Verstärker    317
1.3.4 Laufwerke    323
1.3.5 Die Synchronisierung von Ton und Bild 331
1.3.6 Tonhöhen- und Laufzeitregler  335

2 Lichttonverfahren    337
2.1 Fotometrische und fotochemische Grundbegriffe 337
2.1.1 Transparenz   337
2.1.2 Schwärzung und Schwärzungsmessung  337
2.1.3 Schwärzungskurve   338
2.2 Die fotografische Schallaufzeichnung  340
2.2.1 Prinzip und Schriftarten   340
2.2.2 Aufzeichnungsvorgang   341
2.2.3 Exposition und Bearbeitung des Tonträgers  347
2.2.4 Abtastvorgang    353
2.3 Einrichtungen für die Lichttonaufnahme  355
2.4 Einrichtungen für die Lichttonwiedergabe  361

3 Nadeltonverfahren    362
3.1 Die mechanische Schallspeicherung  362
3.1.1 Prinzip und Schriftarten   362
3.1.2 Aufzeichnungsvorgang   365
3.1.3 Vervielfältigung   374
3.1.4 Abtastvorgang    375
3.1.5 Plattenlaufzeit    382
3.2 Einrichtungen der Nadeltontechnik  383
3.2.1 Tonträger   383
3.2.2 Abtasteinrichtung   383
3.2.3 Verstärker    385
3.2.4 Laufwerk    386

I. Lineare Verzerrungen   388
1 Dämpfungsverzerrungen    388
2 Laufzeitverzerrungen   391

II Nichtlineare Verzerrungen   391

III. Modulationsverzerrungen    393
1 Amplitudenmodulationsverzerrungen   393
2 Frequenzmodulationsverzerrungen   393

IV. Dynamikeinschränkungen    394
1 Elektrische Grenzen der übertragbaren Dynamik  394
2 Akustische Grenzen der übertragbaren Dynamik  395
3 Praktische Begrenzung der übertragbaren Dynamik in den verschiedenen Übertragungswegen   396

I. Meßvorbereitung    398
II. Meßverfahren    400

1 Messung linearer Verzerrungen   400
1.1 Dämpfungsverzerrungen   400
1.1.1 Ermittlung der Dämpfungsverzerrungen durch Pegelmessung   400
1.1.2 Ermittlung der Dämpfungsverzerrungen durch Vergleichsmessung   404
1.2 Phasendifferenzmessung   404
1.2.1 Messung der Phasendifferenz mit Oszillografen 405
1.2.2 Phasendifterenzmessung nach der Summen-Differenzmethode   407

2 Messung nichtlinearer Verzerrungen  408
2.1 Eintonverfahren    408
2.1.1 Messung des Klirrfaktors   408
2.1.2 Messung der Klirrkoeffizienten  409
2.2 Zweitonverfahren    409
2.2.1 Messung der Differenztonfaktoren  409
2.2.2 Messung der Modulationsfaktoren  411

3 Messung der Modulationsverzerrungen  413
3.1 Amplitudenmodulationsverzerrungen  413
3.2 Frequenzmodulationsverzerrungen  414

4 Messung des Geräuschspannungsabstandes  414
5 Akustische Meßverfahren   414
5.1 Ein universeller Meßgenerator  415
5.2 Lautsprechermessungen   416
5.3 Messungen an Mikrofonen   417
5.4 Bestimmung der Nachhallzeit und des Schallabsorptionsgrades 419
5.5 Schalldämmungsmessungen  420
5.6 Frequenzanalyse   420