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3.2 - Die Schallplatte - Historisches
- Die Walze von Edison
- Schellack in Blätterform
Die Entwicklung der Schallplatte, beginnend im Jahre 1877 mit der „Tonwalze" von Thomas Alva Edison und der wenige Jahre später folgenden „Ur-Schallplatte" von Emile Berliner war lang und beschwerlich.
Die Normalrillenplatte aus "Schellack"
Wie in einer Kette reihte sich Fortschritt an Fortschritt, und das Ende dieser Entwicklung ist noch nicht abzusehen.
Bis Anfang der 1950er Jahre gab es nur die (rückwirkend so genannte) Normalrillenplatte aus Schellack (Anmerkung: Es war nur recht wenig Schellack dabei, es war ein Steinmehl-Schellack- Gemisch) mit 78 Umdrehungen in der Minute. Ihre kurze Spieldauer und die starken Abspielgeräusche verhalfen ihr nicht zum entscheidenden Durchbruch. (Anmerkung : das ist definitv falsch, die Schellackplatte hat dem Medium Schallplatte "an sich" zum Durchbruch verholfen.)
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Die Langspielplatte von 1949/1951
- Eine ganz frühe Mono LP
Erst die Langspielplatte von 1949/1951 mit ihrer geringeren Nenndrehzahl von 33 1/3 U/min (nach DIN 45547, Entwurf Feb. 1979) und das sogenannte Füllschriftverfahren (nach Eduard Rhein) erhöhten die Spieldauer soweit, daß auch längere Musikwerke auf der Platte untergebracht werden konnten.
Neuentwickelte Plattenwerkstoffe (PVC) und verbesserte Aufnahmetechniken steigerten die Wiedergabequalität wesentlich. Mit ihrem fast unerschöpflichen Repertoire an Werken aus der gesamten Musikwelt, dargeboten von den unterschiedlichsten Interpreten, ist sie unbestritten die beliebteste HiFi-Programmquelle (nach dem WissenStand von 1981/1982). Man schätzt, daß heute weltweit etwa 400 Millionen Plattenspieler der moderneren Bauart im Gebrauch sind. Für diese werden jährlich etwa 1,5 Milliarden Schallplatten gefertigt.
Die Schallplattennormen der 33er und 45er Vinylplatten
Um sicherzustellen, daß die Schallplatten der verschiedenen Hersteller auf jedem normalen Abspielgerät abgespielt werden können, müssen eine Reihe von Normen beachtet werden. Die bekanntesten sind die Drehzahlen 33 1/3 und 45 U/min sowie die Plattendurchmesser 17,5 und 30cm Ø.
Einer weiteren Norm unterliegen aber auch die Ein- und Auslaufrille, das Mittelloch und die Dicke der Platten. Ebenso ist die Normung des Schneidfrequenzganges, der Aussteuerung (Pegel) und der Rillenform unerläßlich.
Die wichtigsten Stereo-Schallplatten-Kenndaten sind in der Tabelle 3.2-1 aufgeführt.
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Tabelle 3.2-I - Stereo-Schallplatten- DIN-Kenndaten
| Standardgröße von Vinyl-Platte | 17,5cm | 30cm |
| Normblatt: DIN | 45546 | 45547 |
| Nenndurchmesser der Platte | 17,5cm (175 ± 1mm) | 30cm (301,6 ± 0,8mm) |
| Drehzahl 1/min oder min -1 oder U/min | 45 (Single) | 33 1/3 (LP) |
| eine Umdrehung in Sekunden | 1,3 | 1,8 |
| größter Ø der modulierten Rille | 168mm | 292,6mm |
| kleinster Ø der modulierten Rille | 107mm | 119mm |
| Rillengeschwindigkeit erste Rille | 39,6 cm/s | 50,8 cm/s |
| Rillengeschwindigkeit letzte Rille | 25,2 cm/s | 20,7 cm/s |
| Endrillen Ø (mm) | 98,4 (-2) | 106,4 (-0,8) |
| Breite der modulierten Rille (µm) | 40 | 40 |
| Rillenwinkel | 88° ±2° | 88° ±2° |
| Rillengrundradius (µm) | 4 | 4 |
| Schneidfrequenzgang (µs) | 75, 318, 3180 | 75, 318, 3180 |
| Die Schnelle bei | ||
| Vollaussteuerung bei 1000 Hz (cm/s) | 8/Kanal | 8/Kanal |
| Die Länge einer 50-Hz-Schwingung | 7,9mm bei 168mm Ø | 10mm bei 290mm Ø |
| bei Rillen Ø | 4,71mm bei 100mm Ø | 3,5mm bei 100mm Ø |
| Die Länge einer 15-kHz-Schwingung | 0,027mm bei 168 Ø | 0,034mm bei 290mm Ø |
| bei Rillen Ø | 0,016mm bei 100 Ø | 0,012mm bei 100mm Ø |
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Anmerkungen zur obigen Tabelle - die Informationsdichte ....
Die letzen 4 Zeilen geben eine sehr überzeugende Information über die gespeicherten Informationen auf einer 33er Langspielplatte wieder.
Für einen 50Hz Ton habe ich auf einer Außenrille bei 290mm Ø noch 10mm Rillenlänge verfügbar, innen sind es bereits nur noch 3,5mm Rillenlänge.
Für einen 15 Kilohertz Ton haben ich auf einer Aussenrille bei 290mm Ø nur noch 0,034mm Rillenlänge verfügbar, innen sind es bereits nur noch 0,012mm Rillenlänge.
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- Abb. 3.2-1 Profil der Schallrille
Die Rille der Schallplatte
Das Profil der geschnittenen Rille zeigt Abb. 3.2-1. Die schräg liegenden Seitenwände schließen einen Winkel von etwa 90° ein und sind im Schnittpunkt mit dem Rillengrundradius verrundet. Durch den Rillenabstand werden die Stegbreite zwischen benachbarten Rillen und die Steigung der spiralförmig verlaufenden Rille gebildet.
Die Tiefenschrift (Edisonschrift)
- Abb. 3.2-2 Tiefenschriftrille
- Abb. 3.2-3 Seitenschriftriile
Bei der Tiefenschrift erfolgt die Auslenkung des Schneid- stichels senkrecht zur Plattenoberfläche, so daß eine Rille mit unterschiedlicher Tiefe und Breite geschnitten wird. Beim Abspielen dieser Rille bewegt sich die Abtastnadel ebenfalls senkrecht zur Plattenoberfläche (Abb. 3.2-2). Tiefenschriftrillen sind heute noch bei Verzerrungs- und Übersprech-Meßschallplatten im Gebrauch.
Die Seitenschrift
Im Gegensatz zur Tiefenschrift bewegt sich bei der Seitenschrift (von Emil Berliner) der Schneidstichel - unter Beibehaltung der Rillentiefe - in horizontaler Richtung aus der Mittellinie der unmodulierten Rille heraus und schneidet entsprechende Wellenzüge (Abb. 3.2-3) Die Abtastnadel wird beim Abspielen dieser Rille ebenfalls in dieser Richtung ausgelenkt. Alle Mono-Schallplatten sind in Seitenschrift geschnitten.
Die Stereoaufzeichnung
- Abb. 3.2-4 Die vier Grundmöglichkeiten der Modulationsrichtungen bei der 45°-Stereoaufzeichnung
Die Seitenschrift enthält wie auch die Tiefenschriftrille nur je eine Information. Da jedoch für stereofonische Schallaufzeichnungen zwei Informationen benötigt werden, hat man eine Kombination von Tiefen- und Seitenschrift gewählt.
Die beiden orthogonal (rechtwinklig zueinander verlaufenden) Bewegungsrichtungen wurden um 45° gedreht, so daß beim Schneiden der Stereorille die linke Rillenflanke Informationen des linken Kanals und die rechte Flanke Informationen des rechten Kanals erhält. Wird diese Rille abgespielt, erfährt die Abtastnadel Auslenkungen, die sich aus den resultierenden Komponenten beider Kanäle zusammensetzen.
Abb. 3.2-4 zeigt die vier Grundmöglichkeiten der Modulationsrichtungen bei der 45°- Stereoaufzeichnung:
- „links",
- „rechts",
- „links plus rechts" = Seitenschrift,
- „links minus rechts" = Tiefenschrift.
Nach diesem System gemachte Stereoaufnahmen sind bei der Wiedergabe „kompatibel", das bedeutet, daß sie auch ein-kanalig (monofon) wiedergegeben werden können.
- Anmerkung : Das stimmt so auch nicht, denn das war nur die Theorie und das mit der Mono-Kompatibilität stand auf den Plattenhüllen genauso mißverständlich drauf. Jedoch Mono abgespielte Stereo-Platten hatten jede Menge Auslöschungen.
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- Abb. 3.2-5 Rheinsche Füllschrift
- Abb. 3.2-6 Neues Füllschriftverfahren für 45°-Stereorillen
Das Füllschriftverfahren
Zum besseren Ausnutzen der Plattenoberfläche schneidet man die spiralförmige Rille nicht mit gleichbleibendem Abstand von dem benachbarten Rillenteil, sondern paßt diesen Abstand (Steigung) mit Hilfe eines (Anmerkung : anfänglich mechanischen - jetzt in 1982) elektronisch gesteuerten Rechengerätes der jeweils zeitlich genau vorausschauenden zu erwartenden Signalamplitude an.
So versucht man, die Platte so dicht wie möglich - also optimal - mit Rillen zu füllen - daher der Name. - Wie man aus der Abb. 3.2-5 erkennt, wird bei Mono-Schallplatten die Rille z.B. bei einem Paukenschlag entsprechend nach außen geführt und damit Platz für die größere Auslenkung geschaffen.
Nach Beendigung der großen Auslenkung wird die Rille wieder auf den normalen Rillenabstand zurückgeführt und beim nächsten Umlauf der vorangegangenen Ausbuchtung angepaßt.
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Noch komplizierter : Die Stereorille
Ein neues Aufzeichnungsverfahren erforderte die Stereorille. Hier wird der Vorschub für den linken und den rechten Kanal getrennt behandelt. Abb. 3.2-6 zeigt das Prinzip der Vorschubsteuerung und der sich daraus ergebenden Rillenanordnung auf der Stereo-Schallplatte:
- Der Rillenteil 1 ist nicht moduliert,
- der Rillenteil 2 wird im rechten Kanal moduliert,
- der Rillenteil 3 ist ohne Modulation,
- beim Rillenteil 4 tritt ein Signal in der linken Flanke auf,
- der nachfolgende 5. Rillenteil ist ohne Modulation.
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- Abb. 3.2-7 Grundsätzlicher Aufbau einer Stereo-Schneidanlage
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Die Plattenproduktion
- Abb. 3.2-8 Eine Neumann VM70
Der Signalweg von den Mikrofonen im Studio führt über den Regietisch im Regieraum (Anmerkung: oft - aber nicht immer) zu einer 24-Spur- Tonbandmaschine, mit der die erste Aufzeichnung gemacht wird. Danach erfolgt das Abmischen mit einem weiteren Durchlaufen des Signals im Regietisch und anschließend die endgültige Aufzeichnung (das Masterband) auf einer 2-Spur-Tonbandmaschine.
Die nun auf dem Masterband gespeicherte Aufnahme wird mit einer Schneidanlage auf eine Lackplatte (Anmerkung : Der Ffachmnann spricht immer noch von einer Schneidfolie) geschnitten. Der grundsätzliche Aufbau einer Stereo-Schneidanlage geht aus dem Blockschema Abb. 3.2-7 hervor. Abb. 3.2-8 zeigt die Ansicht einer solchen Anlage von der Firma Georg Neumann, Berlin.
Die Wechselgeschwindigkeit - die Schnelle
Die Wechselgeschwindigkeit (Anmerkung : also die gesamte Bewegungsschwindigkeit des Stichels), mit der sich der Schneidstichel (und später die Abtastnadel) bewegt, bezeichnet man als Schnelle (v). Der Scheitelwert der Schnelle ergibt sich aus der Amplitude (a) und der Frequenz (f) der aufgezeichneten Schallschwingung zu:
Die Amplitude (Bewegung) der Auslenkung wird in um angegeben, Omega ist die Kreisfrequenz (2 • pi • f.
So beträgt beispielsweise die Auslenkung der geschnittenen Rille bei 1 kHz und Vollaussteuerung = ±12,7µm (1µm = 0,001mm).
Kleinste Auslenkungen von nur ± 12,7µm (milliardstel Meter)
Da auf einer Schallplatte ein Ton mit einer theoretischen Aussteuerung von -60 dB, d.h. einem tausendstel der Vollaussteuerung, (also ganz knapp über dem Granulat-Rauschen der Schallplatte gerade) noch wahrnehmbar ist, bedeutet dies, daß der Schneidstichel ein Signal = eine Amplitude von nur ±12,7nm (milliardstel Meter) noch einwandfrei aufzeichnet (schneidet). Diese wirklich winzigen Auslenkungen, die der Wellenlänge weicher Röntgenstrahlen entsprechen, sollen bzw. müssen später vom Tonabnehmer immer noch einwandfrei gelesen und reproduziert werden !
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Das lineare "Schneiden" von Musik geht nicht
Würde man die Schallplatte mit konstanter (linearer) Schnelle schneiden, so ergäben sich mit abnehmender Frequenz immer größere "Amplituden" (Rillenauslenkungen); (Anmerkung : Hier wird zum ersten Mal im Originaltext der Begriff Amplitude erklärt) - der Platzbedarf dafür nehme zu. Andererseits würden sich bei steigender Frequenz die Rillenauslenkungen so verkleinern, daß das Musiksignal bei der Wiedergabe im Rauschen (des Plattengranulates) unterginge.
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- Abb. 3.2-9 Schneidfrequenzkurve der Schallplatte (Frequenzgang der Schnelle bei konstanter Eingangsspannung der Schneidapparatur); Aufnahme- und Wiedergabekennlinie
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Aufnahme- und Wiedergabekennlinie
Diese Gründe führten dazu, den Schneidfrequenzgang nach den Empfehlungen der R.I.A.A. (Recording Industrie Association of Amerika) sowie der deutschen Norm DIN 45.541 festzulegen. Der Verlauf der Schneidfrequenzkurve ergibt sich aus den Teilkurven entsprechend Abb. 3.2-9. Unterhalb der Übergangsfrequenz f2 = 500 Hz (318us) vermindert man die Schnelle mit einer Steilheit von 6dB/Oktave, hebt sie aber ab Übergangsfrequenz fx = 50 Hz (3180us) wieder an. Von der Übergangsfrequenz f3 = 3180 Hz (50us) läßt man die Schnelle mit 6dB/Oktave ansteigen. Das Absenken der Tiefen kann man nicht unbegrenzt durchführen, da bei der Wiedergabe auch das Rumpeln des Abspielgerätes entsprechend der Wiedergabekennlinie mit angehoben wird. Der Schneidfrequenzgang bildet deshalb einen Kompromiß zwischen möglichst langer Spieldauer (siehe die vorangegangenen Bemerkungen über die „Schnelle") und möglichst kleinem Störgeräusch. Das in den Höhen besonders starke Rauschen wird bei der Wiedergabe durch die gegenläufige Entzerrung abgeschwächt.
Herstellung der Matrizen und Preßvorgang
Bis zur fertigen Schallplatte müssen nach dem Schneidvorgang noch weitere Stufen durchschritten werden.
Erster Schritt ist die Herstellung einer „Vaterform". Hierzu wird die Lackfolie mit einer dünnen Silberschicht versehen, die man galvanisch durch eine Nickelschicht verstärkt. Die so erhaltene Vaterform ist ein Negativ, d.h. die Rillen sind auf ihr erhaben.
Vom Vater zur Mutter
Im zweiten Schritt wird aus der Vaterform eine Mutterform hergestellt. Sie wird hierzu so behandelt, daß wieder Silber und Nickel aufgalvanisiert werden kann. Nach dem Trennen der aufgetragenen Schicht von der Vaterform erhält man die Mutterform, die erstmalig zur Kontrolle abgespielt werden kann.
Erst mit dem "Sohn" wird gepresst
- die Platte wird entnommen
Als dritter Schritt werden von der Mutterform in gleicher Weise wie vorher weitere Negativformen angefertigt, die man Matrizen oder Söhne nennt.
In einer Schallplattenpresse, in der zwei Matrizen, je eine für die Vorder- und Rückseite der Schallplatte eingesetzt sind, erfolgt nach dem Einlegen der vorgeheizten Preßmasse, der Preßvorgang. Als Preß-Werkstoff wird Polyvinylchlorid (PVC), dem etwas Ruß zum Schwarzfärben zugesetzt ist, verwendet.
Was ist eine Direktschnitt-Schallplatte ?
- Gebraucht wird eigentlich auch nur eine ganz normale Schneidmaschine
Obwohl die Schallplatte heute ein beachtliches Qualitätsniveau erreicht hat, bleibt sie - im Bestreben, eine ideale Wiedergabe zu erzielen - ständiger Weiterentwicklung unterworfen. Einen bemerkenswerten Schritt in dieser Richtung stellt die direktgeschnittene Schallplatte dar.
Im Gegensatz zur konventionell hergestellten Platte, bei der der Aufnahmeweg vom Mikrofon mehrfach über Regietische, über Tonbänder im Studio und bei der Überspielung unter Zwischenschaltung von Rauschunterdrückungssystemen, Entzerrern und Verhalleinrichtungen führt, bis er schließlich in die Schneidmaschine gelangt, wird bei der Direktschnitt-Schallplatte das vom Toningenieur gemischte Signal (Anmerkung : im Idealfall) direkt auf den Eingang der Schneidmaschine gegeben.
Direktschnitt-Schallplatte ist eine deutliche Steigerung
Das Ergebnis ist eine Schallplatte, die in ihrem Klangreichtum und ihrer Natürlichkeit einer Live-Produktion entspricht. Hierbei ging man davon aus, daß selbst die perfektesten Techniken es nicht verhindern können, daß mit jeder Bandüberspielung und jeder zusätzlichen Signalaufbereitung geringe, im Einzelnen gewisse Abweichungen vom Originalsignal eintreten.
Wenn auch die Laufzeit einer Direktschnitt-Schallplatte - weil ohne Füllschrift geschnitten - etwas kürzer ist (ca. 18 min) als die einer konventionell hergestellten Platte und ihr Preis zudem höher liegt, weil keine Korrekturen vorgenommen werden können und die Künstler das Musikstück deshalb in einem Zug durchspielen müssen, erfreut sie sich wegen ihrer höheren Dynamik und Ursprünglichkeit steigender Beliebtheit. Sie gehört heute zu den bevorzugten Vorführplatten von HiFi-Studios. (Anmerkung : Wir schreiben 1982 !!.)
