TELEFUNKEN-ZEITUNG • Jg. 27, Heft 106 (Dezember 1954)
Von Horst Redlich und W. Schmacks
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In der Vergangenheit hat man verschiedenartige Methoden angewendet, um Raum zu sparen und auf diese Weise die Abspielzeit einer Schallplatte zu verlängern.

Man hat z. B. die Dynamik komprimiert, indem man die größten Amplituden selbsttätig oder von Hand stark reduzierte, oder die Bässe, welche hauptsächlich für die großen Amplituden maßgebend sind, schwächer als normal aufzeichnete.

Derartige Maßnahmen bedeuten aber eine Qualitätsminderung der Darbietung. Eine Methode, welche ohne diese Nachteile eine größere Raumeinsparung erlaubt, besteht in der Anwendung kleinerer Rillenbreiten, der sogenannten Mikrorillen, welche die Platte im ganzen besser füllen.

Ein weiteres Mittel, die Abspielzeit zu verlängern, ist die Verringerung der Platten-Umdrehungsgeschwindigkeit. Sie wurde soweit herabgesetzt, wie es die Beherrschung der dabei auftretenden Schwierigkeiten zuließ. Mikrorillen und verringerte Umlaufzahl sind die Kennzeichen der Langspielplatten (33 1/3 und 45 U/min), die durch Verwendung hochwertigen Plattenmaterials möglich wurden.

Sie verlängern die Abspielzeit ohne Qualitätsminderung, ändern aber nichts an dem oben beschriebenen, bei kleinen Amplituden verbleibenden Leerraum, welcher prozentual der gleiche bleibt. Im Schlußabschnitt dieses Aufsatzes wird in der Tabelle gezeigt, welche Spielzeiten sich mit Schallplatten verschiedener Größe, verschiedener Umdrehungsgeschwindigkeit, verschiedener Rillenbreite und verschiedenen Rillenabstandes ohne Verlust an Qualität erreichen lassen.

Darüber hinaus wurden Verfahren vorgeschlagen, mit welchen es möglich ist, die radiale Bewegung der Schneiddose, den Vorschub, von der jeweils aufzuzeichnenden Amplitude abhängig zu machen.

Diese Verfahren sind allerdings nur ausführbar, wenn die für die Vorschubsteuerung notwendigen Impulse vor dem Aufzeichnen der Nutzamplitude abgenommen werden können. Der aufzunehmende Ton muß also schon als Aufzeichnung vorliegen. Diese Voraussetzung ist beim Schallplattenschneiden heute bereits aus anderen Gründen gegeben, da der Ton zunächst auf Magnetband aufgenommen und erst später auf Platten überspielt wird.

Als erster kam Eduard Rhein auf den Gedanken, eine Apparatur zu bauen, die ein derartiges Verfahren ermöglicht. Nach jahrelanger, durch den Krieg erschwerter Arbeit gelang es ihm, eine Apparatur zu schaffen, mit deren Hilfe sich Schallplatten herstellen lassen, welche - ohne Qualitätsminderungen in oben beschriebenem Sinne - gegenüber normal geschnittenen Platten gleicher Größe eine erheblich längere Abspielzeit besitzen.

Bei anderen ähnlichen Verfahren (RCA und Columbia) wird nicht die gleiche Raumausnutzung wie bei dem von E. Rhein entwickelten Verfahren erreicht. Die unter dem angemeldeten und bereits bekanntgemachten Warenzeichen „Füllschrift" von der Fa. Teldec auf den Markt gebrachten Telefunken-Decca-Schallplatten sind nach dem Rheinschen Verfahren geschnitten. Die originelle Wortprägung „Füllschrift" verdanken wir Herrn Rhein.

Für den Schnitt von Mikrorillen in 331/3-Langspielplatten mußte die von Rhein gebaute Apparatur verfeinert werden. Die Anwendung des neuen Verfahrens bei langsam laufenden Platten ist von besonderer Bedeutung, da gerade bei diesen die konsequente Anwendung des Rheinschen Gedankens zu extrem langen Abspielzeiten führen kann.

Die Aufzeichnung muß so beschaffen sein, daß sich zwar die Rillen so eng wie möglich aneinanderschmiegen, daß sich aber benachbarte Rillen keinesfalls überkreuzen oder so weit nähern, daß der Wiedergabesaphir sich "verirrt". Der "Steg" zwischen zwei Rillen darf auch nicht so schmal werden, daß etwa die Tonschrift einer „lauten" Rille in einer benachbarten „leisen" Rille wegen der Elastizität des Plattenmaterials hörbar wird.

Die aufzuzeichnende Tonfrequenz wird vom Magnetband durch den Wiedergabekopf K1 abgenommen und über Verstärker der Schneiddose zugeführt. Etwa 0,1s vorher wird dieselbe Tonfrequenz von einem anderen Wiedergabekopf K2 abgenommen und nach geeigneter Verstärkung und Umformung einer Steuereinrichtung zugeführt, welche den Vorschub der Schneiddose bei steigender Amplitude auf den Plattenmittelpunkt hin beschleunigt (positive Verlagerung der Mittellinie), bei abnehmender Amplitude aber verlangsamt (negative Verlagerung der Mittellinie).

Der Zeitunterschied bzw. der Abstand der beiden Köpfe muß so bemessen sein, daß die Steuereinrichtung Zeit gehabt hat, sich auf den für die nachfolgende Auslenkung des Schneidsaphirs benötigten Abstand von der Nachbarrille einzustellen. Wenn die Tonfrequenz einsetzt, muß die Mittellinie der Rille bereits um etwas mehr als die zu erwartende Auslenkung des Saphirs zum Plattenmittelpunkt hin verlagert sein. Die Verlagerung darf nicht zu schnell erfolgen, da sie dann hörbar würde; eine zu langsame Verlagerung hingegen würde Raum verschwenden. Dasselbe gilt für die Rückführung. Theoretisch müßte die Summe der positiven Verlagerungen gleich der Summe der negativen Verlagerungen sein. In unmoduliertem Zustand soll Rille an Rille liegen; die Stegbreite zwischen den Rillen darf fast verschwinden.
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Jede Verlagerung muß also gespeichert und beim Schneiden der nachfolgenden Rillen rechtzeitig, nämlich etwas vor Vollendung jeweils einer ganzen Plattenumdrehung berücksichtigt werden. Ebenso muß das Speicherelement die Rückverlagerung der Mittellinie veranlassen, und zwar etwas nach Vollendung einer Plattenumdrehung.

Die Verlagerungsstrecke wird also mit jeder Umdrehung der Platte länger. Erreicht diese Strecke die Länge des zum Krümmungsradius der betreffenden Rille gehörenden Umfanges, so ergeben sich an der Stelle, an der sich die Enden der Verlagerungsstrecke nähern, scharfe Einbuchtungen oder Höcker der Mittellinie, die sich entsprechend auf die folgenden Rillen übertragen.

Deshalb muß eine gegenseitige Aufhebung der positiven und negativen Verlagerungen ermöglicht werden. Ferner muß ein vom Steuervorgang unabhängiger Bezugswert bestehen, gegen den die jeweiligen Verlagerungen bestimmt werden.
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Der in Bild 5 mit „+" bezeichnete positive Kanal soll dem Steuermotor nur bei ansteigender Amplitude der Tonfrequenz Spannung zuführen, und zwar so, daß dabei die Schneiddose schneller in Richtung zum Plattenmittelpunkt hin bewegt wird als durch den konstant laufenden Motor; dadurch wird Platz für die sogleich folgende Aufzeichnung größerer Amplitude gewonnen. Der mit „-" bezeichnete, der negative Kanal soll dem Steuermotor nur während absteigender Amplitude Spannung liefern, und zwar mit entgegengesetztem Vorzeichen, damit der nicht mehr benötigte weite Rillenabstand schnell auf das normale Maß verringert wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß von der Tonfrequenz durch Gleichrichtung und Siebung zunächst die Umhüllende gewonnen wird, und zwar im positiven Kanal als positive, im negativen Kanal als negative Spannung. Diese Gleichspannungen werden Differenziergliedern zugeführt, die aus RC-Kombinationen bestehen.

Dabei erzeugen im positiven Kanal die ansteigenden Spannungen positive, die abnehmenden negative Impulse; im negativen Kanal erzeugen umgekehrt die ansteigenden Spannungen negative, die abnehmenden Spannungen positive Impulse. Die Zeitkonstante der Differenzierglieder beträgt 0,1s.
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Für die Steuerung der nachfolgenden mit Germanium-Dioden aufgebauten Modulatoren sind nur die positiven Impulse brauchbar. Um die negativen zu unterdrücken, werden hinter die Differenzierglieder Dioden zur Gleichrichtung der Impulse geschaltet. Hinter diesen Gleichrichtern entsprechen also positive Impulse im positiven Kanal steigenden Amplituden, im negativen Kanal fallenden Amplituden.

Den Modulatoren werden andererseits feste Spannungen von der Betriebsfrequenz des Ferraris-Steuermotors (50~) zugeführt, welche durch die Impulse dem An- und Absteigen der Amplituden proportional gesteuert werden. Diese Steuerwechselspannungen werden im Endverstärker bis zur erforderlichen Größe verstärkt und den beiden Nebenwicklungen des Ferraris-Steuermotors zugeführt. Die für den Ferraris-Motor benötigte zweite, um 90° phasenverschobene Spannung wird über einen Kondensator abgenommen.

Je nachdem, welcher Kanal Steuerwechselspannungen liefert, dreht sich die Achse des Steuermotors in der einen oder anderen Richtung, und der Vorschub der Schneiddose wird beschleunigt oder verlangsamt.

Der vor die Steuerkanäle geschaltete Verstärker enthält eine lineare und eine nichtlineare Verzerrerschaltung. Jene sorgt für die Einhaltung des genormten Schneidfrequenzganges. Diese Maßnahme ist erforderlich, weil die den Steuerkanälen zugeführten Spannungen den aufzuschreibenden Amplituden proportional sein müssen und Schallplatten unterhalb 400 Hz mit konstanter Amplitude, oberhalb dieser Frequenz mit konstanter Geschwindigkeitsamplitude geschnitten werden. Diesem Frequenzgang muß auch der jeweilige Steuervorschub folgen; andernfalls wäre die Verlagerung der Mittellinie bei tiefsten Frequenzen etwa um das Fünffache zu groß.

Die nichtlineare Verzerrung hat den Zweck, eine in den Ferror/s-Motoren vorhandene Nichtlinearität auszugleichen, um so eine möglichst gute Proportionalität zwischen der Amplitudenänderung der aufzuzeichnenden Schwingungen und der Motordrehzahl sicherzustellen. Eine weitere Hilfe in dieser Richtung bedeutet für den Steuermotor die konstante Vorspannung, welche beiden Wicklungen in gleicher Größe zugeführt wird.

Vor den Modulatoren werden die differenzierten und gerichteten Impulsspannungen vom positiven und negativen Kanal zum Speicher abgezweigt. Dort wird mit ihnen eine gut aufzuzeichnende Frequenz moduliert und zur Magnetisierung zweier kreisförmiger Magnetfolien benutzt, von welchen sie, kurz vor bzw. nach Vollendung der nächsten Umdrehung der zu schneidenden Schallfolie, wieder abgetastet werden, um die Verlagerung der dem Primärimpuls benachbarten Rille herbeizuführen.

Damit auch die nachfolgenden Rillen die nötigen Verlagerungen erhalten - es soll sich ja Rille an Rille schmiegen! -, wird ein Teil der Speicherausgangsspannungen über eine regelbare Rückkopplungsleitung dem Speichereingang wieder zugeführt, während die ursprünglichen Impulse durch die hinter den Wiedergabeköpfen liegenden Löschköpfe bei jeder Umdrehung der Magnetbänder gelöscht werden. Die rückgeführte Spannung wird so bemessen, daß ein Rückkopplungsgrad von nahezu 1 erreicht, ein Aufschaukeln der Speicherung aber vermieden wird.

Die von den primären Steuerkanälen abgezweigten Impulse modulieren eine in der Misch- und Aufsprechstufe erzeugte Frequenz von etwa 185 Hz, und zwar in der gleichen Weise wie in den primären Regelkanälen (Diodenmischung). Die so gewonnenen Wechselspannungsimpulse werden in der nachfolgenden Stufe mit der in einer weiteren Röhre erzeugten Vormagnetisierungsfrequenz von etwa 1.500 Hz additiv gemischt und zwei Aufsprechköpfen zugeführt.

Damit die Rillen an den Verlagerungsflanken nicht ineinanderlaufen, muß, wie bereits erwähnt, die positive Verlagerung bei jeder Umdrehung etwas früher, die negative etwas später eingeleitet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die mit den positiven Verlagerungsimpulsen beschriebene Folie schneller rotiert als die andere. Die Rotationsgeschwindigkeiten sind so bemessen, daß die Laufzeit zwischen den jeweiligen Aufsprech- und Wiedergabeköpfen im Mittel gleich der Umlaufzeit der zu schneidenden Schallplatte ist. Von dieser mittleren Zeit differieren die Laufzeiten der beiden Magnetbandfolien um +5% bzw. -5%. Dies bedeutet, daß eine Verlagerungsstrecke sich nach höchstens 10 Umdrehungen bis auf einen Umfang verlängert hat und daß sie nun mit ihrer ansteigenden Flanke auf die absteigende stößt.

Als Besonderheiten des in jedem Kanal mit einer Pentode und einer Doppeltriode bestückten Wiedergabeverstärkers sind zwei der Erwähnung wert:

1. Es ist wichtig, daß die vom Speicher abgenommenen Impulse möglichst frei von Störspannungen sind, sowohl von eingestreuten Brummspannungen wie auch von der Vormagnetisierungs- und Löschfrequenz. Deshalb wurde der Wiedergabeverstärker durch eine RC-Brücke im Gegenkopplungskanal zwischen Pentode und erstem Triodensystem für die aufgesprochene Frequenz von 185 Hz selektiv gemacht. Dieses RC-Filter besitzt gegenüber 50 Hz und 1.500 Hz eine Selektion von 20db bzw. 40db, die für jeden praktisch einstellbaren Speicher-Rückkopplungsgrad ausreicht. Im Falle ungenügender Selektion würden durch die mehrmalige Rückführung ein und derselben Signale vom Speicherausgang auf den Speichereingang das Verhältnis Nutz- zu Störspannung sehr bald unzulässig klein werden und die Speicherung sich gegebenenfalls durch die Störspannungen aufschaukeln.

2. Da ferner die Geschwindigkeit der Speicher-Magnetfolien je nach Umdrehungsgeschwindigkeit der zu schneidenden Schallplatte (33 1/3, 45, 78 U/min) auf drei verschiedene Werte umgeschaltet werden muß und sich dadurch die Spannungen in den Magnetisierungsköpfen ändern, muß der Verstärkungsgrad des Wiedergabeverstärkers der jeweils eingestellten Drehzahl angepaßt werden; zu diesem Zweck werden fest eingestellte Spannungsteiler umgeschaltet.
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Da die durch den Steuermotor bewirkten zusätzlichen Bewegungen der Schneiddose oft nur um wenige Mikrometer hin und her gehen, sind an das Getriebe sehr hohe Ansprüche hinsichtlich präziser Ausführung zu stellen. Vor allem darf es keinen toten Gang haben. Um das Überschwingen nach Aufhören eines Impulses zu vermeiden, müssen die bewegten Massen klein sein. Gleichmäßig leichter Anlauf in jeder Stellung ist eine weitere wichtige Bedingung.

Alle Forderungen wurden durch das von der Firma W. Albrecht, Berlin (Anmerkung: die spätere MWA GmbH), gebaute Getriebe sehr gut erfüllt. Das Überschwingen des Steuermotors wurde außerdem durch eine als Wirbelstrombremse wirkende Gleichstromvorbelastung wirksam bedämpft.

Bei der Diskussion und Erprobung eines raumsparenden Schneidverfahrens drängt sich naturgemäß zuerst die Frage auf:

Wie groß ist der Gewinn an Abspielzeit gegenüber der ungesteuerten Schallaufzeichnung?

Die Antwort, deren Richtigkeit leicht einzusehen ist und durch die Erfahrung bestätigt wird, kann nur lauten: Die Gewinne sind je nach dem Inhalt der aufzuzeichnenden Darbietung sehr verschieden. Bei den folgenden vergleichenden Überlegungen wollen wir voraussetzen, daß die Qualität der Darbietung bei der Überspielung von Band auf die Schallfolie weder im Frequenzgang (keine Schwächung der tiefen Frequenzen!) noch in der Dynamik verschlechtert werden soll.

Nehmen wir als Beispiel an, es sei ein Musikstück zu überspielen, welches dem Charakter eines langsamen Satzes einer Sinfonie entspräche, etwa dem zweiten Satz der „Unvollendeten" von Schubert. Dieses Musikstück bewegt sich zu 80% seiner Spieldauer im Piano und Mezzoforte; das sind Lautstärken, welche Aussteuerungsgraden bis etwa 30% entsprechen. In den restlichen 20% der Spieldauer sind jedoch höchste Lautstärkespitzen des vollen Orchesters enthalten.

Will man dieses Musikstück ohne Qualitätsminderung mit konstantem Vorschub schneiden, dann muß der Rillenabstand für das ganze Stück so groß gewählt werden, daß bei den Lautstärkespitzen der Stichel der Schneiddose nicht in die Nachbarrillen einschneidet. Bei den vielen leisen Stellen wird der Raum nur zu höchstens 30% ausgenutzt.

Eine Apparatur zum raumsparenden Schneiden wird bei demselben Musikstück während 80% der Spieldauer Rille eng an Rille legen; der Steuermechanismus wird kaum in Tätigkeit treten. Erst bei den großen Lautstärken wird er den Rillenabstand verbreitern; aber auch dort dank der Rückregelfähigkeit der Vorschubsteuerung den immerhin vorhandenen Amplitudenschwankungen unverzüglich folgen, also jede Rille so eng wie möglich der Nachbarrille anschmiegen.

Der Raumgewinn beim raumsparenden Schneiden ist also dann am größten, wenn die aufzuzeichnende Darbietung eine starke Dynamik besitzt. Es gelang beispielsweise, auf eine Seite einer 33 1/3-Langspielplatte mit Mikrorillen üblicher Tiefe die "Scheherazade von Rimskij-Korssakow" mit einer Spieldauer von 40 Minuten unterzubringen, während die gleiche Platte, mit Mikrorillen konstanten Abstandes geschnitten, ohne Qualitätsminderung höchstens 24 Minuten Abspielzeit aufnimmt.

Bei Darbietungen, die sich ständig im Piano oder ständig im Forte bewegen, wird der Unterschied zwischen beiden Schnittarten freilich geringer sein, z. B. bei einer modernen Tanzmusik, deren Schlagbaß eine in großer Amplitude fast gleichbleibende Folge von Modulationsstößen in gleichbleibendem Abstand von etwa 0,5 Sekunden liefert, also bei jeder Umdrehung der Platte mindestens einmal den Rillenabstand stark vergrößert.

Eine 17cm-Platte mit 45 U/min kann also u. U. mit 9 Minuten klassischer Musik bespielt werden, während sie mit moderner Tanzmusik schon nach 7 Minuten voll bespielt ist.

Zwischen dem Füllgrad einer Platte für eine bestimmte Darbietung der Zeitdauer läßt sich eine mathematische Integral-Beziehung aufstellen, auf die wir hier nicht eingehen wollen.

Jedes für die Plattenaufnahme bestimmte Tonband würde einen Kennwert erhalten, mit dessen Hilfe sowohl der die Folie schneidende Techniker wie auch der Programmgestalter an Hand einer Tabelle im voraus bestimmen könnte, wieviel Platz eine bestimmte Darbietung in raumsparender Schrift einnehmen wird.

Besonders der Programmgestalter, der bestimmen muß, auf welcher Plattenklasse eine Darbietung oder eine Zusammenstellung einzelner Darbietungen in den Handel gebracht werden sollen, ist auf diese Vorausbestimmung dringend angewiesen. Bisher hatte er es nur mit feststehenden Werten zu tun, die sich nach Bedarf durch Veränderung der Schnitt-Tiefe und des Rillenabstandes geringfügig ändern ließen. Die möglichen Abspielzeiten sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Der große Gewinn bei 33 1/3 U/min mit Mikrorillen ist deutlich zu erkennen.

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Abschließend möchten wir nicht versäumen, Herrn Eduard Rhein für seine wertvollen Hinweise, die uns bei unserer Arbeit sehr förderlich waren, zu danken.

Ebenfalls gehört Herrn Wilhelm Albrecht unser Dank, dessen Unterstützung bei der konstruktiven Ausführung des Steuergetriebes und der Speichervorrichtung für uns sehr wertvoll war.
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...... und die "Mechanischen Werke Albrecht" aus Berlin finden Sie
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• im Fernsehmuseum auf
• den MWA "Mechanische Werke Albrecht" Seiten.

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