Der bedeutende Fortschritt, den die Schallplattentechnik in den letzten Jahren erreichte, wurde ermöglicht durch die Einführung der Kunststoffplatte (anmerkung : die Vinyl-Scheibe von 1948 und 1949), die eine fast kornfreie und sehr viel gleichmäßigere Oberfläche hat als die alte Schellackplatte.

Dieses neue Schallplattenmaterial ermöglichte es, die Abmessungen der Schallplattenrillen zu verringern und damit auf der gleichen Fläche wesentlich mehr Rillen unterzubringen als auf der alten Schellack-Normalplatte. In Verbindung mit der gleichzeitig verringerten Umlaufgeschwindigkeit von 78 U/min auf 45 bzw. 33 1/3 U/min wurde damit die Langspielplatte (und die 45er RCA Single) geschaffen, deren Spieldauer etwa 3 bis 4 mal größer ist als die der Normalplatten (gemeint sind die 78er) gleichen Durchmessers.

Hand in Hand mit dieser Verlängerung der Abspieldauer wurde die Wiedergabequalität wesentlich verbessert u. a. durch Erweiterung des Frequenzbereiches, Verminderung des Plattenrauschens und Erhöhung der Dynamik.

Diese neue Technik der Schallplatte bringt für die Abtastung eine ganze Reihe von Problemen und Bedingungen mit sich, denen moderne Schallplattenabtaster heute genügen müssen und die wesentlich über die Forderungen hinausgehen, die man früher an Normalplattenabtaster stellen mußte.

Diese Forderungen betreffen teilweise die konstruktiven mechanischen Eigenschaften, wie leichte Umschaltbarkeit von Normal- auf Mikroabtastung, leichte Auswechselbarkeit der Abtastnadel, kleine räumliche Abmessungen und dergleiche.

Teilweise betreffen sie die elektroakustischen Eigenschaften, wie Empfindlichkeit, Frequenzkurve und nichtlineare Verzerrungen; andererseits betreffen sie die mechanischen Wechselwirkungen zwischen Platte und Abtastspitze, die wiederum auf die elektroakustischen Eigenschaften zurückwirken.
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Die Rille hat die Form eines Grabens, dessen seitliche Wände unter annähernd 45° geneigt sind, so daß beide Rillenwände etwa 90° miteinander bilden.

Der Boden der Rillen hat einen Abrundungsradius von 25µ bzw. 7,5µ bei 78er Normal- bzw. 33/45er Mikrorillen, die obere Rillenbreite beträgt 150µ bzw. 50µ.

Damit ist die Größe der Abtastspitze, die bei modernen Abtastern durchweg aus sehr hartem Material, wie Saphir oder Diamant besteht, in engen Grenzen festgelegt. Die Abtastspitze hat die Form eines Rundkegels mit einem Kegelwinkel von etwa 55°, der am unteren Ende kugelförmig abgerundet ist. Nur diese Abrundungskugel ist mit der Platte im Eingriff.

Um eine sichere Auflage und Führung an den Rillenwänden zu garantieren, muß der Abrundungsradius der Abtastspitze wesentlich größer sein als der des Rillengrundes. Andererseits darf die Spitzenverrundung keinesfalls so groß sein, daß die Berührungszone zwischen Spitze und Rillenwand am oberen Rillenrand liegt, da dieser Rand nicht so glatt und störungsfrei ausgebildet sein kann wie die mittlere Zone der Rillenwandung, insbesondere, da alle bei der Handhabung der Platte entstehenden leichten Beschädigungen der Plattenoberfläche sich vorzugsweise am oberen Rillenrand bemerkbar machen, was bei der Abtastung störende Kratz- und Knackgeräusche zur Folge hätte. (Anmerkung : Das war "ein" Satz von Dr. Ahrens.)

Unter Berücksichtigung dieser Grenzen hat man die Abrundungsradien für die Normalabtastspitze mit etwa 65um, für die Mikrospitze mit etwa 25µ festgelegt.
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Dieser von der Auflagekraft herrührende Druck wirkt normal zur Rillenwand, wenn sich keine Tonmodulation auf der Rille befindet. Bei der modulierten Rille, also seitlich ausgelenkter Rille, treten zu dieser Kraft weitere Kräfte hinzu.

Die modulierte Rille hat die Aufgabe, der Nadelspitze des Abtastsystems eine horizontal gerichtete hin- und hergehende Bewegung zu erteilen, wobei das Abtastsystem dafür zu sorgen hat, daß die Ausgangsspannung des Abtastsystems der Auslenkgeschwindigkeit der Nadelspitze proportional ist.

Die Proportionalitätskonstante, die Empfindlichkeit, gemessen in mV pro cm/s, ist von der Frequenz abhängig und ihre Darstellung in Abhängigkeit von der Frequenz ergibt den Frequenzverlauf des Tonabnehmersystems.

Da die Nadel im Abtastsystem elastisch befestigt ist und in die Ruhelage zurückfedern will, widersetzt sie sich einer seitlichen Auslenkung mit einer bestimmten Kraft K, die der Auslenkung proportional ist und die wir als Rückstellkraft bezeichnen und deren Größe wir bei einer bestimmten Auslenkung, z. B. 100µ angeben.

Diese Kraft, die die Rillenwand in horizontaler Richtung auf die Nadelspitze ausübt, läßt sich vektoriell zerlegen und wirkt unter Berücksichtigung der 45°-Neigung der Rillenwand genau so, als ob auf die Nadelspitze eine Komponente in Richtung der Normalen zur Rillenwand von der Größe K x (Wurzel aus 2) und eine nach oben gerichtete Vertikalkraft von der Größe K, die der Auflagekraft entgegengerichtet ist, einwirkt.

betragen. Würde in diesem Beispiel die Auflagekraft nur 6g* betragen, so wäre die durch die Auslenkung bewirkte nach oben gerichtete Komponente größer als die nach unten wirkende Auflagekraft, d. h. die Nadelspitze würde nicht mehr fest auf den Rillenwänden ruhen, sondern bei jeder Auslenkung längs der Rillenwände aufwärts rutschen und vielleicht ganz aus der Rille springen; die sichere Führung der Nadel in der Rille wäre vorbei.

Als Minimalforderung ergibt sich also die Regel, daß die Auflagekraft größer sein muß als das Produkt: Maximalauslenkung x Rückstellkraftkonstante.

Erfahrungsgemäß erweist es sich als nützlich, die Auflagekraft 2 bis 3 mal größer zu wählen, als es diesem Minimalwert entspricht, um in allen Fällen eine sichere Führung in der Rille zu gewährleisten.

Bild 4 zeigt oben entsprechend Gleichung (1) den Frequenzverlauf des Betrages der dynamischen Rückstellkraft im ganzen Frequenzbereich. Darunter ist entsprechend Gleichung (2) die Bewegung der Nadelspitze bei konstanter Rillenauslenkung dargestellt, die bei der Frequenz w2 = l/Wurzel aus mC² ein Maximum hat, das von der Elastizität der Platte herrührt. Oberhalb dieser „Plattenresonanz" sinkt die Amplitude und damit die Empfindlichkeit auf Null ab. Die punktierten Linien zeigen den Verlauf bei Anwesenheit einer Dämpfung.

Diese kritische minimale Auflagekraft erlaubt also eine Beurteilung der effektiv wirksamen dynamischen Rückstellkraft. Dividiert man diese kritische minimale Auflagekraft durch die jeweilige Amplitude A der Schallplatte, reduziert man sie also auf 1µ Auslenkung und trägt man sie als Funktion der Frequenz auf, so erhält man für alle Abtaster einen einheitlichen charakteristischen Verlauf entsprechend der in Bild 4 oben dargestellten Kurve. Unterhalb 500 Hz, also im Bereich der statischen Rückstellkraft, verläuft die minimale Auflagekraft horizontal.

Bei hohen Frequenzen oberhalb 3000Hz bis etwa 10.000Hz steigt sie annähernd quadratisch an, da sie hier im wesentlichen durch die wirksame Masse der Nadelspitze und der mit ihr verbundenen schwingenden Teile bestimmt wird.

In diesem Bereich gilt also Kmin = mA x w2, wobei der Faktor m = 2 die effektive schwingende Masse der Abtastspitze ergibt. Die in die Kurve eingezeichneten Punkte stellen die experimentell ermittelten Werte der kritischen minimalen Auflagekraft des Elac-Kristallsystems KST8d dar, aus denen man den günstigen Verlauf der dynamischen Rückstellkraft dieses Systems erkennen kann.
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Kurve A stellt die Schneidkurve dar, die angibt, mit welchen relativen Schnelle-Amplituden die Schwingungen einer Schallquelle auf der Schallplatte aufgezeichnet werden würden, wenn diese im gesamten Frequenzspektrum einen konstanten Schalldruck erzeugen würde. Der Schalldruck wirklicher Schallquellen, - Sprache oder Musik -, fällt sowohl nach den tiefen Frequenzen als auch nach den hohen Frequenzen stark ab.

Kurve B stellt die Ausgangsspannung des KST-8-Systems dar bei Erregung mit konstanter Geschwindigkeit der Auslenkung. Der entsprechend der Schneidkurve (A) mit der Frequenz stark schwankende Amplitudenverlauf der Schallplatte erfordert eine Korrektur dieses Frequenzverlaufes durch ein Entzerrungsglied. Nach Einschaltung eines solchen einfachen RC-Entzerrungsgliedes (Bild 2) ergibt sich die KST-8-Ausgangsspannung nach Kurve C, die einen völlig ausgeglichenen Frequenzverlauf von 20Hz bis etwa 15.000Hz aufweist und damit die Voraussetzung für eine gleichmäßige Wiedergabe bis zu den höchsten Frequenzen des Hörspektrums erfüllt.

Das KST-8-System zeichnet sich ferner durch sehr geringe nichtlineare Verzerrungen aus. Die nichtlinearen Verzerrungen beurteilt man am besten an Hand des Intermodulationsverhaltens. Intermodulation nennt man die unerwünschte gegenseitige Beeinflussung zweier oder mehrerer gleichzeitig auf der Schallplatte aufgezeichneter Frequenzen.

Die Wiedergabe der oszillografischen Aufzeichnung in Bild 5 zeigt, daß der Intermodulationsgrad selbst bei den höchsten Aussteuerungen, die auf der Schallplatte gelegentlich vorkommen, nur wenige Prozent beträgt und damit eine hochwertige verzerrungsarme Abtastung im ganzen Dynamikbereich gewährleistet ist.

Die moderne Vinyl-Schallplatte und ihr Abtaster haben in den letzten Jahren einen hohen technischen Stand erreicht (Anmerkung : Wir befinden uns immer noch in 1955 !), der weit über die Technik der früheren Jahre hinausgeht, so daß nunmehr auch an die anderen Bauteile der elektroakustischen Kette, z. B. die Lautsprecher, die in vielen Fällen die Wiedergabegüte begrenzen, hohe Anforderungen zu stellen sind, wenn man alle Möglichkeiten der neuen Schallplattentechnik ausschöpfen will.

(Mitteilung aus dem Laboratorium der Electroacustic GmbH.)

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