von K. P. EFFENBERGER - Klaus Peter Effenberger ist Mitarbeiter des Shure Verbindungsbüros Europa, Bad Soden (Taunus). (überarbeitet im Mai 2012)

Ein Tonabnehmer stellt also einen elektromechanischen Wandler kleinster Größenordnung dar. Jedoch erweist es sich in der Praxis oft als recht schwierig, den festen Kontakt zwischen dem Abtastdiamanten und der Schallplattenrille aufrechtzuerhalten, und das bei möglichst minimaler Auflagekraft, um den Diamanten und auch das Programmmaterial soweit wie möglich vor allzu schnellem Verschleiß zu schützen.

Bereits geringe Abweichungen des Abtaststiftes von der durch die Schallplatte vorgegebenen Information wird die Übertragung der gesamten Wiedergabekette beeinträchtigen. Was das Tonabnehmersystem falsch aus den Rillenauslenkungen „erfühlt", kann kein nachfolgendes Glied der Übertragungskette jemals zurückbringen.

Diese Übertragungseigenschaften werden hauptsächlich in zwei Frequenzbereichen beeinträchtigt: nämlich bei tiefen Frequenzen, (wo?) bei denen die mechanische Compliance des dynamischen Tonabnehmers den Rillenauslenkungen Grenzen setzt, und im hohen Frequenzbereich, bei denen nachweisliche Verzerrungen - begünstigt durch Rillendeformation und durch allzu hohe Amplitudenbeschleunigungen - die für den mechanischen Aufbau des nach dem dynamischen Prinzip arbeitenden Systems beträchtliche Hindernisse darstellen.

Von diesen zwei Frequenzbereichen ist der zweite, also der Bereich hoher Frequenzen, der schwerwiegendste. Tatsächlich galten die mit hohen Frequenzen verbundenen Probleme für lange Zeit als unüberwindlich und wurden generell als kinematische Rillenverzerrungen abgetan.
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Es ist offensichtlich, daß hochfrequentes, mit großen Schnellenwerten geschnittenes Programmaterial recht häufig anzutreffen ist. Dabei handelt es sich um relativ kurzzeitige, aufeinanderfolgende Impulsspitzen von insgesamt ein oder zwei Sekunden Dauer, die jedoch eine hochkomplizierte Struktur aufweisen.

Werden nun diese Signale durch Fehlabtastung verzerrt, dann klingen sie „rauh", „schrill" und „scheppernd". Mit anderen Worten: Sind Störsignale tiefer oder mittlerer Frequenzen in der Information enthalten, dann wird der gesamte Klangcharakter verändert, ja geradezu „degradiert".
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Bis dahin existierten folgende drei Meßmöglichkeiten:

a) durch subjektive Hörvergleiche,
b) durch Klirrfaktormessungen,
c) durch das Differenztonverfahren.

Hörtests, die von gewöhnlichen Instrumentalaufnahmen ausgehen, können zwar für grobe Vergleiche dienen, lassen aber immer der subjektiven Urteilskraft einen relativ großen Spielraum, denn das (gehörte und gesehene) Signal kann kaum definiert und charakterisiert werden.

Klirrfaktormessungen werden durch die Oberwellenstruktur eines Signals stark beeinflußt. Man geht hier von der Tatsache aus, daß an einer nichtlinearen Kennlinie neben der zugeführten Frequenz fo weitere Frequenzen als ganzzahlige Vielfache von fo entstehen. Je nach Art der Verzerrung, ob symmetrisch oder unsymmetrisch, treten ungeradzahlige oder geradzahlige Teilschwingungen auf.

Diese Meßmethode weist jedoch den entscheidenden Nachteil auf, daß die Auswertung Zeit kostet, da der prozentuale Anteil der Verzerrungen nicht direkt meßbar ist.

Werden die X- und Y-Achsen eines Oszillografen durch die beiden Einzel-Informationen des Stereo-Signals abgelenkt, dann entstehen - je nach Abtastung - Oszillogramme, wie sie im Bild 3 dargestellt sind.

Diese Art der Erfassung der Abtastfähigkeit wird von der Firma Shure im Rahmen eines Phono-Prüfprogramms ausgenutzt. Dieses Verfahren weist zwar ein wesentlich besseres Verhältnis von Spitzenwerten zum mittleren Signalpegel auf als eine einzelne Sinusinformation. Es ist jedoch für eine stetige, hochpegelige Aufzeichnung auf Schallplatten nicht praktikabel. Alle die bisher beschriebenen Meßmöglichkeiten weisen Nachteile auf.

Wird ein solches Testsignal auf Platten aufgenommen und zur Prüfung von Tonabnehmer- systemen herangezogen, dann können die Resultate auf drei verschiedenen Wegen ausgewertet werden:

• 1) In Hörtests durch Feststellung der Veränderungen von Impulsfolgekomponenten und Intensität des Signals;
• 2) durch Beobachtung des Ausgangs -Signals mit einem Oszillografen;
• 3) durch Filter- oder Spektrumanalysen.

Hörtests wie auch visuelle Auswertungen sind immer noch recht subjektiv, da ausschließlich Tonveränderungen und sichtbare Verzerrungen auf dem Schirm des Oszillografen bemerkbar sind, die von starker Fehlabtastung stammen.

Werden jedoch beide Methoden gleichzeitig angewandt, dann kann der Beobachter beide Ergebnisse miteinander verknüpfen und so zu einer besseren Auswertung kommen.

Man kann diese Kurven in drei grundlegende Bereiche einteilen :

• 1. Einwandfreie Abtastung
  Der Tonabnehmer behält einen einwandfreien Kontakt zu den Rillenwänden. Die Impulsform und das Spektrum sind ähnlich Bild 7. Die trotzdem gemessenen Abtastverzerrungen sind hier abhängig von restlichen, beim Aufnahmeprozeß entstandenen Verzerrungen. Dieser Zustand wird durch Punkt A gekennzeichnet.
• 2. Grenzwert einwandfreier Abtastung
  Das Bild 11 (weiter unten rechts) zeigt das bei Punkt B, Bild 10, analysierte Signal. Dieser Zustand ist instabil, und Oszillogramme wie auch spektrale Auswertungen schwanken, als ob die Auflagekraft durch Plattenschlag ständig verändert würde. Die Abtastschnelle wird also durch die Instabilität des Signals charakterisiert. Die durchschnittlichen Verzerrungen sind gegenüber der einwandfreien Abtastung etwas angehoben.
• 3. Fehlabtastung
  Bei Punkt C tastet der Tonabnehmer äußerst unsauber ab. Hier würde der starke Verzerrungsanteil auch der visuellen Auswertung des Oszillogramms wenig Zweifel an der Fehlabtastung zulassen. Die Höhe der Verzerrungsmeßwerte ist vergleichsweise hoch.

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An dieser Stelle sei eindringlich davor gewarnt, einen Tonabnehmer oberhalb der empfohlenen maximalen Auflagekraft zu betreiben, da hierbei unweigerlich der Testplatte die Eigenresonanzen des Tonabnehmers durch „Sekundär-Prägung" [1] aufgeprägt werden würde.

Entsprechende Schäden trägt die Platte auch bei zu geringer Auflagekraft davon. Werden Testplatten mit den hier beschriebenen Impulspaketen benutzt, so steht zum ersten Mal eine objektive Meßmethode der Abtastfähigkeit von Tonabnehmern bei hohen Frequenzen zur Verfügung, deren Resultate meßtechnisch ausgewertet werden können.

Außerdem gestattet diese Methode Einsicht in Zusammenhänge zwischen Abtastverhalten und Form sowie Abnutzungsgrad des Diamanten. Auf Grund dieser Betrachtungen und den hier beschriebenen Versuchen entstand die Shure-Testplatte TTR103, die bereits von vielen unabhängigen Testinstituten zur Ermittlung der Abtastfähigkeit im Bereich hoher Frequenzen herangezogen wird.

Arbeitsgrundlage zu diesem Referat war der Vortrag von R. Anderson und P. Jenrick, beide bei Shure Brothers Inc., anläßlich der 41. Convention of the Audio Engineering Society in New York.

[1] Jacobs, B.W.: Frequenzganganalysen von Tonabnehmersystemen mit Hilfe von Meß-Schallplatten. FUNK-TECHNIK Bd. 25 (1970) Nr. 22, S. 883-885, 888

Shure war bei Tonabnehmersystemen der weltweite Marktführer zur damaligen Zeit. Mehr über die Firma Shure und deren Produkte kommt auf der Hersteller-Seite.