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"tonband" - Heft 6 • Dezember 1971 • 8. Jahrgang
"Von der Bildplatte zur Audiofolie"

Von Karl Breh im Herbst 1971
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Der 24. Juni 1970 in Berlin

Der 24. Juni 1970 ist als bedeutsames Datum in die Geschichte der Unterhaltungselektronik eingegangen. Im Telefunken-Hochhaus, Berlin, stellten die AEG-Telefunken und die „Telefunken-Decca" Schallplattengesellschaft mbH (Teldec) die jüngste Frucht gemeinsamer Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Öffentlichkeit vor: die Bildplatte hatte an diesem Tag ihre Weltpremiere.

Die unbestrittenen Stars dieser Uraufführung waren nicht die anwesenden Spitzen der beteiligten Unternehmen AEG-Telefunken, Teldec und der englischen Decca, sondern die vier ebenso phantasiebegabten wie kühnen Entwickler dieses neuen audiovisuellen Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahrens, das man ohne Gefahr der Überschätzung als sensationell bezeichnen darf.

Die Namen von drei der an der Entwicklungsarbeit beteiligten Männer sind in der Fachwelt schon lange bekannt. Horst Redlich, Leiter der Bereiche Tontechnik und Entwicklung der Teldec und sein engster Mitarbeiter Hans Joachim Klemp (Bild 1) haben sich schon um die Stereoschallplatte verdient gemacht, als sie die Teldec 1955 in die Lage versetzten, die ersten Stereo-Langspielplatten in Europa auf den Markt zu bringen.

Auch die Entwicklung und Anwendung des die geometrischen Abtastverzerrungen erheblich reduzierenden Tracing-Simulator-Verfahrens, das als Royal-Sound-Stereo seinen kommerziellen Niederschlag fand, ist diesen beiden Männern der Teldec zu verdanken.

Aus dem Bereich der AEG-Telefunken wirkte kein geringerer mit als Dipl.-Ing. Eduard Schüller, Vater des „Magnetophons", der sich schon Anfang der dreißiger Jahre mit der magnetischen Schallaufzeichnung beschäftigt und den magnetischen Abtastkopf für Tonbandgeräte entwickelt hatte.

Im Jahre 1953 schloß er die Entwicklung seines Schrägschrift- verfahrens ab, das für die magnetische Bildaufzeichnung weltweite Verwendung gefunden hat. Der vierte und jüngste im Bunde ist Dr.-Ing. Gerhard Dickopp (AEG-Telefunken, Bild 2). Die Entwicklungsarbeit dieser vier Ingenieure führte im Zusammenhang mit der Bildplatte zur Anmeldung von rund zwanzig Patenten, was in Anbetracht der Bedeutung dieser Erfindung die deutsche Lizenz-Bilanz um einige Aktivposten aufwerten wird.

Was ist Bildplatte und was kann sie ?

Das Fernsehen beliefert uns täglich mit fertigen Programmen. Daraus erwachsen drei Bedürfnisse;

  • 1. Die Speicherung von Fernsehprogrammen zum Zwecke späterer Wiedergabe.
  • 2. Die Wiedergabe über das heimische Fernsehgerät von fertigen Programmen, die auf geeigneten audio-visuellen Trägern angeboten werden.
  • 3. Die Wiedergabe über das heimische Fernsehgerät von selbstgefertigten Programmen (Schmalfilm, Video-Kamera und Video-Band).


Seit einiger Zeit bietet die einschlägige Industrie Video-Systeme an, die eines, zwei oder alle drei der genannten Bedürfnisse befriedigen.

Das universellste Bild- und Tonspeicherverfahren ist das seit 1956 im professionellen Bereich angewandte Verfahren der magnetischen Bild- und Tonaufzeichnung. Es wird heute auch bei allen Consumer-Bildbandgeräten (Video-Recordern) angewandt, die für den privaten Benutzer bestimmt sind, also auch bei den Video-Kassettengeräten. Es erlaubt die Aufzeichnung von Programmen über den Fernsehempfänger oder die Herstellung eigener Programme mit Hilfe einer Fernsehkamera. Die Wiedergabe in schwarz-weiß ist unmittelbar nach der Aufnahme möglich, und zwar bei für alle Zwecke ausreichenden Spielzeiten. Wie in der Tonbandtechnik, können die Aufnahmen wieder gelöscht und das Magnetband kann für neue Aufnahmen benutzt werden.
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Andere Speicher- und Wiedergabeverfahren

Daneben kämpfen zur Zeit noch einige andere Verfahren, bei denen optisch aufgezeichnet und elektronisch wiedergegeben wird, um ihren zukünftigen Platz im Markt.

Es handelt sich um das EVR-Verfahren der CBS (Columbia Broadcasting System), das Selectavision-Verfahren der RCA (Radio Corporation of America) und das in der Studiotechnik seit langem bekannte Verfahren der elektronischen Abtastung fotografisch aufgezeichneter Filme, das nunmehr auch dem privaten Benutzer, z. B. für Super-8-Schmalfilme, zugänglich gemacht wird (z. B. Nordmende).
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Nur Wiedergabe bei EVR und Selectavision

EVR und Selectavision erlauben nur die Wiedergabe vorbespielter, fertiger Programme. Eigene Aufnahmen sind nicht möglich. Bei der Filmabtastung hingegen können eigene Schwarz-Weiß- oder Farbfilme über den Bildschirm des Fernsehgerätes wiedergegeben werden. Bei allen Verfahren sind ausreichende Spielzeiten möglich. Da sie alle mit bandförmigen Speichern arbeiten, erlauben sie alle keinen schnellen Zugriff zu einzelnen Programmteilen.

Im Bild 3 ist zusammengestellt, welche Erwartungen die verschiedenen Verfahren der Bildspeichertechnik erfüllen. Die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Verfahren ist durch schwarze Ringsegmente gekennzeichnet. In dieses Schema ist als neues Verfahren auch die Bildplatte aufgenommen.

Man sieht, daß sie bei ausreichender Spielzeit die Wiedergabe in schwarz-weiß oder in Farbe von vorgefertigten Programmen ermöglicht. Wie EVR, Selectavision und Filmabtastung erlaubt sie keine Aufnahmen von Programmen über das Fernsehgerät (keine Überspielung), aber sie bietet als einziges Verfahren den Vorteil schnellen Zugriffs, d. h. jede Stelle des Programms kann in kurzer Zeit aufgefunden und wiedergegeben werden, wie dies ja auch bei der normalen Schallplatte der Fall ist.

Die Informationsdichte ist aktuell noch gigantisch

Die Bildspeicherung setzt einen Speicher voraus, dessen Informationsdichte so groß ist, daß der im Vergleich zur Tonaufzeichnung um den Faktor 100 größere Informationsfluß untergebracht werden kann.

In Bild 4 ist die Tonaufzeichnung der Bildaufzeichnung gegenübergestellt. Man sieht, daß für die Bildaufzeichnung und -wiedergabe ein Informationsfluß von 3.107 bit/s verarbeitet werden muß.

Bild 5 zeigt die Unterschiede zwischen den verschiedenen Bildaufzeichnungsverfahren und Bildplatte. Das von der Kameraröhre durch Filmabtastung gelieferte Videosignal wird dem Verstärker-Modulator zugeführt und von da dem Schneidsystem, das, ähnlich wie bei einer normalen Schallplatte, die Modulation in eine Folie schneidet. Dabei kann man 500.000 bit/mm2 unterbringen. Von der Folie wird über Zwischenstufen, die sich wieder mit der Herstellung einer normalen Schallplatte vergleichen lassen, die Bildplatte in beliebiger Vervielfältigung gewonnen.

Die Druckabtastung (geschieht mechanisch) und die Zeilenzahl

Die in Form und Rillen in der Bildplatte gespeicherten audiovisuellen Modulation werden mittels eines neuartigen Abtastverfahrens, das die Erfinder „Druckabtastung" genannt haben, abgetastet und über einen Demodulator-Verstärker dem Fernsehgerät zur Wiedergabe zugeführt. In Bild 6 sind einige Eigenschaften der Bildplatte denen der anderen Bildspeicherverfahren gegenübergestellt.

Die Bildplatte gestattet eine Bildschärfe von 250 Linien, was einem Frequenzumfang der Übertragung von 3 MHz entspricht. Die Aufzeichnung auf Magnetband leistet in dieser Hinsicht auch nicht mehr.

Die Daten und die Träume der Entwickler

Das Verhältnis zwischen Netzspannung und unvermeidlicher Störspannung beträgt bei der Bildplatte mindestens 1 : 100, was 40dB entspricht. Bild und Ton werden auf einer gemeinsamen Spur aufgezeichnet, und zwar wird die Toninformation in der Zeilenaustastlücke der Bildübertragung untergebracht. Die Spielzeit beträgt bei einer Platte von 21cm Durchmesser 5 Minuten und bei 30cm Durchmesser 12 Minuten. Als Trägermaterial dient eine Kunststoffolie. Das Verhältnis von Spielzeit zu Kopierzeit ist bei der Bildplatte größer als 1000 und ist somit mindestens um den Faktor 20 günstiger als bei allen anderen Verfahren, die bandförmige Speicher verwenden. Dies wirkt sich natürlich nachhaltig auf die Speicherkosten aus. Sie betragen bei der Bildplatte je Stunde Spielzeit nur maximal 10,- DM. Auch der für die Wiedergabe der Bildplatte erforderliche „Plattenspieler" liegt mit schätzungsweise 500,- bis 1000,- DM weit unter dem Preis von Videorecordern.

  • Anmerkung : Der TED Abspieler sollte anfänglich jedoch 2.000.- DM kosten und war damit unverkäuflich. Die letzten Exemplare des TED Gerätes wurden originalverpackt neu für 100.- DM verschrottelt bzw. verhökert.

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Beeindruckende Promotion Vorführung

Im Rahmen der Pressekonferenz am 24. Juni wurden mehrere Programme über Bildplatte in schwarz-weiß vorgeführt. Die erreichte Bildqualität war erstaunlich gut und keinesfalls derjenigen unterlegen, die sich mit Videorecordern erreichen läßt.

Hinsichtlich der Anwendungsmöglichkeiten der Bildplatte sind der Phantasie keine Grenzen gesetzt: Unterhaltung, Bildung, Information, Werbung sind nur die wichtigsten Anwendungsbereiche.

  • Anmerkung : Genau das Gleiche geschah bei der Vorstellung der ersten CD im März 1979, als alle Welt ganz begeistert aus Holland wieder abgereist war. Und dann hieß es auf einmal, die CD würde nicht richtig klingen.

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Die Technologie der Bildplatte

Sie besteht aus einer papierdünnen Kunststoffolie. Untersuchungen der Oberfläche von Schallrillen normaler Stereoplatten hatten gezeigt, daß die Oberflächenrauhigkeit nur etwa 100 Angström (= 10-5 mm beträgt). Eine Modulation mit einer Auslenkung von nur 0,5-1µ läge demnach immer noch zwei Zehnerpotenzen über der Oberflächenrauhigkeit. Bei der Bildplatte werden Wellenlängen von etwa 2µ aufgezeichnet. Theoretisch brauchte die Rillenbreite auch nicht größer zu sein. Aber aus Gründen der Abtastung wird ein Rillenabstand von 7-8µ verwendet, was einer Rillendichte von 120 bis 140 Rillen je Millimeter Speicherbreite entspricht.


Aufzeichnung mit Frequenzmodulation

Die Übertragung beruht auf dem Prinzip der Frequenzmodulation. Sie ermöglicht es, alle Frequenzen mit der gleichen Amplitude ausschließlich in Tiefenschrift aufzuzeichnen und damit Rille an Rille anzuordnen, ohne Platz für dazwischenliegende Stege zu verschenken.

Welche "schneidtechnischen" Probleme zu lösen waren, bevor es gelang, solche Folien "zu schneiden", dürfte auch der Laie ahnen. (Wirklich ??)

Jedenfalls ist es mit der Bildplatte gelungen, ein Speichersystem von 500.000 bit/mm² Speicherdichte zu entwickeln, das in dieser Hinsicht allen bisher bekannten Speichern überlegen ist (mögliche Anwendung in Großrechenanlagen!). Die Bildplatte kann bei einem Durchmesser von 30cm 109, d. h. 3 Milliarden Signale aufnehmen. Benutzt man hiervon z. B. zur Aufzeichnung eines Fernsehbildes 3 Millionen je Sekunde, so kann man theoretisch 1000 Sekunden Programm aufzeichnen.
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1500 Umdrehungen = in 60 Sekunden also 1500 Bilder

Die Aufzeichnungsdrehzahl ist so gewählt, daß je Umdrehung ein volles Fernsehbild - also zwei Halbbilder - aufgezeichnet wird. Entsprechend der Fernsehnorm muß die Bildplatte 25 Bilder je Sekunde übertragen, in 60 Sekunden also 1500 Bilder. Deshalb dreht sich die Bildplatte auch mit 1500 Umdrehungen in der Minute. Um die bei solch hohen Drehzahlen entstehenden Massenträgheitskräfte klein zu halten, besteht die Bildplatte aus einer dünnen, extrem wenig massebehafteten Folie. Dies bietet außerdem den Vorteil der Anwendungsmöglichkeit eines Schnellpreßverfahrens, was wiederum die Kosten senkt.

Der Vergleich der Systeme aus 1971

  Magnetband EVR Selectavision Schmal-Film Bildplatte
Bildschärfe 250 Linien 3 MHz 300 Linien 4 MHz 250 Linien 3 MHz 250 Linien 3 MHz 250 Linien 3 MHz
Störabstand >40 dB >40 dB >40 dB >40 dB >40 dB
Ton getrennte Tonspur getrennte Tonspur getrennte Tonspur getrennte Tonspur gemeinsame Spur für Ton und Bild
  ca. 60 Mm 2x25 Mm SW 25 Min F ca. 60 Min ca. 30 Min 21cm=5Min 30cm=12Min
Speicherart Magnetband Spezial-sw-Film Kunststoff band Super 8-Film Kunststoffolie
Verhältnis Spielzeit : Kopierzeit <50 <50 <50 <50 > 1 000
Speicherkosten je Stunde Spielzeit ca. 100 DM ca.100DM SW ca.200DM F ca. 20 DM ca. 200 DM <10 DM
Art der Abtastung Magnetkopf Punktlichtröhre Laser und Vidicon Punktlichtröhre Druckabtaster
Gerätepreis ca. 2000DM ca. 3000DM ca. 1500DM ca. 2000DM 500-1000DM

Die Druckabtastung

Man mag schon über die Kühnheit der Dichtspeichertechnik gestaunt haben. Solche ultramikroskopischen Rillen, in denen nicht einmal der für den Abtastvorgang normaler Schallplatten so lästige Staub mehr Platz hat, auf mechanischem Wege abzutasten, erscheint schlechthin ausgeschlossen. Wie soll ein mechanischer Abtaster in der Lage sein, 3 MHz abzutasten, wo bei hochwertigsten Tonabnehmern für normale Schallplatten oberhalb 18 bis 20 kHz, also oberhalb der Resonanzfrequenz, die durch die Elastizität der Schallrille und der Masse der Abtastnadel bestimmt wird, der Frequenzgang steil abfällt?

Rein theoretisch wären auf diesem „klassischen" Weg bestenfalls noch 50-80 kHz übertragbar. Auch muß eine Nadel, die Amplituden von höchstens 2µ abtasten soll, einen Verrundungsradius unter 1µ haben und dadurch selbst bei jeder denkbaren Mindestauflagekraft die Platte hoffnungslos zerstören (der Verrundungsradius der Schneide einer Rasierklinge liegt in vergleichbarer Größenordnung!).

Mit List aber ohne Tücke

Die erste List, die von den vier Ingenieuren angewandt wurde, bestand darin, die Bewegungsabtastung - die ja zur Höhenresonanz führt - durch eine Druckabtastung zu ersetzen, die bis zu fast beliebig hohen Frequenzen funktioniert.

Die zweite List galt der Abtastnadel. Diese - bestehend aus Diamant oder Saphir - erhielt die Form einer Kufe (Bild 7). Unter dem Einfluß der Auflagekraft von etwa 0,2p verformen sich die Modulationen, allerdings dank der relativ großen Auflagefläche nur elastisch und nicht etwa irreversibel plastisch.

Die Höhenunterschiede des Rillengrunds werden in entsprechende Druckunterschiede umgewandelt. Die Verteilung des Druckes auf der kufenförmigen Abtastspitze entspricht näherungsweise der aufgezeichneten Information im Auflagenbereich.
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Die Abtastnadel als Gleit-Kufe

Wesentlich für die Wirkungsweise ist nun, daß die Abtaststufe unsymmetrisch ausgebildet ist. Sie besitzt auf der einen Seite eine sanfte Verrundung und auf der anderen eine scharfe Kante.

Die sanfte Verrundung liegt auf der Vorderseite. Dadurch kann der Abtaster ähnlich wie eine Schlittenkufe leicht über die Rillenmodulation hinweggleiten, ohne sie zu zerstören.

Während der Abtastung ist der Abtaster mit einer zeitlich konstanten Kraft belastet, der eine Wechselkomponente überlagert ist. Diese Wechselkomponente entspricht dem aufgezeichneten Signal. Sie kommt durch die scharfe Kante auf der Rückseite der Abtasterkufe zustande.

Die zusammengedrückten Modulationsberge werden jeweils schlagartig entlastet, wenn sie unter der Abtastkante hinweggleiten. Die plötzliche Entlastung wird vom Abtaster registriert. So ist es zu erklären, daß nicht eine vermischte Information aus dem gesamten Auflagenbereich, sondern nur die Information am Ort der Kante abgetastet wird.

Die Abtastkufe aus Diamant ist mit einem Körper aus Piezo-Keramik verbunden, der die Druckschwankungen in ein elektrisches Signal umwandelt, das an den seitlich liegenden Elektroden abgegriffen wird. Der Abtaster ist so dimensioniert, daß im Übertragungsbereich keine mechanischen Resonanzen auftreten. Unter anderem bedeutet dies, daß die linearen Abmessungen des Keramikwandlers kleiner als 0,2mm sein müssen.
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Nur ein Hauptmotor ??

Der prinzipielle Aufbau des Plattenspielers sei ebenfalls kurz erklärt: Er besteht nur noch aus einem Motor und einer über Riemenantrieb in 1500 U/min versetzten Welle. Ein Plattenteller existiert nicht. Die Folie wird durch ein Mittenloch zentriert auf die Antriebswelle aufgesetzt und durch drei Stifte mitgenommen. Durch die schnelle Rotation entsteht zwischen der sich drehenden Folie und der leicht gewölbten, starren Oberfläche des Chassis ein Luftstrom, der die Bewegung der Folie stabilisiert und den Höhenschlag unter 50µ hält.

Beinahe wie ein Tangetialtonarm

Der Abtaster läuft radial auf einer feststehenden Brücke, und zwar, da die Rillenbreite ja konstant ist, mit konstantem Vorschub, der über ein Getriebe von der Antriebsachse gewonnen wird. Es handelt sich demnach um einen echten Tangentialtonarm, bei dem aber alle Probleme, die durch die Füllschrift und die deshalb erforderliche Servosteuerung entstehen, entfallen.

Ebensowenig gibt es Gleichauf- oder gar Rumpelprobleme. Der Zwangsvorschub ist übrigens durch Knopfdruck abschaltbar. Der Abtaster wird dann wegen seiner elastischen Aufhängung jeweils ein Stück von der "spiraligen Rille" mitgenommen, um anschließend wieder um dasselbe Stück zurückzuspringen. Das Ergebnis ist die ständige Wiederholung einer kurzen Bildfolge. Dabei wird die Modulation nicht im geringsten beschädigt, wie man bei der Vorführung aus der gleichbleibenden Bildqualität schließen konnte.

  • Anmerkung : Das stimmt aber nur bei der Präsentation. In der Realität geht das 20 oder 30 Minuten, dann hat das Bild an dieser Stelle Aussetzer.


Kombiniert man dies mit einem langsameren Zwangsvorschub, so kann man Bewegungsabläufe auch in Zeitlupe zeigen. Auch das stehende Bild ist möglich. Das Gerät ist gegenüber Erschütterungen weitgehend unempfindlich, viel unempfindlicher jedenfalls, als ein hochwertiger HiFi-Plattenspieler.

Die Audiofolie

Die Bildplatte sichert der Schallplatte als Informationsspeicher für die überschaubare Zukunft ihre Existenz neben dem Magnetband.

Anmerkung : Stimmt natürlich auch nicht mehr. Es gab nie eine Audiofolie. Das waren alles here Träume, die aber die Telefunken Mannen auch nie dementierten. Es gab da nämlich einige Probleme mit der damals aktuell verfügbaren Technik. Wen interesiert ein kleiner Bildspratzer ? Bei Hifi war das gleich einKnacks und der war ziemlich laut.

Die für den HiFi-Freund aufregendste "Perspektive" an der Bildplatte ist die Tatsache, daß sie selbstverständlich auch als reine Audio-Platte verwendbar ist. Aufgrund des für die reine Tonaufzeichnung um den Faktor 100 kleineren Informationsflusses ergäben sich rein theoretisch ungewöhnlich lange Spielzeiten auf einer 30cm-Folie, die nur einseitig bespielt ist. Ohne jede Einbuße an Übertragungsqualität ließen sich die für Quadrophonie erforderlichen vier Tonkanäle unterbringen. Der Fremdspannungsabstand läge, da man die Informationsdichte gar nicht voll ausnutzen müßte, weit über dem heute üblichen.

Begriffe wie tangentialer Spurfehlwinkel, Skating kraft, Gleich lauf Schwankungen, Rumpeln und Höhenschlag, würden ihre Relevanz verlieren. Damit wäre die Schallplatte oder, besser gesagt, die Schallfolie, für die HiFi-Technik der ideale Tonträger, zumal sie im Archiv sehr viel weniger Raum beanspruchen würde als die jetzige massive Schallplatte.

Entwicklungstechnisch könnte die Audiofolie morgen schon auf den Markt kommen. Die Hauptschwierigkeit wird darin bestehen, eine ganze Industrie auf die damit verbundenen, zumindest in wichtigen Bereichen (z. B. Pressen) andere Produktionsmittel voraussetzenden Herstellungsverfahren umzustellen. Sicher ist jedoch, daß in nicht allzu ferner Zukunft die HiFi-Anlage neben einem konventionellen HiFi-Plattenspieler einen „Folienspieler" mit dazu passendem Demodulator für Zwei- oder Vierkanalstereofonie umfassen wird.

Die viel geliebte, solide und sperrige Schallplatte wird dann allmählich der dünnen, flexiblen Audio-Folie weichen müssen. Ob nun als Schallplatte oder in abgemagerter Form als Folie, die vier Ingenieure der AEG-Telefunken und der Teldec haben die Existenz des Diskus als Tonträger höchster HiFi-Qualität, dessen Ende schon so oft prophezeit wurde, nicht nur gesichert, sondern gegen jede denkbare Konkurrenz erheblich gefestigt. Dieser Aspekt ist für mich, neben der ihr zugrunde liegenden Ingenieurleistung, das aufregendste an der Bildplatte.

  • Anmerkung : Hier hat sich Dipl.-Physiker Karl Breh gründlich geirrt, weil ihn die angeblich so genialen Telefunken Entwickler nie richtig schlau gemacht hatten bzw. über die Hintergründe dieser Technik aufgeklärt hatten. Das ganze TED System funktionierte immer noch voll analog. Es gab ja einen Grund, warum Philips die 60 Minuten Laser Disc zwar in 1972 vorgestellt hatte, aber nie auf den Markt gebracht hatte. Die Entwickler im Labor in Breda arbeiteten schon am digitalen Speicher mit ungeahnt besseren Möglichkeiten. Und so kam erst die Audio-CD, dann die Video Disc.

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