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"tonband" - Heft 6 • Dezember 1971 • 8. Jahrgang
Der technische Weg zur Farbbildplatte
2. Die Wiedergabetechnik

Von Gerhard Dickopp im Sommer 1971

Erklärung von Speicher und Abspieleinrichtung

Der Speicher, die Bildplatte selbst - in einer Tasche oder einem Magazin - ist die eine Komponente des hier vorgestellten Video-Systems, die Abspieleinrichtung, der Bildplattenspieler, ist die andere.

Ihm fällt die Aufgabe zu, die gespeicherte Information aus der Platte herauszulesen, sie aufzubereiten und in das eigentliche Wiedergabegerät, den Fernsehempfänger, einzuspeisen. Dabei besteht die Bedingung, daß diese dreifache Aufgabe mit einem der Platte angemessenen Aufwand bei gleichzeitig einfacher Bedienung durch den Benutzer zu lösen ist.

Billiger Speicher bedingt auch preiswerte Abspielgeräte

Wir haben gehört, daß ein wesentlicher Vorteil des Bildplattensystems in den niedrigen technischen Kosten für den Speicher liegt. Dieser Vorteil kommt natürlich nur voll zum Tragen, wenn er auf der Geräteseite sein Äquivalent findet, mit anderen Worten, wenn sich die Aufwandsoptimierung auf das ganze System, also auf Aufzeichnung, Vervielfältigung und Wiedergabe erstreckt. Das wiederum bedeutet, daß die Aufzeichnungs-, Ver-vielfältigungs- und Wiedergabemethoden gut aufeinander abgestimmt sein müssen. Ich hoffe, es wird mir gelingen, diese Abstimmung innerhalb des Systems deutlich werden zu lassen.

Der Lesevorgang

Lassen Sie mich mit dem Lesevorgang beginnen. Bei diesem Vorgang wird das räumliche Nebeneinander der Information auf dem Speicher in ein zeitliches Nacheinander verwandelt. Das geschieht bei Band- oder Plattenspeichern bekanntlich dadurch, daß man Speicher und Abtastorgan in eine - möglichst gleichmäßige - Relativbewegung zueinander bringt. Beim Schallplattenspieler wird diese Bewegung mit Hilfe eines sich drehenden mehr oder weniger gewichtigen Plattentellers erzeugt, auf dem die Schallplatte ruht. Diese Methode ist auf die Schallabtastung zugeschnitten, die nur eine verhältnismäßig kleine Abtastgeschwindigkeit erfordert.

Der Unterschied zur Schallplatte

Der gegenüber einer Schallübertragung wesentlich größere Informationsfluß einer Bildübertragung verlangt eine entsprechend erhöhte Abtastgeschwindigkeit. So beträgt die Abspieldrehzahl der Bildplatte 1500 U/min gegenüber einer Drehzahl von 33 oder 45 U/min für eine Schallplatte.

Bei diesen hohen Drehzahlen kann man auf einen Plattenteller für den Plattenantrieb verzichten. Wie das folgende Prinzipbild (Bild 1) zeigt, wird die Platte nur zentral angetrieben. Sie rotiert über einem ortsfesten Tisch und läuft dabei auf einem sich selbständig ausbildenden Luftkissen. Dabei erweist sich die Folienform des Speichers als besonders vorteilhaft. Die Folie kann sich beim Abspielen der Oberfläche des Tisches anschmiegen. Dadurch wird eine sehr gute Laufruhe erzielt. - Vorteile der Folienform also nicht nur für die Schnellpreßtechnik, sondern auch hinsichtlich des Abspielens.

Die doppelte Funktion der Plattenrille

Wie bei der Schallplatte hat auch bei der Bildplatte - wie schon gesagt wurde - die Plattenrille eine doppelte Funktion.

Zum einen ist die Signalspur, zum anderen übernimmt sie die Führung des Abtastorgans. Da aber die Bildplattenrillen im Gegensatz zu den Schallplattenrillen über den gesamten bespielten Bereich eine konstante Dichte haben, kann vom Abspielgerät eine einfache Grobführung vorgenommen werden. Die Plattenrille braucht nur die Feinführung zu übernehmen. Um der Rille die Möglichkeit zu einer solchen Feinführung zu geben, ist der Abtaster elastisch mit der Zwangsvorschubeinrichtung verbunden und wird durch Federdruck auf der Platte gehalten.

Sogar die senkrechte Betriebslage ist erlaubt

Diese Abtasterhaltung ermöglicht auch bei den erforderlichen geringen Auflagekräften noch eine einwandfreie Spurhaltung und gibt uns in Verbindung mit der Luftkissenlagerung der Platte eine hohe Unempfindlichkeit des Gerätes gegen äußere Erschütterungen.

Außerdem erlaubt sie jede beliebige Betriebslage des Gerätes, z. B. auch die senkrechte. Entscheidend für die Funktionsfähigkeit des ganzen Systems ist das Abtastorgan selbst. Es muß, wie schon angedeutet wurde, in der Lage sein, die in der Rille in Form eines Reliefs niedergelegte Information zu ertasten, bei einer Feinheit des Reliefs, die die der Schallplatte um ca. zwei Zehnerpotenzen übersteigt, und das mit einer Schnelligkeit, die ebenfalls um ein Vielfaches über der der Schallplattenabtastung liegt.
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Optisch, magnetisch oder mechanisch ????

In der Vergangenheit erschienen nur optische und magnetische, beide also trägheitslose Methoden für eine solche Aufgabe geeignet. Solche Methoden erweisen sich aber bei näherer Betrachtung zur Abtastung einer mechanisch gespeicherten Information von einem Träger, der außerdem die Möglichkeit einer einfachen mechanischen Spurhaltung bietet, als nicht optimal. Im Sinne einer Aufwandsoptimierung kommt nur eine mechanische Abtastung in Betracht, die sich in Form der Druckabtastung allerdings wesentlich von den bisher bekannten mechanischen Abtastverfahren unterscheidet.
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Merkmale der Druckabtastung

Es wurde eben als wesentliches Charakteristikum für die Druckabtastung herausgestellt, daß bei ihr der Abtaster keine Bewegung ausführt, sondern in starrer Lage von den Oberflächenverformungen der Platte ausgehende Druckimpulse erfährt, die ihrerseits in einem piezo-keramischen Wandlerkörper in ein elektrisches Signal umgesetzt werden.

Die Abtasterspitze

Bei Anwendung der Druckabtastung auf eine Dichtspeicherplatte wird es zur Vermeidung einer Plattenzerstörung durch den Abtaster zusätzlich erforderlich, der Abtasterspitze eine spezielle Form zu geben. Sie ist im folgenden Bild dargestellt (Bild 2). Es zeigt einen Schnitt durch die Abtasterspitze und den Rillengrund in Längsrichtung der Rille.

Die Spitze hat die Form einer Kufe und überdeckt mehrere Wellenzüge. Die Wellenberge werden unter dem Einfluß der Auflagekraft des Abtasters elastisch verformt. Die zusammengedrückten Berge werden jeweils schlagartig entlastet, wenn sie unter der scharfen Kante auf der Rückseite der Abtastkufe hinweggleiten. Dieser Entlastungsimpuls wird als Signal registriert.

Die Auflagekraft und die Entlastung der Wellenberge

Die Höhe der Entlastungsstöße hängt offensichtlich von der Größe der ursprünglichen Belastung der Wellenberge ab, also von der Auflagekraft. Diese Größe aber wird im normalen Betrieb infolge von Fertigungstoleranzen und einem nicht ganz zu vermeidenden Höhenschlag der Platte erheblichen Schwankungen unterliegen. Es wäre also wenig sinnvoll, die "Impulshöhe" als Signalkenngröße zu wählen.

Eine Direkt- oder amplitudenmodulierte Aufzeichnung scheidet damit aus. Ganz anders als mit der "Impulshöhe" vorhält es sich mit den zeitlichen Abständen zwischen je zwei Impulsen. Sie können auch bei schwankender Auflagekraft sehr genau eingehalten werden. Das gilt im besonderen dann, wenn die die Impulse erzeugenden Wellenberge konstante Höhe besitzen.

Es wird als Frequenzmodulation bezeichnet

Nach dem Gesagten ist es also sinnvoll, den zeitlichen Abstand der Impulse, bzw. die Länge der Wellenzüge auf der Platte zur Kennzeichnung des jeweiligen Signalwertes zu verwenden, was gleichbedeutend ist mit der Anwendung der Frequenzmodulation.

Und zwar ist es zweckmäßig, die Frequenzmodulation möglichst auf alle Signalkomponenten, also auf das Helligkeitssignal, das Farbsignal und das Tonsignal anzuwenden.

Die optimale Ausnutzung der Speicherfläche

Auch die Art der Aufzeichnung hat also wie die Folienform des Speichers wieder eine doppelte Begründung. Sie ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Speicherfläche, da sie keine unbelegte Fläche zwischen zwei Spuren erforderlich macht, und sie führt zu einer weitgehend störungsfreien Signalabtastung.

Es wurde schon früher erwähnt, daß die Bildplatten für ein Abspielen mit konstanter Drehzahl ausgelegt sind. Daraus resultiert eine sich mit dem Rillenradius ändernde Abspielgeschwindigkeit. Eine veränderliche Abspielgeschwindigkeit aber bedeutet, daß keine feste Beziehung zwischen aufgezeichneter Wellenlänge und abgetasteter Frequenz besteht.
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Darstellungen der Wirkungsweise des Abtasters

Zur Kennzeichnung der Wirkungsweise des Abtasters sind dementsprechend zwei Darstellungen erforderlich: eine erste, die die Abhängigkeit des abgetasteten Signals von der Wellenlänge bei fester Frequenz zeigt und eine zweite, die den Frequenzgang bei konstanter Wellenlänge wiedergibt.

Der prinzipielle Verlauf der ersten Funktion ist in der folgenden Abbildung (Bild 3) dargestellt. Auf der Abszisse ist die Wellenzahl k, in Ordinatenrichtung die Höhe des Abtasterausgangssignals s aufgetragen. Die Darstellung läßt deutlich zwei Teilbereiche im Verlauf des Ausgangssignals erkennen. Der erste, horizontal verlaufende Abschnitt kennzeichnet den Abtastbereich, in dem die Auflagelänge der Abtasterkufe auf der Platte kleiner ist als die aufgezeichnete Wellenlänge, im zweiten abfallenden Teilabschnitt liegt die Abtasterkufe über eine Reihe von Wellenzügen auf der Platte auf.

In diesem Abschnitt nimmt die Signalspannung in erster Näherung proportional mit 1/k ab. In ihm liegt auch der eigentliche Arbeitsbereich der Bildplatte. Die dem Frequenzhub entsprechenden Wellenlängen liegen innerhalb der gestrichelten Markierungen.

Für den Abfall des Ausgangssignals mit kleiner werdender Wellenlänge gibt es eine anschauliche physikalische Erklärung: Es wurde vorhin gesagt, daß die Höhe des Entlastungsimpulses, der entsteht, wenn ein Wellenberg aus dem Kontaktbereich der Abtasterkufe herausgleitet, proportional der Auflagekraft des Tasters ist.

Es ist aber leicht einzusehen, daß er außerdem proportional der tragenden Fläche des Wellenberges und damit proportional der Wellenlänge ist. Für das Zustandekommen dieser Abhängigkeit ist zu unterstellen, daß die Kante auf der rückwärtigen Seite der Abtastkufe unendlich scharf ist. Das kann bei nicht allzu kurzen Wellenlängen auch in guter Näherung angenommen werden.

Werden aber die Wellenzüge so kurz, daß ihre Verrundungen in die Größenordnung der Kantenverrundung kommen, so trifft die Annahme der Scharfkantigkeit nicht mehr zu. Dann kommt es zu einem verstärkten Signalabfall, wie er durch den strichpunktierten Kurvenabschnitt angedeutet ist. In diesem Wellenlängenbereich wird der Signalabfall schließlich proportional 1/k2.

Die geometrischen Abmessungen der Abtasterbausteine

Die nächste Abbildung (Bild 4) zeigt im Prinzip die Frequenzabhängigkeit des Abtasters bei der Annahme einer konstanten Wellenlänge. Der Funktionsverlauf wird im wesentlichen durch die geometrischen Abmessungen und die Materialeigenschaften der Abtasterbausteine bestimmt. Diese Bausteine sind in der nächsten Abbildung zu erkennen, die den Abtaster in seiner Gesamtheit zeigt (Bild 5).

Die Kufe, die z. B. aus Diamant besteht, ist fest verbunden mit einem Wandlerkörper aus Piezokeramik. Dieser aktive Abtasterteil ist über eine elastische Zwischenschicht an einem Halteröhrchen befestigt. Wie die Frequenzgangkurve zeigt, wird der ausnutzbare Arbeitsbereich des Taters nach oben und nach unter durch Resonanzbereiche begrenzt. Die Resonanzüberhöhung bei hohen Frequenzen entsteht, wenn die halbe Schallwellenlänge im Wandlerkörper in die Größenordnung von dessen Abmessungen kommt.

Durch eine entsprechende Bemessung des Wandlerkörpers läßt sich die obere Resonanz ohne Schwierigkeit auf mehr als 5 MHz hinausschieben. Für die Begrenzung des Arbeitsbereichs zu tiefen Frequenzen hin ist das Schwingungsgebilde verantwortlich, das im wesentlichen aus der Masse des Keramikkörpers und den Federungseigenschaften der elastischen Zwischenschicht bestimmt ist. Durch eine entsprechende Dimensionierung und die Materialauswahl für die Zwischenschicht läßt sich die Resonanzfrequenz dieses Gebildes unter 200 kHz legen. Damit ist ein resonanzfreier Arbeitsbereich des Abtasters geschaffen, der sich über vier bis fünf Oktaven erstreckt.

Die Signaldekodierung

Mit der Kenntnis der in den Bildern 3 und 4 dargestellten Abhängigkeiten und der durch die Platte gegebenen spektralen Störsignalverteilung läßt sich der Bereich für den Frequenzhub optimal wählen.

Der von uns festgelegte Hubbereich erstreckt sich ca. von 3 bis 4 MHz. Er läßt eine Videobandbreite von nahezu 3 MHz zu. Der erreichbare Videostörspannungsabstand liegt bei 40dB. Die Signalaufbereitung für das Videohelligkeitsignal entspricht weitgehend der in einem Magnetbandgerät. Sie ist Bild 6 zu entnehmen, das sich auf die einfache SW-Version des Abspielgerätes bezieht.

Hinter dem Abtaster folgen ein Vorverstärker und ein Frequenzgang- Entzerrungsnetzwerk. Darauf folgen ein Begrenzungsverstärker, der FM-Demodulator, ein Tiefpaß zur Beseitigung der Trägerreste und ein Videoverstärker. Das Tonsignal ist im Zeilenaustastbereich im Videosignal enthalten. Es wird von Videosignal abgezweigt, demoduliert und mit diesem gemeinsam einem UHF-Modulator zugeführt.

Die Wiedergabe der Farbe

Zur Wiedergabe farbiger Programme kann man sich die Tatsache zunutze machen, daß im normalen Fernsehbild eine gewisse Redundanz besteht. Es ist bekannt, daß zur Erzielung einer Vertikalauflösung, die der Horizontalauflösung des Bildes entspricht, man mit einer geringeren Zeilenanzahl als 625 pro Vollbild auskommen würde. Der Grund für die verhältnismäßig hohe Zeilenzahl liegt darin, daß eine wahrnehmbare Zeilenstruktur im Bild auf den Betrachter störend wirkt. Es wird aber praktisch kein Schärfeverlust wahrgenommen, wenn der Bildinhalt benachbarter Zeilen miteinander vermischt wird.

Bei dem von uns verwendeten Verfahren werden in einer periodischen Sequenz zeilenweise der Rot-, der Grün- und der Blauanteil eines Bildes aufgezeichnet. Die in der gleichen Reihenfolge auch wieder abgetasteten Anteile werden mit Hilfe von Verzögerungsgliedern wieder so zusammengesetzt, daß sie in jeder Zeile simultan zur Verfügung stehen. Dieser Mischprozeß wird nur für die niederfrequenten Bildanteile (bis ca. 1 MHz) vorgenommen, die höherfrequenten Anteile werden in jeder Zeile unverändert wiedergegeben. Durch diese zusätzliche Maßnahme wird ein sichtbarer Schärfeverlust fast völlig vermieden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß das wiedergegebene Farbbild bezüglich Frequenzbandbreite und des Störsignalabstandes gegenüber dem SW-Bild keine Einbuße erleidet.

Die Standardisierung der Bildplatte für andere Farbsysteme

Es ist nicht erforderlich, für die verschiedenen Farbfernsehsysteme unterschiedliche Platten herzustellen. Eine solche Unterscheidung braucht nur, wie eben schon ausgeführt wurde, im Hinblick auf die verschiedenen Zeilenzahlen und Bildwechselfrequenzen vorgenommen zu werden. Bei gleicher Zeilenzahl und Bildwechselfrequenz kann der Übergang von einem Farbsystem zu einem anderen durch eine Transcodierung im Wiedergabegerät ohne einen wesentlichen Mehraufwand auf der Geräteseite hergestellt werden. Auf diese Weise wirde eine so weit wie möglich gehende Standardisierung der Bildplatte erreicht.

2017 - Es hatte nie richtig funktioniert

Wie vorhin schon angedeutet wurde, sind von uns zwei verschiedene Geräteversionen vorgesehen: ein Abspielgerät für Einzelplatten und Magazinspieler. Zur Bedienungserleichterung und zur Plattenschonung werden beide Gerätearten mit den Platten samt ihren Taschen beschickt. Die Platten werden im Gerät automatisch den Hüllen entnommen. Im Falle des Magazinspielers sind die Taschen in einem Magazin geordnet. Die Platten werden im Betrieb in der vorgeordneten Reihenfolge in Abspielposition gebracht und in zusammenhängender Folge praktisch unterbrechungsfrei abgespielt. Plattentasche und Magazin einerseits und Abspielgerät andererseits sind so aufeinander abgestimmt, daß eine Fehlbeschickung ausgeschlossen bleibt. Die Geräte werden in einer Schwarz-Weiß- und in einer Farbausführung zur Verfügung stehen.

Beide Gerätearten sollen 1973 auf den Markt kommen.
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  • Anmerkung : Hier ist auch wieder eine Träumerei sehr wohlwollend beschrieben. Praktisch unterbrechungsfrei sollte auch das Longitudinal Videorecordersystem der BASF funktionieren. Doch jeweils bei der Laufrichtungsumkehr flackerte das gespeicherte Bild und stockte gar fürchterlich. Es hatte eben nicht funktioniert. Das Video-System wurde wieder eingestampft. Die Fabrik in den USA wurde nie eröffnet. Bei unseren beiden TED Spielern dauerte das Einziehen der einzelnen Platte aus der Hülle oft Sekunden. Das ist eben nicht praktisch unterbrechungsfrei, das ist nicht akzeptabel bei einem Spielfilm zum Beispiel. Bühler Elektronik verramschte die letzten TED Spieler funkelnagelneu für 100.- DM. Einen von den Neuen haben wir auch geschenkt bekommen.

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