Sie sind hier : Startseite →  Wissen & Technik→  Der Spalt in den Tonköpfen

Ein Artikel aus der KlangBild Januar 1977

In unserem Museums-Archiv habe ich eine Menge fachlich guter Artikel über die Dimensionierung von Magnetspalten in den Tonköpfen von Tonbandgeräten, Videorecordern und Data-Bandgeräten gefunden.

Die meisten Artikel oder Abhandlungen sind zwar fachlich exzellent, jedoch didaktisch nur bedingt zum Verstehen geeignet.

Hier ist ein Artikel aus der KlangBild vom Januar 1977, der auch für Laien einigermaßen geeignet ist.

.

Kopfspalt und Frequenzgang von Tonbandgeräten

Die wichtigsten Komponenten eines Magnetband-Aufzeichnungssystems sind das Magnetband und die Tonköpfe für den Löschvorgang, die Aufnahme und die Wiedergabe.

Ein Magnetband besteht aus zwei Schichten: Auf eine Trägerfolie, gewöhnlich Accetat oder Polyester, ist feinkristallines Eisenoxydpulver aufgegossen, das mit einem Bindemittel vermischt wurde.

Die Magnetpartikel bilden die Magnetschicht des Bandes. Sie besitzen die Fähigkeit, Magnetenergie festzuhalten, wenn ein externes magnetisches Feld sie durchdringt.

Der Aufnahmekopf

Dieses externe Feld wird von einem Aufnahmekopf erzeugt, der ebenso wie ein Elektromagnet arbeitet. Erreicht ihn ein Wechselstromsignal, baut er ein Magnetfeld auf. Wie jedes Magnetfeld hat es einen Nord- und einen Südpol. Wenn es mit den Magnetpartikeln des vorbeibewegten Bandes in Kontakt kommt, magnetisiert es die Oxydteilchen in die eine oder andere Richtung. Je nach Verlauf der sinusförmigen Signalschwingungen wechseln in der Magnetschicht Nord- und Südpol einander ab.

Auf dem Band entsteht eine Serie magnetischer Muster, die mit den variierenden Tonfrequenzen übereinstimmen, die der Tonkopf empfängt. Je höher die Frequenz, um so kürzer die Magnetfeldlänge. Je tiefer die Freqenz, um so länger die Ausdehnung des magnetischen Feldes. Ein komplettes Signal, so wie das eines Symphonieorchesters, wird zu einer Serie magnetischer Muster ganz unterschiedlicher Länge führen.

Der Wiedergabekopf

Erreichen diese Magnetfelder den Wiedergabekopf, findet ein umgekehrter Prozeß statt: Sie induzieren magnetische Flußlinien im Wiedergabekopf. Die dabei entstehende Spannung wird verstärkt und den Lautsprechern zugeführt. Soviel zur (laienhaft erklärten) Funktion des Magnetsystems.

Von entscheidender Bedeutung für die höchste noch wiederzugebende Frequenz ist die Breite des Wiedergabe-Kopfspaltes. Je kürzer die Wellenlänge eines musikalischen Klangs, um so höher die Frequenz.

  • Anmerkung : Dieser Satz ist hier für Laien extrem erklärungsbedürftig. Was ist eine Wellenlänge ?)

.

Die Wellenlänge

Wird die Wellenlänge der Bandaufzeichnung aber so kurz, daß sie mit der Spaltbreite des Wiedergabe-Kopfes übereinstimmt, kann der Kopf keine Spannung mehr induzieren. Die naheliegendste Lösung wäre, den Kopfspalt enger als die kürzeste Wellenlänge des Audio-Spektrums auszulegen. Doch derZusammenhang ist weniger eindeutig, als es scheint.

Ein Beispiel: 15.000Hz (Schwingungen pro Sekunde) werden auf dem Magnetband mit 30.000 einzelnen Magnetfeldern festgehalten. Die Länge einer Welle (einer Schwingung) entspricht zwei Magnetfeldern (ein Feld wird durch den positiven, das zweite durch den negativen Anteil der Sinusschwingung erzeugt).

Falls die Bandgeschwindigkeit 38cm/sec beträgt, wird die Frequenz 15.000Hz mit einer Wellenlänge von 25,33µm aufgezeichnet (1µm = 1/1ooo mm).

Je kleiner die Bandgeschwindigkeit ist, um so weniger Platz steht also einer einzelnen Tonschwingung zur Verfügung. So ist bei 19cm/sec eine Schwingung von 15.000Hz schon auf eine Wellenlänge von 12,66µm reduziert. Bei 9,5cm/sec verringert sie sich auf 6,33µm und beträgt bei 4,75cm/sec schließlich nur noch 3,16µm. Die Wellenlänge wird mit abnehmender Geschwindigkeit also immer kürzer.

Oder anders ausgedrückt, die Wellenlänge eines 15.000Hz-Tons bei 4,75cm/sec ist identisch mit einer 60.000Hz- Schwingung bei 19cm/sec !

Die Gretchenfrage zur optimalen Höchsten Frequenz :

Oft wird folgende Frage gestellt: Wenn es möglich ist, Cassetten-Recorder zu bauen, die bei 4,75cm/sec 15.000Hz reproduzieren, warum werden dann keine Spulen-Tonbandgeräte angeboten, deren Frequenzgang bis 60.000 Hz reicht? Ein Tonbandgerät mit einem derartigen Frequenzgang wäre ohne weiteres geeignet, bei 19cm/sec die Modulationen einer CD-4 Schallplatte aufzunehmen, obwohl lediglich 45.000Hz erforderlich wären. Es gibt Tonbandmaschinen mit diesem Frequenzverhalten. Die Tatsache aber, daß nicht alle Hersteller dieses Ziel anstreben, läßt auf Faktoren schließen, die gegen eine alleinige Verbesserung des Frequenzgangssprechen.

Effizienz und Signalpegel

Damit kommen wir zur Schilderung einer anderen Gesetzmäßigkeit: der wechselseitigen Beziehungen zwischen Spaltbreite und Effizienz. Erinnern wir uns, um auch die höchsten Frequenzen einwandfrei abtasten zu können, muß die Spaltbreite des Wiedergabe-Kopfes reduziert werden. Unglücklicherweise ist der enge Kopfspalt weniger wirkungsvoll.

Wenn die Spaltbreite z. B. von 4µm auf 1µm reduziert wird, sinkt der Pegel der Ausgangsspannung auf 25% seiner ursprünglichen Höhe - das entspricht einem Pegelabfall von 12dB. Um 15.000Hz noch bei 4,75cm/sec reproduzieren zu können, muß der Wiedergabe-Kopf einen sehr engen Spalt aufweisen (etwa 1µm).

Soll allerdings der Signalpegel eines Spalts mit 4u Breite erreicht werden, bedarf es einer größeren Verstärkung des Signals. Mehr Verstärkung aber bedeutet auch mehr Rauschen. Die Lösungsmöglichkeiten: eine aufwendigere Elektronik, Rauschunterdrückungs-Schaltungen oder die Veränderung der Parameter des Tonkopfs.

Keine optimale Spaltbreite für alle Gechwindigkeiten

An dieser Stelle ist der Einwand möglich, daß alle diese Methoden auch bei dem 4µ breiten Spalt genutzt werden könnten, um den Rauschabstand zu erhöhen. Die Antwort hierauf ist die Frage nach einem harmonischen Ausgleich.

Durch den breiteren Spalt, der bei Tonbandmaschinen mit hohen Bandgeschwindigkeiten (38 und 19cm/sec) möglich ist, erübrigt sich aufgrund der guten Stör- und Geräuschspannungsabstände der Gebrauch zusätzlicher Einrichtungen zur Rauschunterdrückung. Die Kosten derartiger Maschinen sind geringer oder verlagern sich auf die Verbesserung anderer Aspekte des Produkts.

Die professionelle Methode zur Bestimmung der richtigen Spaltbreite beginnt mit der Entscheidung, für welche Bandgeschwindigkeit das Tonbandgerät idealerweise auszulegen ist.

Dann wählt der Ingenieur einen Spalt, der das ganze Audio-Spektrum zu erfassen vermag (oder soweit als praktikabel). Und schließlich sucht er die Effizienz des Tonkopfs zu verbessern, um den optimalen Signal-Rauschabstand zu gewährleisten.

Die beste Lösung aller Probleme, die bei Magnetbandaufzeichnung und -wiedergabe auftreten, bleibt weiterhin die Wahl der höheren Bandgeschwindigkeit.

harman

- Werbung Dezent -
© 2003/2018 - Copyright by Dipl. Ing. Gert Redlich - Germany - Wiesbaden - Impressum - DSGVO - Privatsphäre - Zum Flohmarkt