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Aus der Funkschau 1982 Heft Nr. 25/26
"100 Jahre Ton- und Bildspeicherung"
Artikel Nr. 50 und 51 (von 72)

von Prof. Dr. hc. Walter Bruch in 1982
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Das Tonbandgerät auf dem Weg zur High-Fidelity


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Bild 59. Dr. Walter Weber, der Entdecker der Vorteile der Hf-Vormagnetisierung

Der Zufall, der den Weg für die letzte Grundsatzerfindung zur Verbesserung der Tonband- aufzeichnung wies, wird als gut lesbare Story meist zu sehr in den Vordergrund geschoben. Wie bei all diesen zufälligen Entdeckungen ist ihnen eine intensive Beschäftigung mit der Materie vorausgegangen, die den Blick des Entdeckers geschärft hat.

So war es bei der Entdeckung der magnetischen Fernwirkung eines stromdurchflossenen Drahtes durch Oerstedt, mit der wir unsere „Tonbandstory" eingeleitet haben, so war es auch bei der Entdeckung der Qualitätsverbesserung mittels einer Zusatz-Hochfrequenzmagnetisierung durch Dr. Walter Weber.

Die Braumühl Erfinder-Story . . .

Die „Story" lassen wir uns von Dr. Hans Joachim von Braumühl (1900-1980) erzählen, dem Chef des Laboratoriums der Reichs-Rundfunk-Gesellschaft (RRG), in dem Dr. Walter Weber (1907-1944, Bild 59) 1940 auf jenen überraschenden Effekt stieß, der zum „Braumühl-Weber-Patent" [42) führte. Weber hatte mit neuentwickelten Verstärkern versucht, das Magnetofon zu verbessern.
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Das schilderte von Braumühl authentisch in einem Interview so [43]:

  • "Bei dem Bau von solchen Verstärkern und dem Experimentieren damit passierte nun der sogenannte „Zufall", daß der Verstärker plötzlich - sowas tun Verstärker manchmal - in Rückkopplungsschwingungen geriet, das heißt als Generator, als Sender wirkte, und dem Kopf des Magnetbandgerätes nun eine hohe Frequenz zuführte. Man merkte unverzüglich, daß das auf Band sonst immer vorhandene Störgeräusch bei der Wiedergabe nun verschwunden war. Wenn eine Hochfrequenz zusätzlich dem Aufzeichnungskopf zugeführt wird, dann sinkt das Störgeräusch."

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Eines der letzten Referate von Dr. Weber

Zu einem Referat „Von der Wachsplatte zum Kleinstmagnetofon" von Dr. Walter Weber, geschrieben kurz bevor er im Alter von 37 Jahren durch einen Herzschlag aus einem erfolgreichen Forscherleben abberufen wurde, schrieb Dr. von Braumühl ein Vorwort [44].

Darin heißt es über Weber:

  • "Die Ausführungen über die Entwicklung der Schallaufzeichnungen und ihren Einsatz im Rundfunk dürften ein um so größeres Interesse beanspruchen, als der Verfasser (Weber) an allen Stadien der Verbesserung maßgeblich beteiligt war. Die Erfolge bei der sprunghaften Verbesserung des Magnettonverfahrens sind ein besonderer Verdienst."


Danach und nach einem Koloquiumsvortrag von Weber am 23.10.1940 sowie aus internen Akten der AEG wollen wir den Beitrag der RRG zur Magnetofonentwicklung schildern.

Großkunde Rundfunk (RRG) im Visier der Entwickler

Im Jahre 1935 wurde erstmals im Laboratorium der RRG das Ur-Magnetofon auf seine Brauchbarkeit untersucht; es erreichte aber keineswegs die für den Rundfunk erforderliche Qualität. Ein Jahr später, nachdem einige Fortschritte erzielt waren, wurde ein zweiter Versuch unternommen.

Wenn auch damit noch keine für den allgemeinen Betrieb ausreichende Qualität erreicht werden konnte, wurde doch gemeinsam mit der AEG der Bau eines für den Rundfunk geeigneten Gerätes in Angriff genommen.

Die inzwischen bei der Herstellung des Magnetofonbandes erzielten Verbesserungen ermutigten zu den ersten Versuchen, das Magnetofon für Sendezwecke einzusetzen.

Webers Urteil:

  • „Das Magnetofonverfahren hatte jetzt etwa die Qualität der Schallfolie erreicht. An der Spitze stand für die RRG aber immer noch das Schneiden in eine Wachsplatte. Doch selbst diese Aufnahmen wurden im Vergleich zur Live-Übertragung kritisiert".

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Weber weiter:

  • „Die betrieblichen Vorteile, wurden allgemein anerkannt, man schätzte die leichte Handhabung, die Erschütterungsunempfindlichkeit bei beweglichem Einsatz, den leichten und bequem zu handhabenden Schallträger und schließlich die einfache Schneid- und Klebemöglichkeit des Schallmediums. Doch von seiten der Programmgestalter konnte eine besondere Beliebtheit des Verfahrens nicht beobachtet werden; der Einsatz für Sendezwecke war damit entsprechend gering. Das hohe Grundgeräusch des Magnetofonverfahrens machte eben alle anderen Vorteile illusorisch."

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Der Schlüssel liegt in der Remanenzkurve

Es gab bis dahin zwei Verfahren, um im einigermaßen geradlinigen Teil der Magnetisierungskurve aufzuzeichnen. Ihre Arbeitsweise ist in Bild 60 anhand der sogenannten „Remanenzkurve" dargestellt. Sie stellt statisch gemessen dar, welche Magnetisierung im Band verbleibt, wenn die Feldstärke H auf die Magnetschicht einwirkt.

Bei sehr kleinen Feldstärken erfolgt überhaupt keine Beeinflussung, erst bei steigender Feldstärke - nach beiden Richtungen - kommt man in einen einigermaßen linearen Teil. Dorthin muß man das Signal schieben. Eine Erkenntnis, die schon Poulsen hatte.

Er führte die Gleichstromvormagnetisierung ein. Man kann diese Verschiebungen auf der Kennlinie auch mit Permanentmagneten vornehmen - bei einfachen Diktiergeräten wird das auch heute noch gelegentlich gemacht. Weil so die Verschiebung sehr anschaulich erkennbar wird, wurden in unserer vereinfachten Prinzipdarstellung Permanentmagnete gezeichnet.

Bild 60. Methoden der magnetischen Tonaufzeichnung,

a) Wechselstromlöschung (Hf) und Gleichstrom- vormagnetisierung (Permanentmagnet);
b) Gleichstromlöschung in der magnetischen Sättigung (Permanentmagnet) und Gleichstromvormagnetisierung (Permanentmagnet);
c) Hf-Löschung und Hf-Vormagnetisierung (ermöglicht eine höhere Aussteuerung der Magnetisierung und vermindert das Rauschen)

Schüller und Meyer wußten das seit Anfang der 30er Jahre

Eines der beiden klassischen Verfahren, von Schüller und Meyer [29] schon Anfang der 30er Jahre untersucht, nutzte die Aufzeichnung auf der „jungfräulichen" Magnetisierungskurve, die durch Löschung mit Wechselstrom (Hf) erreicht wurde (Bild 60a).

Obwohl es ein geringeres Ruherauschen hat, denn auch ein entmagnetisiertes Band hat ein verbleibendes Grundgeräusch - in unseren Bildern ist es vernachlässigt -, wurde dieses Verfahren kaum angewendet.

Üblich war die zweite Methode (Bild 60b), die auf der Nutzung der Grenzhysteresisschleife beruht. Im Löschkopf wird die magnetische Schicht des Bandes durch ein Gleichfeld stark in die Sättigung hineinmagnetisiert (in Bild 60b durch einen starken Löschmagneten angedeutet).

In dem folgenden Sprechkopf wird nun von einem umgekehrt gepolten Gleichfeld in den geradlinigen Teil der Remanenz-Kurve hineinmagnetisiert (im Bild durch einen schwächer dimensionierten Permanentmagneten angedeutet).

Bis 5500 Hz bei einem Klirrfaktor von 10% und etwa 40dB Dynamik

Bild 61. Originalabbildung aus Poulsens erster deutschen Veröffentlichung (1900, [15]); Auswischen (Löschen) durch Magnetisierung in die Sättigung und Nutzsignal auf Gleichstromvormagnetisierung

Dem Gleichfeld ist das eigentliche Modulationsfeld überlagert. So ist das Verfahren einst schon von Poulsen erfunden worden (Bild 61). Man erreichte damit einen Übertragungsbereich bis 5500 Hz und bei einem Klirrfaktor von 10 % etwa 40 dB Dynamik.

Weber versuchte, durch eine Gegentaktschrift die quadratischen nichtlinearen Verzerrungen herausfallen zu lassen, was allerdings nicht viel brachte. Polieren der Magnetschicht war ein anderer Versuch. Und weiterhin versuchte er es mit der sogenannten „Noiseless- oder Reintonsteuerung", einem beim Tonfilm sehr erfolgreichen Verfahren, um das Kornrauschen herabzusetzen. In mühevoller Arbeit wurde das Störgeräusch in seinen Ursachen erkannt: Es war die Gleichstrom-Vormagnetisierung, die den einzelnen Eisenpartikeln eine zu starke, sich als Geräusch darstellende Magnetisierung gab. Versuche, bei leisen Stellen die Vormagnetisierung herabzusteuern, wurden bald aufgegeben.

Webers Versuche und der Zufall

Dann machte Weber Versuche mit einer Gegenkopplung. Die im Sprechkopf sich ausbildende Rauschspannung sollte in einer Brückenschaltung abgenommen und dem Sprechkopf in Gegenphase wieder zugeführt werden, um das Gleichfeld zu stabilisieren.

Bei diesen Gegenkopplungsversuchen trat die schon erwähnte Selbsterregung ein, die zur Beobachtung einer beachtlichen Störverminderung durch die überlagerte Hochfrequenz führte. Es folgte eine systematische Untersuchung dieser Erscheinung: Ihr Ergebnis - die Deutung und Dimensionierung des Effektes - das ist die große Tat von Weber, denn das Grundverfahren war, wie wir noch sehen werden, für Aufzeichnungen auf Stahl schon anderswo erfunden.

Lassen wir Weber selbst sprechen [44]:

  • "Ein Versuch sollte nun entscheiden, wie weit die Senkung des Störgeräusches an den leisen Stellen - denn nur dort war es störend - durch Zusatz von Hochfrequenz möglich war Das Störgeräusch wurde, wie erwartet, gesenkt, doch blieb die Löschwirkung auf den gleichzeitig aufzuzeichnenden Ton aus. Die Erkenntnis war verblüffend und richtungsweisend für weitere Versuche.
  • Durch Aufzeichnen der mutmaßlichen Magnetisierungskennlinie und durch Kombinieren der vielen bisher gesammelten Erfahrungen wurde schließlich Klarheit in den Aufzeichnungsvorgang gebracht. Erst damit war der Weg für weitere Entwicklungen freigeworden Es würde zu weit führen, all die Einzelheiten aufzuzählen, die schließlich zu dem vollendeten Hochfrequenzmagnetofon geführt haben. Nach etwa zehn Monaten war das erste Versuchsgerät für den Betrieb fertig. Noch kein Verfahren hat so schnell und uneingeschränkt die Zustimmung des Betriebes, vor allem der Programmgestalter, gefunden."


Die addierte Hochfrequenz (Bild 60c) verschwindet auf dem Band, sie löscht sich selbst aus wie auch im Löschkopf. Das nach dem Kopfspalt streuend abfallende Feld bewirkt, daß eine immer kleinere Hysteresisschleife durchlaufen wird, bis sich bei „Null" die Hf selbst ausgelöscht hat. Es verbleibt nur die Nf-Magnetisierung. Optimal ist ein glockenförmiger Verlauf des Spaltfeldes. Soweit die damaligen Erkenntnisse von Braumühl und Weber.

Es kann nicht die Aufgabe dieser Historie sein, die Hf-Vormagnetisierung nach den neuesten Erkenntnissen zu deuten. Dazu sei auf die Fachliteratur verwiesen *).

*) Einen guten, kurzgefaßten Überblick findet man z. B. bei Johannes Webers: Tonstudiotechnik, 2. Aufl., oder bei Ernst Christian: Magnettontechnik; beide Franzis-Verlag, München.

Die Theorie liest sich so :

Bild 62. Diagramme zur Erklärung des Aufzeichnungsverfahrens

Nur soviel zu Bild 60c: Die Umsetzung von H nf in B r(Nf) erfolgt am oberen und unteren Teil der Remanenzkennlinie. Die Verformungen sind dort gegenläufig, so daß eine Linearisierung und Verlängerung der Aussteuerkennlinie erfolgt. Eine höhere Aussteuerung, also größere Dynamik, wird erreicht bei kleinerem Klirrfaktor, weil das Magnetisierungsrauschen nur bei Signal anwesend ist. Durch Zufall hatte Weber eine Methode gefunden, die in ihrer Funktion linearisierend wie eine Gegentaktschaltung wirkte und zusätzlich noch das Magnetisierungsrauschen weitgehend unterdrückte.

Bild 62 (von Schüllers verstorbenem Lehrer Erwin Meyer), in dem das Glockenfeld durch ein Trapezfeld idealisiert ist, möge - diese Beschreibung abschließend - den Vorgang bei der Aufzeichnung mit Hf-Vormagnetisierung erläutern.

Bild 62. Diagramme zur Erklärung des Aufzeichnungsverfahrens mit Hf-Vormagnetisierung nach E. Meyer [49]. a) Umhüllende des Stromes im Sprechkopf (Überlagerung von Hochfrequenz-Vormagnetisierungsstrom und Tonfrequenzstrom); b) Stromverlauf während des Zeitelementes At; c) Feldverteilung über dem Spalt; d) zeitlicher Verlauf des Magnetfeldes, das auf ein das Magnetfeld mit der Geschwindigkeit Ad/At durchlaufendes Bandelement einwirkt; e) magnetische Zustände, die das Bandelement beim Verlassen des Spaltfeldes durchläuft, die Hystereseschleifen enden im Remanenzpunkt.

Und die AEG kaufte dieses Patent sofort auf.

Der UFA-Palast in Berlin - Ein Bild aus 1936

Braumühl und Weber verkauften ihre Patentanmeldungen an die AEG, nachdem sie am 19. August 1940 - um 15 Uhr, wie es in einer hausinternen Aktennotiz heißt - dem AEG-Vorstand das Verfahren erstmals vorgeführt hatten. Am 10.6.1941 fand dann im „UFA-Palast am Zoo" in Berlin eine öffentliche Vorführung für die Presse und geladene Gäste statt.

Es war, und das mitten im Krieg, eine Sensation.
Der Verfasser besitzt eine Kopie des Bandes, umgespielt von einer entsprechend umgebauten K4; es war wirklich HiFi! Aus dem umfangreichen Programm ragen heraus: Die schon lange verstorbene Koloratursängerin Erna Sack mit den „Dorfschwalben aus Österreich" und eine Rezitation „Anekdote aus dem schlesischen Krieg", von dem unvergessenen Heinrich George.

Am 4. November 1943 wurde das Braumühl-Weber-Patent erteilt [42]
, jedoch beschränkt auf die Anwendung auf gepulverte Magnetogrammträger. Was anderes wollte man aber auch nicht.

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