Die Schallrillengravur - Herleitungen für die Theorie zu Tonarmen

[be.audiophil]

Hallo Zusammen,

ich möchte heute unsere "Knowledgebase" zu Tonarmen und der TA-Einstellung gerne weiter füllen, denke aber, daß wir zuerst so einige theoretische Herleitungen erledigen müssen. Deshalb heute erstmal ...

Etwas Theorie zur Schallplatte

Schriftarten bei Schallplatten (*):

Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Gravurverfahren und Gravurarten.

Es existieren im Wesentlichen drei unterschiedliche Gravurverfahren, von denen zwei noch heute verwendet werden. Die Größe der Rille ist im Laufe der Jahre immer weiter verringert worden. Die heute allgemein verwendete Mikrorille hat unmoduliert eine Breite von 40 µm, der Rillengrund ist dabei mit einem Radius von ca. 8µm verrundet. Der Rillenabstand beträgt bei linearem Vorschub ohne Verwendung von Füllschrift etwa 70µm.

Tiefenschrift (Vertikalschrift):

Bei der von Edison verwendeten Tiefenschrift wird die Information durch die Eintauchtiefe des Schneidstichels in die Schallplatte eingeprägt. Die Tiefe ist direkt proportional zur Amplitude des aufgezeichneten Signales. Die maximale aufzuzeichnende Amplitude ist gering, da die Eintauchtiefe nicht beliebig groß werden kann. Um hohe Frequenzen wiedergeben zu können, muss die Nadel den Vertiefungen der Rille zudem sehr schnell folgen. Um dieses zu erreichen, musste die Auflagekraft des Tonabnehmers vergrößert werden.

Seitenschrift:

Bei der 1877 von Emil Berliner eingeführten Seitenschrift ist die Information in der horizontalen Auslenkung der Rille eingeprägt. Der Vorteil gegenüber der Tiefenschrift ist ein größerer Dynamikbereich und die einfachere Herstellung von Kopien. Auch ist im Gegensatz zur Tiefenschrift das Knistern deutlich reduziert. Die Seitenschrift wurde bei Grammophonen und frühen Plattenspielern verwendet. Sie ist nur für Mono geeignet und lenkte bei Grammophonen über eine Stahlnadel direkt eine in einen Trichter mündende Membran aus. Beim Abspielen einer Mono-Schallplatte in Seitenschrift mit einem Stereo-Tonabnehmer wird auf beiden Wiedergabekanälen das Monosignal wiedergegeben.

Flankenschrift:

Die von Alan Blumlein bereits um 1930 entwickelte, aber erst 1957 von der EMI vermarktete Flankenschrift ermöglichte erstmals monokompatible Stereo-Aufzeichnungen. Die Schallinformation für den linken und rechten Kanal wird dabei in die 45°-Flanken der Rille eingeprägt. In der innenliegenden Flanke wird dabei der linke Kanal, in der außenliegenden Rillenflanke der rechte Kanal abgespeichert. Die Richtung der Auslenkung des Schneidstichels ist dabei so gewählt, dass ein Monosignal, das mit einem Stereoschneidkopf aufgezeichnet wird, eine Seitenschrift erzeugt. Hierdurch ist Abwärtskompatibilität zu Mono-Systemen gewährleistet: Wenn eine Stereo-Schallplatte auf einem Mono-Abspielgerät wiedergegeben wird, wird lediglich die horizontale Auslenkung der Rille wiedergegeben. Diese entspricht der Summe (L + R) beider Kanäle.

Rheinsches Füllschriftverfahren:

Die Füllschrift wurde 1950 von Eduard Rhein erfunden und ist keine eigene neue Plattenschriftart, sondern bezeichnet vielmehr die aussteuerungsabhängige Steuerung des Rillenabstandes auf dem Tonträger. Sie wurde entwickelt, um die Spieldauer weiter zu erhöhen. Da die seitliche Auslenkung der aufgezeichneten Rille von der Lautstärke des Tonmaterials abhängt, kann der Rillenabstand bei leisen Passagen verringert werden. In der Praxis wird hierzu das aufzuzeichnende Material zeitlich vor dem Schneidkopf abgehört. Der Rillenvorschub wird dann durch die Lautstärke beeinflusst. Die durch die Verwendung der Füllschrift anstelle des konstanten, linearen Rillenabstandes gewonnene zusätzliche Spieldauer ist programmabhängig, bei Sprache am höchsten und lässt sich bei Musik bis auf das 1,7-fache erhöhen. Das Wort "Füllschrift" war sehr werbewirksam, weil es auch einen "volleren" Klang suggerierte.

Schallrillenmodulation (**):

Die Schallrille wird mit beiden Modulationen versehen, zu jeder Modulation (A bzw. B) gehört eine der beiden um 45° gegen die Plattenoberfläche geneigten Bewegungsrichtungen des Stichels und folglich auch der Abtastnadel.

Der Winkel von 45° gilt nicht nur für die Bewegungsrichtungen des Stichels und der Nadel, sondern ebenso auch für die Seitenflanken des Stichels.

Beim alleinigen Schallaufzeichnen für einen der beiden Kanäle bewegt sich somit der Stichel parallel zu einer seiner Seitenflanken. Daraus folgt: Stichelbewegungen zur Schallaufzeichnung von Schall für einen Kanal allein belassen die eine der zwei Rillenkanten gerade (Bilder 6a und b).



In den Bildern 6a und b sind die Vorzeichen der Stichelbewegungen einander derart zugeordnet, wie das dort durch die Pfeilspitzen und Pluszeichen angedeutet ist. Bei Schalleinstrahlung genau von vorn (Richtung l in Bild 2) gehört hier im selben Augenblick zum einen Kanal die Stichelbewegung schräg nach oben und zum anderen Kanal schräg nach unten.

Bei Schalleinstrahlung genau von vorn werden beide Kanäle völlig gleich beeinflußt. Der Stichel führt hierzu die Summe der Bewegungen von Bild 6a und 6b aus. So ergibt sich der Fall von Bild 6c: Die resultierende Stichelbewegung erfolgt daher in der Waagerechten. Die senkrechten Komponenten haben entgegengesetzte Vorzeichen. Sie heben sich gegenseitig auf. Ebenso wie bei der üblichen Einkanal-Aufzeichnung entsteht folglich mit den gewählten Vorzeichen der Bewegungsrichtungen für Schalleinstrahlung genau von vorn reine Seitenschrift.

Bei Schalleinstrahlung aus der Querrichtung (III bzw. III' in Bild 2) sind die Vorzeichen der zwei Modulationen einander entgegengesetzt (siehe Bilder 1 und 2). Dazu gehört die Summe der Stichelbewegungen gemäß Bild 6a und 6d, wobei d aus b durch Vorzeichenumkehr hervorgegangen ist. Die resultierende Stichelbewegung erfolgt hier in senkrechter Richtung. Die waagerechten Komponenten sind entgegengesetzt gleich. Das gibt für sie die Summe Null. Damit entsteht eine reine Tiefenschrift (Bild 6e).

Kanal-Zuordnung (**):

Rechter und linker Kanal gelten für rechten und linken Lautsprecher vom Zuhörer aus gesehen.
Beim Schneiden der modulierten Rille sind die Richtungen der Stichelbewegungen beiden Kanälen folgendermaßen zugeordnet (Bild 7):



Die Richtung der Stichelbewegung zur Modulation des linken Kanals überkreuzt die Verlängerung der Plattenteller-Drehachse unterhalb des Plattentellers. Für die Richtung der Stichelbewegung zur Modulation des rechten Kanals liegt die Überkreuzung oberhalb des Plattentellers.

Bild 8 zeigt den Grundriß zu Bild 7 mit den beiden Modulationen für die zwei Kanäle.

"inside left" besagt: Die an der Rillen-Innenkante sich zeigende Modulation ist dem linken Kanal zugeordnet.



Seitenschrift, Tiefenschrift und elliptische Schrift (**):

Die Vorzeichen der zu den Modulationen gehörenden Bewegungen des Schneidstichels bzw. der Abtastnadel sind so gewählt,
daß einander gleiche, gleichphasige Signale reine Seitenschritt (Bilder 9 u. 6c)

und einander gleiche, gegenphasigeSignale reine Tiefenschrift (Bilder 10 u. 6e) ergeben.





Zu beliebigen Signalen gehören Nadelbewegungen aller Richtungen (Bild 11). Damit erhält man für gleiche Aussteuerung von Summe und Differenz als Arbeitsfläche des Nadelkuppen-Mittelpunktes einen Kreis. Das heißt: Der Nadelkuppen-Mittelpunkt kann innerhalb des Kreises augenblicksweise jede Stellung einnehmen. Diese Arbeitsfläche gilt für schwache Signale und damit für kleine Auslenkungen durchweg.



Große Auslenkungen schwächt man hinsichtlich der Differenz der Signale, also gemäß Bild 6e für die Tiefenschrift ab. Damit ergibt sich für große Auslenkungen des Schneidstichels und folglich auch für die der Nadel als Arbeitsfläche anstelle eines Kreises eine Ellipse, deren senkrechte Achse kleiner ist als deren waagerechte Achse (Bild 12, elliptische Schrift).



Große Auslenkungen kommen fast nur für Schallanteile mit tiefen Frequenzen in Frage. Das Abschwächen der Tiefenschrift ist zulässig, weil die Schallanteile mit niedrigen Frequenzen zum stereophonen Eindruck nichts beitragen und sich das Abschwächen ohnehin nur auf kurze Zeitspannen beschränkt.

Man schwächt die Tiefenschrift für große Auslenkungen aus zwei Gründen ab:

-> Man erleichtert dadurch das einkanalige Abspielen mit den bisherigen Plattenspielern, die mit Seitenschriftabtastern ausgerüstet sind. Deren Nadel kann nämlich größeren Auslenkungen der Tiefenschrift nicht gut folgen. Die elliptische Schrift trägt somit zur Kompatibilität der Stereo-Schallplatten wesentlich bei.
-> Man erspart durch Abschwächen der Tiefenauslenkungen sich sonst ergebende Rillenverbreiterungen und kann demzufolge die Rillenfläche besser ausnutzen, was zu größerer Spieldauer je Plattenseite führt.

Der Schneidfrequenzgang: (**)

Dieser entspricht grundsätzlich dem der Einkanalplatten gemäß DIN 45533/36/37 (Bild 13). Für das Abschwächen der Tiefenauslenkung gibt es keine Variante des Schneidfrequenzganges, weil dieses Abschwächen primär nicht mit der Frequenz, sondern mit der Tiefenauslenkung zusammenhängt.



Zahlenwerte zu Rille und Nadel (Bild 16) (**):

Minimale Rillenbreite: 40 µ
Rillengrund-Abrundungshalbmesser: 5 µ
Nadelkuppen-Abrundungshalbmesser: 15 µ
Auflagekraft (zunächst): 6 ... 7 p
Aufzeichnungsrichtungen zu AB-Aufnahme: 45°
Rillen-Öffnungswinkel: 90°
Schnelle für Vollaussteuerung bei 1 kHz: 8 cm/s
Übersprechdämpfung zwischen beiden Kanälen: >26 dB.



Um diese Übersprechdämpfung zu wahren, muß der Abtaster zur Plattenoberfläche genau senkrecht ausgerichtet sein.

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Quellenverzeichnis:

(*) Wikipedia: Die Schallplatte und Plattenschriftarten

(**) Telefunken-Taschenbuch Röhren und Halbleiter Ausgabe 1960. Herausgeber: Telefunken GmbH, Geschäftsbereich Röhren, Vertrieb, Ulm/Donau, Söflinger Straße 100, © 1959 by Telefunken GmbH, Ulm/Donau

[beldin]

Danke!
Das ist ein schöner und verständlicher Beitrag!

[Jürgen Heiliger]

Hi Rolf, All,

sehr gut als Ergänzung hierzu folgender Beitrag hier im Forum......

Die Langspielplatte wird 75

.... und deshalb mal eine Frage in die Runde.....

erwähnenswert finde ich noch die Daten zur London/Decca-Kennlinie, die meines Wissens noch bis in die 70er Jahre von der Fa.Decca genutzt wurde und doch um einiges von der RIAA-Kennlinie abweicht.

London/Decca: 1590 / 318 / 57 µSek

kannst Du uns als Laien erklären, was bei solch entzerrten Platten geschieht, wenn diese mit einer RIAA wiedergegeben werden?

[Compu-Doc]

Moin Rolf,

........ohne Worte  ............drucke ich mir zum Ende der Seschschen aus,.........als Bettlektüre! 

[beldin]

Hi Rolf, All,

sehr gut als Ergänzung hierzu folgender Beitrag hier im Forum......

Die Langspielplatte wird 75
.... und deshalb mal eine Frage in die Runde.....

MoinMoin!
Jürgen nicht nur der Beitrag ist interssant. Viele Eurer Beiträge zum Themenkomplex "Rund um die LP und deren Wiedergabe" sind sehr interessant für den Analogfan, was man als kKassikerfreak notgedrungen auch ist....



Habe mir erlaubt die Quotetags zu bereinigen
Jürgen

[rund]

.... und deshalb mal eine Frage in die Runde.....

Zitat
erwähnenswert finde ich noch die Daten zur London/Decca-Kennlinie, die meines Wissens noch bis in die 70er Jahre von der Fa.Decca genutzt wurde und doch um einiges von der RIAA-Kennlinie abweicht.

London/Decca: 1590 / 318 / 57 µSek

kannst Du uns als Laien erklären, was bei solch entzerrten Platten geschieht, wenn diese mit einer RIAA wiedergegeben werden





Hi,

nun wenn es von der RIAA abweicht klingt es anders und zudem als gewollt.

Zudem ist die langläufig als in Stein gemeisselte Norm gesehene RIAA-Entzerrung, sowie der VTA über die Jahrzehnte mehrfach in der Produktionsrealität abgewandelt worden.


Gruß

René

[Jürgen Heiliger]

Moin René,

die RIAA ist seid Jahrzehnten immer gleich geblieben, nur wurde jede Art der Entzerrung als Riaa bezeichnet. Hier muss stark unterschieden werden...

ich habe mittlerweile eine Tabelle mit den entsprechenden Abweichungen (Entzerrungen) gefunden, die ich noch in eine Zeichnung umsetzen werde....
um sie dann hier zu veröffentlichen.....

Nur um mal zu zeigen warum manche Pressungen "blutleer" laut vieler User klingen, wahrer Grund (!) ist aber die falsche Entzerrung.....

[rund]

Moin René,

die RIAA ist seid Jahrzehnten immer gleich geblieben, nur wurde jede Art der Entzerrung als Riaa bezeichnet. Hier muss stark unterschieden werden...

Moin Jürgen,

ich sprach von:  "mehrfach in der Produktionsrealität abgewandelt"  und nicht davon, dass die RIAA sich verändert hat.

Spätestens seit Ende der 70iger erschliesst die "Norm" RIAA nur ca. 80% dessen was der Schneidstichel hinterlassen hat.

Kurzum die Normierung existierte eigentlich nur auf Wiedergabeseite bzw. wurde der Realität nicht angepasst...schau dir mal z.B. bei Neumann oder Westrex an wie sich deren Schneidköpfe/Stichel und dazugehörige Elektronik verändert haben.

Gruß

René

[Jürgen Heiliger]

Moin René,

das ist doch gerade das Problem mit den deutschen Schneidköpfen......

kannst Du Dich noch an die Heiße Diskusion bei der TrippleA erinnern um die CCIR, nach der die Neumänner und Telefunken dieser Welt schneiden......

Die hatten sich "gefordert" nach der CCIR zu richten.......

Und schau Dir mal beide Entzerrkurven an...... dann weißt Du wo der Hase begraben ist.....

[rund]

Hallo Jürgen,

nun da ist viel diskutiert worden, dennoch möchte ich nicht den Eindruck hier hinterlassen, dass RIAA Genauigkeit unwichtig ist und man mit einer variablen RIAA den Klang nach Gusto einstellen sollte.

Nur sollte klar sein, dass das Thema RIAA und Phonoentzerrer mit stoischer Umsetzung der publizierten RIAA-Kurve nicht unbedingt erschlagen ist....

Gruß

René

[Jürgen Heiliger]

René,

verstehe mich bitte nicht falsch, von einer variablen Riaa, mittels Drehpotis womöglich noch gelöst, halte ich soviel wie gar keine zu nehmen.....

nämlich garnichts...... einzige Ausnahme man führt dann das Signal in Digitale Mischpulte in denen dann auf höchstem Niveau die Riaa-Entzerrkurve nachgebildet werden kann......

Nur sind PhonoVorverstärker mit umschaltbaren Riaas nicht gerade preiswert, weil auch nicht häufig auf dem Markt anzutreffen. Alleine einer bei unserem Freund in Mainz ist in meinen Augen noch bezahlbar..... dafür hat er aber auch nicht die ganze Palette der RiaaUmschaltmöglichkeiten seiner großen Phonostufe.....

[Udo]

Mit der entsprechenden Hardware geht das auch am PC. Beispielsweise TerraTec bietet ein variables RIAA-Plugin an.

[rund]

Mit der entsprechenden Hardware geht das auch am PC. Beispielsweise TerraTec bietet ein variables RIAA-Plugin an.

und wie weisst Du welche Einstellungen Du benötigst?

[be.audiophil]

Hi René,

zu den Auswirkungen bei Wiedergabe alter DECCA/ London-Aufnahmen oder von alten DGGs (CCIR) mit einer sog. RIAA schreibe ich heute abend noch etwas ...

Aber Hinweise zu den verschiedenen Schneidkennlinien gibt es viele ...

... z.B. alte RCA-Handbücher



... oder EMT-Informationsseiten, oder

http://geocities.com/midimagic@sbcglobal.net/mixphono.htm

Es gibt so ungefähr 78 verschiedene Schneidkennlinien 

[be.audiophil]

Hi Jürgen,

Nur sind PhonoVorverstärker mit umschaltbaren Riaas nicht gerade preiswert, weil auch nicht häufig auf dem Markt anzutreffen. Alleine einer bei unserem Freund in Mainz ist in meinen Augen noch bezahlbar..... dafür hat er aber auch nicht die ganze Palette der RiaaUmschaltmöglichkeiten seiner großen Phonostufe.....

... sowas baut man selber

Nein, im Ernst ... ich sitze gerade an den Entwürfen für eine Mono-Phonostufe mit umschaltbarer Entzerrung, die wegen der Gemeinsamkeiten der verschiedenen Schneidkennlinien über mindestens zwei Stufenschalter und einen Steckplatz alle auffindbaren Entzerrungen bieten soll ... dreistufig und in Röhre ... und evtl. auch noch differentiell beschaltet ...

... zwei dieser Mono-Phonostufen ergeben dann auch eine umschaltbare Stereo-Phono ...

... aber dieses Projekt steht noch ziemlich am Anfang ... also sammle ich derzeit die verschiedenen Infos zu den Schneidkennlinien und versuche gewisse Muster darunter abzubilden, um die Anzahl der Schalterstellungen zu minimieren ...

... so ein 12- oder mehr-fach Stufenschalter ist schaltungstechnisch nicht so ganz mein Ding ...

Danach geht es an die Röhrenauswahl und das richtige Design der Schaltung, sowie deren Optimierung ... vielleicht steht das dann bis nächsten Sommer als funktionierender und klanglich auch aussagekräftiger Prototyp zur Verfügung.

[Jürgen Heiliger]

Hi Rolf,

also wie's im 927er EMT gelöst ist?

[be.audiophil]

Hi Jürgen,

also wie's im 927er EMT gelöst ist?

... nein, die Lösung des EMT 927 ist nur eine kleine Ausführung ... eine differentielle Röhren-Phono eine ganz andere und viel größere Hausnummer ... da findet sich dann das ein oder andere Kilo amorphes Eisen in der Schaltung ... ... die ausführliche Beschreibung gibt es dann in der Ohrenanstalt

Und die EMT-Schaltung läßt sich imho auch nicht auf alle mir bislang bekannten 78 verschiedenen Schneidkennlinien umschalten.

[Captn Difool]

Ich habe z.B. die "Spectrum" von Billy Cobham, die völlig "muffig" und zu "klingt"....bis ich mal ein wenig mit dem parametrischen EQ an meinem Yamaha CX-70 gespielt hatte und auf einmal hatte die Platte einen recht natürlichen und offenen Klang. Hier wurde beim Schneiden sicher keine konforme RIAA-Kurve benutzt. Es handelt sich um eine amerikanische Atlantic-Pressung. Ähnliches fiel mir auch bei einigen anderen US-Pressungen aus den 70ern auf.

Die Verzerrung beim Schneiden hat nicht nur den Grund, große Auslenkungen im Tieftonbereich zu vermeiden, auch die starke Anhebung der Höhen hat einen ähnlichen Effekt wie das später eingeführte Dolbysystem. Durch die Absenkung der Höhen bei der Wiedergabe werden zugleich auch alle Rillengeräusche stark abgesenkt, sonst hätte viele von uns eher erleichtert die Einführung der CD wahrgenommen, was damals viele Nicht-Audiophile gerade zum Umstieg bewogen hat. Selbst meine Frau konnte anfangs kaum glauben, das es sogar ältere Platten gibt, die "nicht knistern und knacken" 

[rund]

hi andre,

was hast du am eq eingestellt - verändert? hochtonbereich so ab 12 khz?

gruß

rené

[Captn Difool]

Ja, ich habe nur die äußersten Höhen moderat angehoben, das Rillengeräusch nahm zwar etwas zu, aber die Auflösung wurde deutlich besser, ohne scharf oder spitz zu klingen. Die Tiefen habe ich am untersten Bereich nur ganz leicht angehoben. Hatten dadurch ein wenig mehr Fülle. So wurde der Klang wieder von Kaufhaus-Anlage aus den 70ern zu brauchbaren HiFi

[rund]

Ja, ich habe nur die äußersten Höhen moderat angehoben, das Rillengeräusch nahm zwar etwas zu, aber die Auflösung wurde deutlich besser, ohne scharf oder spitz zu klingen. Die Tiefen habe ich am untersten Bereich nur ganz leicht angehoben. Hatten dadurch ein wenig mehr Fülle. So wurde der Klang wieder von Kaufhaus-Anlage aus den 70ern zu brauchbaren HiFi

hätte der erbauer deiner phonostufe die neumannkonstante beachtet wäre das nicht geschehn 

[Captn Difool]

Galube ich weniger, denn 99% meiner anderen Platten klingen entzerrungstechnisch absolut einwandfrei Zumal wohl keiner mehr ermitteln kann, mit welcher Maschine geschnitten wurde 

[be.audiophil]

Hi André,

die Neumannkonstante fällt nur bei Pressungen ins Gewicht, bei denen sie auch verwendet wurde ... bei Pressungen, bei denen die Sättigung der Schneidkopfdrossel während des Schneidvorganges unberücksichtig geblieben ist, wird sie fast keine hörbare Veränderung bewirken ... also sozusagen eine selbstheilende Konstante in der Entzerrung - so zumindest die Theorie ...

[Jürgen Heiliger]

Hi Jungs,

hier son einmal tabellarischin einer PDF festgehalten die Änderungen in der Entzerrlienie bei den verschiedenen Riaa's