Zum Auffrischen und Schmunzeln . . .
. . . sind diese Museums-Seiten hier gedacht, denn viele wissen nicht mehr oder noch nicht, wie es damals angefangen hat und wie das wirklich funktioniert mit den Tonband- und den Magnetbandgeräten aus alter Zeit. Viele Bilder können Sie durch Anklicken vergrößern, auch dieses.
Ing. (grad.) Gerd Cyrener beschreibt das BRAUN TG 1000
Nach dem Erscheinen des Berichtes bzw. der Beschreibung in der Funk-Technik Heft 16 Jahrgang 25 (1970) hatte sich BRAUN jede Menge Sonderdrucke (gegen Entgelt natürlich) anfertigen lassen und großzügig kostenlos verteilt. Sonderdrucke waren schon immer sehr wirkungsvolle Markting-"Instrumente".
Irgendwo stand dann klein oder versteckt : Ing. Gerd Cyrener ist Laborgruppenleiter in der Tonbandgeräte-Entwicklung der Braun AG, Frankfurt a. M. - Aha, es ist also doch Werbung für "sein" Gerät. - Nach dem Lesen des TG 60 "Reports" und dieses "Reports" fällt auf, daß das Erklären nicht ganz seine Stärke war. Ein großer Teil stand auch bereits im Prospekt abgedruckt. Andere Erklärungen sind so kompliziert geschrieben, daß der Wettbwerb sie auch nicht versteht (bzw. verstehen sollte).
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Sonderdruck aus »FUNK-TECHNIK« Jahrgang 25 (1970) • Heft 16
VERLAG FÜR RADIO-FOTO-KINOTECHNIK GMBH • 1 BERLIN 52 (B0RSIGWALDE)
G. CYRENER
Hi-Fi - Stereo - Tonbandgerät „TG 1000"
- Bild 1. Hi-Fi-Stereo-Tonbandgerät „TG 1000"
1. Allgemeines
Trotz der verhältnismäßig kleinen Abmessungen von 45cm x 14cm x 32cm weist das neue Braun Zweispur Stereo-Tonband- gerät „TG 1000" alle wesentlichen Konstruktions- merkmale eines Studio-Tonbandgerätes auf. Der Bandantrieb erfolgt durch drei Motoren. Als Wickelmotoren werden kugelgelagerte Asynchron- Außenläufermotoren verwendet, während als Tonmotor ein elektronisch geregelter, kollektorloser Gleichstrom- motor dient. (Anmerkung : Heute sprechen wir von sogenannten "brushless" DC Motoren.) Eine photoelektrisch gesteuerte Bandzugregelung an den beiden Wickelmotoren sorgt für weitgehend konstanten Bandzug bei Aufnahme und Wiedergabe sowie bei schnellem Vor- und Rücklauf. Für Löschen, Aufnahme und Wiedergabe sind drei getrennte Magnetköpfe eingebaut. In der Form ist das „TG 1000" (Bild 1) auf die Bausteine der Braun-Hi-Fi-Stereo-Anlagen „studio" und „regie" abgestimmt.
Die Bedienungselemente
Die Bedienungselemente sind übersichtlich im vorderen Teil des Gerätes angeordnet. Auch die Anschlüsse für Mikrofon und Kopfhörer sind im Bedienungsfeld auf der Oberseite des Gerätes untergebracht. Die übrigen Anschlußbuchsen (für Verstärker, Phono, Projektor, Synchronisier-Ausgang und Fernbedienung) liegen versenkt an der Unterseite des Gerätes. Damit ist es einerseits möglich, die Kabelverbindungen in der Hi-Fi-Anlage unsichtbar zu verlegen, andererseits braucht das Gerät zum Anschließen eines Mikrofons oder Kopfhörers nicht angehoben oder verrückt zu werden.
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Alle Schalter-Funktionen werden über Drucktasten betätigt. Die Laufwerksbedienung erfolgt durch besonders leichtgängige Tipptasten, die fünf Relais steuern, wobei eine elektrische Verriegelung Fehlbedienung verhindert. Mit der Fernbedienung „TGF 3" können alle Laufwerksfunktionen und der Auf nahmebetrieb gesteuert werden. Der maximale Bandspulendurchmesser ist 22 cm.
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- Bild 3. Antriebsbaustein mit Schwungmasse, Andruckarm und Kopfträger
Der Kopfträger
Vor dem Kopfträger ist eine Klappe angebracht, die die Köpfe beim Cuttern und gegebenenfalls zum Reinigen leicht zugänglich macht. Das Cuttern wird außerdem durch die Taste „pause" und die als Kopfträgerabdeckung ausgebildete Klebe- und Schneideschiene (siehe Bild 3) erleichtert.
Die Fühlhebel der Bandzugregelungen sowie der Kopfträger bilden die beiden Pole für die elektrische Band-Endabschaltung durch die Metallfolie am Tonband. Außerdem wirkt der rechte Fühlhebel als mechanischer Band-Endabschalter bei Bändern ohne Metallfolien oder bei Bandrissen.
2. Mechanisches System
2.1. Mechanischer Aufbau
- Bild 2. Chassis-Ansicht des „TG 1000" ohne Gehäuse
Träger des gesamten mechanischen und elektrischen Teils ist ein verwindungssteifes Stahlblechchassis (Bild 2). Die drei Motoren, das Bremssystem, die Fühlhebel und der Netztransformator sind im hinteren Teil des Chassis untergebracht. Alle anderen Konstruktionselemente sind als Bausteine ausgeführt. Sämtliche mechanischen Präzisionsteile wurden im Antriebsbaustein zusammengefaßt (Bild 3).
Der stabile Druckguß-Kopfträger trägt außer den Köpfen und ihren Einstellelementen auch alle Bandführungen. Köpfe und Bandführungen werden in einer optischen Einrichtung sehr genau justiert. Mit zwei Schrauben ist der Kopfträger über Paßstifte auf der Antriebsgrundplatte befestigt. Dabei erfolgt gleichzeitig über eine 14polige Steckerleiste der Anschluß der Köpfe an die NF-Elektronik. In der Mitte des Kopftträgers, zwischen Sprech- und Hörkopf, ist die Tonwelle angeordnet, deren Schwungmasse unter der Antriebsplatte läuft. Der Andruckarm mit der Gummiandruckrolle ist ebenfalls auf der Antriebsplatte montiert. Er wird über einen justierbar auf dem Chassis angebrachten Elektromagneten betätigt. Die Taste „pause" bewirkt außer ihren elektrischen Funktionen ein Abfallen des Andruckarms um nur etwa 1mm, so daß das Band weiter mit den Köpfen in Kontakt bleibt.
2.2. Bremssystem
Bei Drei-Motoren-Laufwerken sind die Bremsen besonders problematisch. Die hohe Umspulgeschwindigkeit (vmax > 10m/s) hat eine verhältnismäßig große kinetische Energie der bewegten Teile zur Folge. Außerdem soll die größte beim Bremsvorgang entstehende Verzögerung so klein sein, daß auch Tripel-Tonbänder nicht unzulässig beansprucht werden. Wie bei den Vorgängertypen, wird auch beim „TG 1000" eine kombinierte elektrische und mechanische Anordnung zum Bremsen angewendet. Die mechanischen Umschlingungs-Bandbremsen sind so weich justiert, daß das Tonband im Stillstand durch Drehen der Spulen leicht hin-und herbewegt werden kann.
Der eigentliche Bremsvorgang aus dem schnellen Umspulen erfolgt elektrisch. Der jeweils gezogene Wickelmotor erhält während des Bremsens durch Anlegen einer entsprechenden Wechselspannung ein erhöhtes Gegendrehmoment. Dieses Moment wirkt über eine Zeitschaltung so lange, bis das Band sicher still steht. Mit den beiden Fühlhebeln, die hier als Schlaufenfänger wirken, und durch das Bremsen am gezogenen Wickel werden Schlaufenbildungen sicher vermieden.
2.3. Bandzugregelung
Das Band muß bei Aufnahme und Wiederabgabe mit einem bestimmten Druck über die Köpfe laufen, da sonst nicht einwandfrei aufgenommen und wiedergegeben werden kann. Der Bandandruck entsteht aus der (leichten) Umschlingung des Tonbandes um die Köpfe und aus der Bandzugkraft. Fällt die Flächenpressung zwischen Band und Kopf unter einen bestimmten Wert (etwa 70p/cm2), so nehmen die Dropouts zu. Würde der Bandzug durch ein konstantes Moment am Wickelmotor, wie es zum Beispiel durch Anlegen einer konstanten Spannung entsteht, hervorgerufen werden, so würde der Bandzug und damit die Flächenpressung zwischen Band und Köpfen mit fallendem Wik-keldurchmesser hyperbolisch ansteigen. Dadurch würde sich aber auch die Schleifwirkung des Bandes erhöhen, und das hätte eine Verringerung der Lebensdauer der Köpfe zur Folge.
- 3 Blende, 4 Lampe, 5 Photowiderstand,
Beidseitige Bandzugregelung
Im „TG 1000" wird der Bandzug vor und hinter der Tonwelle unabhängig vom Wickeldurchmesser auf nahezu konstante Werte geregelt. Die Bandzugskräfte sind so gewählt, daß sie vor und hinter der Tonwelle fast gleich groß sind, das heißt, vektoriell betrachtet ist die resultierende Kraft an der Tonwelle nahezu Null. Die Bandzugregelungen werden durch die Fühlhebel an beiden Seiten des Kopfträgers gesteuert.
- Bild 4. Mechanischer Aufbau der Bandzugregelung (1 Feder, 2 Fühlhebel, 3 Blende, 4 Lampe, 5 Photowiderstand, 6 Tonband, 7 Bandwickel)
Die Feder 1 (Bild 4) zieht den Fühlhebel 2 bei zu geringem Bandzug nach außen. Dabei schwenkt die Blende 3 aus dem Strahlengang zwischen der Lampe 4 und dem Photowiderstand 5 heraus.
Der Photowiderstand wird dann stärker beleuchtet, und sein Widerstandswert verringert sich.
Der Photowiderstand Ph1 mit dem parallel geschalteten Abgleichwiderstand R1 liegt zwischen Kollektor und Basis des Regeltransistors T1 (Bild 5), der in den Gleichstromzweig einer Gleichrichterbrücke geschaltet ist.
Der kleiner werdende Widerstand von Ph1 steuert den Transistor so, daß sich der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke verringert.
- Bild 5. Prinzipschaltung der Bandzugregelung
Dadurch erhöht sich der Wechselstrom, der über die Brückenschaltung und den Motor fließt, so daß das Drehmoment des Motors und damit auch der Bandzug ansteigt.
Der Fühlhebel wird vom Tonband so weit nach innen gezogen, daß sich der durch die Spannung der Feder 1 und die Stellung des Abgleichwiderstandes R1 vorgegebene Bandzug einstellt (einpendelt oder einschwingt).
Wird der Bandzug zum Beispiel infolge einer äußeren Störgröße zu hoch, dann läuft der beschriebene Vorgang umgekehrt ab.
Minimale Bandlängsschwingungen
- Bild 7
Die Regeleinrichtungen zu beiden Seiten der Tonwelle sind gleich aufgebaut. Während des schnellen Umspulens wird durch Einschalten der entsprechenden Bandzugregelung der gezogene Motor immer so gesteuert, daß ebenfalls ein nahezu konstanter Bandzug herrscht. Der Bandzug in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser ist in den Bildern 6 und 7 dargestellt. Als Vorteile ergeben sich aus der beschriebenen Bandzugregelung in Verbindung mit der Anordnung der Köpfe und der Antriebselemente außer höherer Lebensdauer der Köpfe vor allem günstige Werte für die Tonhöhenschwankungen (bei 19cm/s < 0,05%) und den Schlupf.
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Da die Tonwelle und die Andruckrolle in der Mitte zwischen Hör- und Sprechkopf liegen und die Bandzugregelung den Bandzug an beiden Seiten der Tonwelle praktisch auf dem gleichen Wert hält, sind die Band-Kopf-Kontakt-Verhältnisse an beiden Köpfen gleich, und die Andruckrolle wirkt wie eine Bandberuhigungsrolle bei Studiomaschinen. Daher werden Bandlängsschwingungen, die als FM-Seitenbänder bei der Analyse des Modulationsrauschens in Erscheinung treten, vermieden. Akustisch würde man diese Bandlängsschwingungen, die durch Reibung an den Köpfen und den Bandführungselementen entstehen, als „Fauchen" wahrnehmen. Bild 8 zeigt das Bandlängsschwingungsverhalten des „TG 1000".
- Bild8. Analyse des Bandlängsschwingungsverhaltens bei 19 cm/s (a) und 9,5 cm/s (b). Es wurde ein 8kHz Sinuston mit einem Pegel von -10dB aufgenommen. Die obere Linie liegt 30dB unter der Amplitude des aufgenommenen Tons.
2.4. Tonmotor-Drehzahlregelung
Der Tonmotor besteht aus einem zweipolig radial permanentmagnetisierten Läufer und einem aus vier um je 90° versetzten Spulen gebildeten Ständer. Außerdem sind im Ständer zwei Hall-Generatoren um je 90° versetzt angeordnet. Im Betrieb steuern die Hall-Generatoren über die Transistoren Tl bis T4 (Bild 9) die vier Ständerspulen so an, daß ein rundes Drehfeld entsteht, dem die Pole des Läufers folgen. Die Drehrichtung ist durch die mechanische Anordnung der Hall-Generatoren eindeutig festgelegt.
Erklärung der Regelung
Durch die Drehbewegung werden in den jeweils nicht angesteuerten Spulen des Ständers der Drehzahl proportionale Spannungen erzeugt, die über die Dioden D1 bis D4 zu einer Tachospannung addiert werden. Die Diodenschaltung D5, D6, D7 liefert eine Referenzspannung, mit der die Tachospannung verglichen wird. Die Differenzspannung steuert den Regelverstärker T5, T6. Der Emitterstrom von T5 fließt als Steuerstrom durch die Hall-Generatoren im Ständer des Motors. Bei steigender Drehzahl steigt auch die Tachospannung, und der Regelverstärker verringert den Steuerstrom durch die Hall-Generatoren.
Durch den dabei kleiner werdenden Spannungsabfall an R1 und R2 und niedrigere Spannungen an den Hall-Generatoren selbst werden Tl bis T4 weniger stark ausgesteuert, so daß der Strom durch die Wicklungen des Motors und damit auch die Drehzahl sinkt.
Bei abfallender Drehzahl verläuft die Regelung umgekehrt. Das elektronisch stabilisierte Netzteil und eine geeignete Temperaturkompensation der Referenzschaltung D5, D6, D7 machen die Drehzahl weitgehend unabhängig von Spannungs-, Temperatur- und Netzfrequenz- schwankungen (Bild 10). Mit R15 wird die Drehzahl auf den Sollwert eingestellt. R10 bis R14 haben 1% Toleranz, so daß die Drehzahlabweichungen bei den einzelnen Geschwindigkeiten innerhalb dieser Grenze liegen. Mit R6 werden die Toleranzen der Hall-Generatoren ausgeglichen.
3. Elektronisches System
3.1. Aufbau der Elektronik
Die Elektronik wurde in funktionell zusammengehörende Baugruppen aufgeteilt. Der am Chassis ausschwenkbar angebrachte Relaisbaustein umfaßt das geregelte Netzgerät mit elektronischer Sicherung, die Laufwerkssteuerung, die Bandzuregelungen und den 112-kHz-Oszillator.
Die Motorplatte enthält die Elektronik für den Tonmotor mit Gc-schwindigkeitsumschaltung und Vormagnetisierungsstromeinstellung. Auf der NF-Platte sind alle linearen und entzerrenden Verstärker, die erforderliche Betriebsartumschaltung und die Tastatur für die Laufwerkssteuerung angeordnet.
NF-Platte und Motorplatte sind mit einem besonderen Rahmen zum NF-Baustein zusammengefaßt, der sich durch Lösen zweier Schrauben demontieren läßt.
Zu diesem Baustein gehören ferner alle Ein- und Ausgangsbuchsen, die Eingangswahlschalter, die Aussteuerungsund der Kopfhörerregler sowie die beiden Aussteuerungsinstrumente. Alle Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen und den auf dem Chassis angeordneten Teilen führen über leicht lösbare Steckerleisten. Die technischen Daten des „TG 1000" sind in Tab. 1 zusammengestellt.
3.2. NF-Teil
Der Mikrofon Verstärker (Bild 11) hat für Vollaussteuerung eine Eingangsempfindlichkeit von 100uV (für 0dB Instrumentenausschlag 56uV; 0dB entsprechen einer Magnetisierung von 32mM je mm Spurbreite) und ist für niederohmige dynamische Mikrofone optimal ausgelegt. Wegen der hohen Ubersteuerungssicherheit der Eingänge (56dB) ist es möglich, auch mittelohmige und Kondensatormikrofone anzuschließen. Über die Eingangswahlschalter kann jede Spur getrennt entweder auf Mikrofon oder Verstärker beziehungsweise Phono geschaltet werden.
Die für den Verstärkereingang erforderliche Spannung ist 5mV (2,8 mV für 0dB). Für den Phonoeingang liegt dieser Wert bei 100mV (56mV für 0dB). Im zweistufigen gleichstromgekoppelten Aufsprech-Entzerrerverstärker erhält das Signal die zum Aufsprechen erforderliche Preemphasis, die mit der Geschwindigkeit umgeschaltet wird, und den erforderlichen Pegel. Das Signal gelangt dann über einen Tiefpaß mit 27kHz Grenzfrequenz zum Sprechkopf. Der Tiefpaß hat die Aufgabe, die Vormagnetisierungsspannung vom Aufnahmeverstärker fernzuhalten sowie Pilotton-Oberwellen von einem eventuell angeschlossenen Stereo-Tuner zu unterdrücken, damit keine störenden Pfeiftöne bei der Aufnahme entstehen. Der 112 kHz Oszillator arbeitet im Gegentakt. Die Vormagnetisierung ist für jede Geschwindigkeit und für jeden Kanal getrennt einstellbar.
Die Aussteuerungsanzeige
- Bild 12
- Bild 13
Besonderer Wert wurde auf die Auslegung der Aussteuerungsanzeige gelegt. Für die Aufnahme ist ein Aussteuerungsindikator wichtig, der eine möglichst kurze Ansprechzeit hat und die frequenzabhängige Aussteuerbarkeit des Tonbandes berücksichtigt. Im „TG 1000" liegt der Anzeigeverstärker hinter dem Aufsprech-Entzerrerverstärker. Auf diese Weise wird die Preemphasis und damit auch die frequenzabhängige Aussteuerbarkeit des Tonbandes erfaßt.
Der zweistufige Anzeigeverstärker ist gleichstromgekoppelt. Sein Ausgangswiderstand ist infolge Gegenkopplung relativ niederohmig, so daß man eine schnelle Ansprechzeit der Spitzenwertgleichrichtung erhält. Bild 12 zeigt die Instrumentenanzeige in Abhängigkeit von der Impulsdauer am Eingang des „TG 1000". Bei 30ms Impulsdauer wird schon die volle Anzeige erreicht. Erst bei einer Impulsdauer von 8ms ist die Anzeige um 3dB „zu niedrig". Die Rücklaufzeit des Zeigers beträgt etwa 2s. Im Bild 13 sind die Aussteuerungskennlinien für 19, 9,5 und 4,75 cm/s Bandgeschwindigkeit dargestellt.
Die Köpfe
Zum Löschen wird ein Ferritkopf mit Doppelspalt benutzt. Der Sprech- und der Hörkopf sind hyperbolisch angeschliffen und haben zur Verlängerung der Lebensdauer Bandkanten-Einfräsungen. Zur besseren Bandausnutzung sind die Systeme schmetterlingsförmig angeordnet. Das ergibt besonders günstige Werte für den Ruhegeräuschspannungsabstand. Alle das Band berührende Flächen bestehen entweder aus Mu-Metail oder aus einer Metall Legierung, die mit dem Tonbandabrieb chemisch nicht reagiert. Die mechanische Breite des Sprechkopfspaltes ist 7um, die des Hörkopfspaltes 2um. Die Sprechkopfspaltbreite erlaubt es, auch relativ dicke Bänder durchzumagnetisieren. Die kleine Hörkopfspaltbreite ergibt geringe Spaltverluste, was besonders den Ruhegeräuschspannungsabstand des Wiedergabe-Entzerrerverstärkers verbessert. Ohne Band beträgt der Ruhegeräuschabstand des „TG 1000" 75dB bei 19cm/s Bandgeschwindigkeit.
Der Ausgangsverstärker ist dreistufig und gleichstromgekoppelt. Die letzte Stufe besteht aus zwei in Gegentakt geschalteten komplementären Transistoren. Am Ausgang für Verstärker stehen 1V (Ri = 500 Ohm) zur Verfügung. Der Rest ist wie beim TG550.
Bild 1. Hi-Fi-Stereo-Tonbandgerät „TG 1000"
Bild 2. Chassis-Ansicht des „TG 1000" ohne Gehäuse
Bild 3. Antriebsbaustein mit Schwungmasse, Andruckarm und Kopfträger
Bild 4. Mechanischer Aufbau der Bandzugregelung (1 Feder, 2 Fühlhebel, 3 Blende, 4 Lampe, 5 Photowiderstand, 6 Tonband, 7 Bandwickel)
Bild 5. Prinzipschaltung der Bandzugregelung
Bild 6. Abhängigkeit des Bandzuges Fb vom Wickeldurchmesser d, a rechts, b links vom Kopfträger gemessen) bei Aufnahme- und Wiedergabebetrieb. Infolge der Reibung an den Bandführungselementen und den Köpfen ergeben sich an der Tonwelle nahezu gleiche Werte für Fb
Bild 7. Abhängigkeit des Bandzuges Fb vom Wickeldurchmesser d bei schnellem Vorlauf (a) und schnellem Rücklauf (b)
Bild8. Analyse des Bandlängsschwingungsverhaltens bei 19 (a)und 9,5 cm/s(b) Bandgeschwindigkeit. Es wurde ein 8kHz Sinuston mit einem Pegel von -10dB aufgenommen. Die obere Linie liegt 30dB unter der Amplitude des aufgenommenen Tons
Bild 9. Schaltung der Tonmotor - Drehzahlregelung
Bild 10. Temperaturabhängigkeit der Drehzahl des Tonmotors bei 19 (a), 9,5 (b) und 4,75 cm/s (c)
Bild 11. Blockschaltung des NF-Teils
Bild 12. Aussteuerungsanzeige in Abhängigkeit von der Impulsdauer; f= 1 kHz
Bild 13. Aussteuerungskennlinien des „TG 1000", aufgenommen mit dem Leerteil des DIN-Bezugsbandes (Charge C264Z); 0dB = 32mM/mm Spurbreite
