Aus der Funk-Technik 1956/1 Januar : Ein neues Studio-„Magnetophon" mit umschaltbarer Bandgeschwindigkeit
F. SACH Mitteilung aus dem Telefunken-Magnetophonwerk Hamburg
Die schnelle technische Entwicklung auf den Gebieten des UKW-Rundfunks sowie der Studio- und Ela-Technik hat dem „Magnetophon" wegen seiner hohen Aufzeichnungs- und Wiedergabequalität ein weites Anwendungsgebiet erschlossen. Ferner besteht auch für mittlere Magnetton-Geräte mit Studioqualität auf einigen anderen Gebieten ein echtes Bedürfnis, so z. B. in Theatern als Schallkulisse, in den Konservatorien und Musikhochschulen und in letzter Zeit auch in der Industrie zum Aufzeichnen technischer Schwingungsvorgänge, wodurch z. B. die Analyse von Geräuschen und langsamen Schwingungen besonders erleichtert wird.
Noch vor ein bis zwei Jahren lag für Magnettongeräte, wenn man von den Standard-Magnetophonen der deutschen Rundfunkanstalten absieht, keine einheitliche Norm hinsichtlich Tonspurlage, Frequenzgang und Entzerrung vor. Diese Situation war für die technische Entwicklung kein Vorteil, und es ist deshalb erklärlich, daß auf dem Markt Magnettongeräte mit sehr unterschiedlicher Qualität erschienen. Erst die im vergangenen Jahr begonnene internationale Normung der wichtigsten Geräteeigenschaften läßt für die Zukunft eine einheitlichere technische Ausführung erwarten.
Neben den bereits bestehenden Standard-Magnetophonen „T9u" mit umschaltbaren Bandgeschwindigkeiten 76 und 38 cm/s entstand als Neuentwicklung ein kleineres, universell verwendbares Magnetophon mit Studioqualität, das infolge seines Aufbaus besonderes Interesse verdient.
1. Allgemeines
- Abb. 1. - Magnetophon „M 5", Kofferdeckel abgenommen
Das Gerät (Abb. 1) ist für die drei umschaltbaren Bandgeschwindigkeiten 38, 19 und 9,5 cm/s eingerichtet. Für ein 1000m-Band ergeben sich dabei für Vollspuraufnahme (6,25 mm) Aufnahmezeiten von 42, 84 oder 168 Minuten.
Das Magnetophon „M5" ist ein kombiniertes Aufnahme- und Wiedergabegerät, bei dem die Umschaltung der Frequenzgang-Entzerrung im Aufsprech- und Wiedergabeverstärker gleichzeitig mit der Wahl der Bandgeschwindigkeit erfolgt.
Der Kopfträger entspricht in fast allen seinen Einzelheiten dem des „T9u" und ist mit drei Köpfen (Lösch-, Sprech- und Hörkopf) bestückt. Durch diese Anordnung besteht die Möglichkeit, vor und über Band abzuhören. Die besondere Konstruktion der Bandwickelhalterung erlaubt die Verwendung der meist gebräuchlichen in- und ausländischen Spulenkerne. Das Laufwerk sowie auch der Aufnahme- und Wiedergabeverstärker sind als Baueinheit in einem Transportkoffer untergebracht. Ein besonderer Vorteil für Wartungsund Einstellarbeiten ist die Möglichkeit, das Laufwerk auch während des Betriebes aufklappen zu können (Abb. 2).
2. Laufwerk
- Abb. 2. - Das Chassis mit dem Laufwerk kann auch während des Betriebes bequem hochgeklappt werden
Das Laufwerk ist als Zwei-Motoren-Antrieb ausgebildet. Ein vierpoliger Synchronmotor treibt das Tonband über ein dreistufiges Reibradgetriebe zwischen Ton- und Gummirolle mit konstanter Geschwindigkeit an, während der Wickelmotor — ein Eisenrohrläufer — das geförderte Band auf den rechten Wickelteller aufspult. Der Bandzug (etwa 100g an den Köpfen) wird durch eine Fühlhebelsteuerung der Bandbremsen praktisch unabhängig vom Wickeldurchmesser der Bandspulen gehalten. Gegenüber dem Standardtyp „T9u", bei dem ein besonderer Wickelmotor und eine Bremsrolle den Bandzug konstant halten, bedeutet diese Lösung mit nur sehr kleinem Aufwand einen Fortschritt.
Beim Umspulen läßt sich das Band durch den Wickelmotor mit einer von der Drehrichtung abhängigen Umsteuerkupplung, die über Keilriemen den jeweiligen Wickelteller antreibt, in sechs Geschwindigkeitsstufen schnell vor- und zurückspulen. Bei den Standard-Magnetophon-Geräten wurde diese Aufgabe mit zwei Wickelmotoren gelöst, so daß auch an dieser Stelle beim neuen Gerät eine Verbilligung zu erreichen war.
Die Betriebsarten des Gerätes (Wiedergabe, Aufnahme, Umspulen, Stop, Netz Ein/Aus) steuert ein stabiler, mit sechs Tasten ausgerüsteter entstörter Drucktastenschalter. Die Tasten „Aufnahme" und „Netz Aus" sind gegen unbeabsichtigte Betätigung verriegelt. Das neue Gerät weist also den gleichen Bedienungskomfort wie die Standardgeräte auf.
3. Reibradgetriebe
- Abb. 3. - Ansicht des neuartigen Reibradgetriebes
Für den Antrieb mit drei Bandgeschwindigkeiten entstand auf Grund wirtschaftlicher Überlegungen ein neuartiges Reibradgetriebe. Die auf einen Wellenstumpf des vierpoligen Synchronmotors aufgesetzte dreistufige Antriebsscheibe (Abb. 3) treibt über das der jeweiligen Bandgeschwindigkeit entsprechende eingekuppelte, gummibelegte Reibrad die ebenfalls dreistufige Schwungscheibe mit der Tonrolle an. Die auf die gewünschte Bandgeschwindigkeit einstellbare Rastwelle steuert die drei Reibräder so, daß nur die für die jeweilige Kupplung erforderliche Gabel mit ihrem Reibrad bei eingeschalteter Netzspannung mechanisch einkuppelt. Das Getriebe läuft in dieser Stellung ständig, und in Verbindung mit der elektrisch gesteuerten Gummirolle bei Aufnahme und Wiedergabe ergibt sich dadurch der Vorteil eines sehr schnellen Bandanlaufs. Durch eine mechanische Verriegelung der Rastwelle ist ein Umschalten der Bandgeschwindigkeit bei laufendem Getriebe unmöglich. Die beiden jeweils nicht benutzten Reibräder sind stets ausgekuppelt.
Um bei Nichtgebrauch das Entstehen von Druckstellen auf der Gummischicht aller Reibräder zu verhindern, werden diese bei abgeschalteter Netzspannung mechanisch von der Schwung- und Antriebsscheibe abgehoben. Alle rotierenden Teile des Getriebes haben Sinterlager und bedürfen deshalb nur einer geringen Wartung. Der Gleichlauf des Getriebes ist so gut, daß bei 38 cm/s Bandgeschwindigkeit die Forderungen der Rundfunkanstalten noch eingehalten werden. Für die Geschwindigkeiten 19 und 9,5 cm/s sind die DIN-Forderungen für den Gleichlauf voll erfüllt.
4. Bandzugsteuerung
Um bei einer maximalen Bandlänge von etwa 1000m am Anfang und am Ende des Bandes einen einwandfreien Frequenzgang zu erhalten, ist es notwendig, einen vom Durchmesser des linken Bandwickels unabhängigen Bandzug bzw. Andruck des Bandes auf die Gleitflächen der Magnetköpfe zu haben. Diesen gleichmäßigen Andruck erreicht man durch einen gesteuerten, nahezu konstanten Bandzug in Verbindung mit den Umschlingungswinkeln an den Magnetköpfen.
Bei Aufnahme bzw. Wiedergabe zieht die Friktion an der Tonrolle das Band mit konstanter Geschwindigkeit vom linken Wickelteller ab. Dabei läuft das Band über einen Fühlhebel (Abb. 1), der über ein Seil und eine Seilfeder mechanisch das linke Bremsband an der Bremstrommel so steuert, daß sich ein Bandzug von etwa 100 bis 130 g einstellt. Da die Kräfte des Bandes nicht ausreichen, um das Bremsband direkt zu steuern, bedient man sich zusätzlich der durch eine besondere Anordnung des Bremsbandes auftretenden Servowirkung zwischen Bremstrommel und Bremsband.
Bei einer Änderung des Wickeldurchmessers im Verhältnis nahezu 1 : 3 ändert sich bei konstanter Bremsung der Bremstrommel der Bandzug ebenfalls in diesem Verhältnis. Die Bandzugänderung bewegt sich dabei auf einem Hyperbelabschnitt, der durch den größten Anfangsdurchmesser auf der einen und den kleinsten Enddurchmesser des Bandwickels auf der anderen Seite begrenzt ist. Dadurch aber, daß man das Band auf dem Wege vom linken Wickelteller zum Kopfträger um einen Fühlhebel führt, der den Einlaufwinkel des Bandes abtastet, erreicht man eine Steuerung der Bremskraft an der Bremstrommel, die vom Sinus des Einlaufwinkels abhängt und einen vom Durchmesser des Bandwickels unabhängigen Bandzug ergibt.
5. Kopfträger
- Abb. 4 - der Tonkopfträger des M5 stammt vom T9
Der Kopfträger (Abb. 4) ist praktisch unverändert vom „T9u" übernommen. Er enthält von links nach rechts drei Magnetköpfe: Löschkopf, Sprechkopf, Hörkopf. Als Löschkopf findet erstmalig ein Ferritkopf Verwendung, der gegenüber den früher benutzten Köpfen aus Mumetall eine erheblich größere Lebensdauer hat. Ferner hat dieser Kopf einen schmalen und einen breiten Spalt, wobei der schmale Spalt eine stärkere Löschung der Quermagnetisierung zur Folge hat. Durch diese Anordnung war es möglich, die Löschdämpfung noch um einige Dezibel zu erhöhen. Auf die elektrischen Vorteile des Ferritkopfes wird später noch eingegangen werden. Sprech- und Hörkopf haben Mumetall-Kerne. Zwischen beiden Köpfen liegt eine Beruhigungsrolle, die mit ihrer Masse Längsschwingungen des Bandes verhindert. Nach dem Hörkopf ist noch eine Schere aus unmagnetischem Werkstoff zum Cuttern angebracht. Sie schneidet das Band unter einem Winkel von 45°, so daß die Bandseiten bei der Montage nicht vertauscht werden können. Ferner ist für die Montage des Bandes auf der Oberseite des Kopfträgers eine Klebeschiene angebracht. Der Bandabheber ist in zwei Stufen ausfahrbar. Er hebt bei Wiedergabe das Band vom Lösch- und Sprechkopf, beim Umspulen zusätzlich noch vom Hörkopf ab. Dadurch erreicht man eine längere Lebensdauer der Magnetköpfe.
Alle Kopfanschlüsse sind an eine 12polige Tuchel-Kupplung geführt, so daß sich der Kopfträger nach Lösen der beiden Klemmschrauben leicht abnehmen und auswechseln läßt.
6. Bandlängen-Zählwerk
Nachdem das Band den Kopfträger und die Tonrolle verlassen hat, wird es auf dem Wege zum rechten Wickelteller um eine gummibelegte Leitrolle geführt, die über einen Riemen das in Bandmetern geeichte Zählwerk antreibt.
7. Verstärker
- Abb. 5. - Blick auf den Aufsprech-und den Wiedergabeverstärker
Unterhalb des Laufwerkes sind der Aufsprech-und der Wiedergabeverstärker rechtwinklig zueinander untergebracht (Abb. 5). Der dadurch entstandene Raum bietet genügend Platz für das am Laufwerk angebrachte Reibradgetriebe, und es war so möglich, eine niedrige Bauhöhe für das ganze Gerät zu erreichen.
Die Umschaltung der für die drei Bandgeschwindigkeiten erforderlichen Entzerrungen erfolgt über die in den Verstärkerchassis untergebrachten und mechanisch vom Laufwerk gesteuerten Schalter.
Der Normalpegel der Eingangsspannung des Aufsprech- und der Ausgangsspannung des Wiedergabeverstärkers ist 1,55 V, entsprechend + 6 dB von und für 200 Ohm. Bei diesen Pegelverhältnissen und wegen der getrennten Hör- und Sprechköpfe ist der sofortige Vergleich der Ein- und Ausgangsspannung möglich (vor-/über-Band-Schaltung). Die für die verschiedenen Bandgeschwindigkeiten gemäß DIN 45513 für DIN-Bezugsbänder festgelegten Wiedergabe-Entzerrungen sind
38 | 19 | 9,5 cm's
35 | 100 | 200 jjls
Diese Entzerrungen erfordern für geradlinige Frequenzgänge die Verwendung eines bestimmten Bandtyps für die jeweilige Bandgeschwindigkeit.
38 | 19 | 9,5 cm/s
FR- | FSP- I FSP-Band
bzw. LR- | LGS- I LGS-Band
8. Aufsprechverstärker
Der Aufsprechverstärker hat für die drei Bandgeschwindigkeiten unabhängig voneinander einstellbare Pegel- und Entzerrerregler, über einen symmetrischen Eingangsübertrager (Abb. 6) gelangt die NF zu einem Potentiometer, an dem der Pegel der Eingangsspannung im Bereich 0,2 ... 2,0 V auf den Nennpegel 1,55 V geregelt werden kann. Als erste Verstärkerstufe dient das erste System einer ECC 85. Für die tiefen und mittleren Frequenzen liegt im Anodenkreis eine feste Gegenkopplung über den Gesamtwiderstand der drei 50-kOhm-Potentiometer, von deren Schleifern einstellbare Teilspannungen zu Reihenresonanzkreisen für die Höhenentzerrung geführt werden. Diese Reihenresonanzkreise haben eine gemeinsame Höhendrossel. Durch Umschalten der drei Kapazitäten in Reihe mit je einem regelbaren Dämpfungswiderstand lassen sich sowohl die Resonanzfrequenz als auch der Kurvenverlauf der Höhenentzerrung verändern. Diese Gegenkopplungsschaltung ermöglicht eine sehr genaue Einstellung der Entzerrung der Aufsprechstrom-Kurve oberhalb der nach DIN festgelegten Bezugsfrequenzen.
Zwischen der Anode des ersten und dem Gitter des zweiten Systems der ECC 85 liegen drei 1-MOhm-Potentiometer zum unabhängigen Einstellen der Sprechstrompegel für die drei Bandgeschwindigkeiten. Nach weiterer Verstärkung in einer EF 804 wird die NF über einen Ausgangsübertrager in den Sprechkopfkreis eingekoppelt.
Eine zweite ECC 85 arbeitet als symmetrier-barer Gegentakt-HF-Generator in kapazitiver Dreipunktschaltung mit einer Frequenz von 100 kHz. Der Löschstrom von ca. 120 mA wird über eine Ankopplungsspule direkt dem Oszillator-Trafo entnommen und dem Ferrit-Löschkopf zugeführt. Wegen der besseren Güte des Ferrits (geringere Verluste) war es möglich, die Löschfrequenz von 40 kHz auf 100 kHz zu erhöhen, ohne dadurch den HF-Generator zu stark zu belasten. Zur Auskopplung des HF-Vormagnetisierungsstromes ist eine zweite Auskopplungsspule auf dem Oszillator-Trafo vorhanden, die über drei getrennt einstellbare, mit der Bandge-
schwindigkeit umschaltbare Kapazitäten an den Vormagnetisierungs-Trafo geschaltet ist. Dadurch ist es möglich, für die bei den verschiedenen Bandgeschwindigkeiten jeweils benutzten Bänder den optimalen Arbeitspunkt durch die Vormagnetisierung einzustellen, über den Vormagnetisierungs-Trafo ist der Sprechkopf angekoppelt, wobei die HF der NF überlagert wird.
Der Gegentakt-HF-Generator läßt sich über ein Potentiometer so symmetrieren, daß der erzeugte Lösch- und Vormagnetisierungsstrom ein Minimum an geradzahligen Oberwellen enthält, die sonst als Gleichstrom-Vormagnetisierung zusätzliches Bandrauschen hervorrufen würden. Auf diese Weise erreicht man einen hohen Fremd- und Geräuschspannungs-Abstand. Weiterhin ist durch den hohen Abstand zwischen der Vormagnetisierungsfrequenz und der höchsten aufzuzeichnenden Niederfrequenz (100 : 15 kHz) sowie durch den kleinen Klirrfaktor des Sprechstromes eine Interferenz weitgehend vermieden.
9. Wiedergabeverstärker
Ebenso wie der Aufsprechverstärker hat auch der Wiedergabeverstärker für die drei Bandgeschwindigkeiten umschaltbare und unabhängig voneinander einstellbare Pegel- und Entzerrungsglieder. Die vom Band im Hörkopf induzierte EMK gelangt über einen symmetrischen Eingangsübertrager (Abb. 7) zum Gitter der ersten EF 804. Eine AC-Gegenkopplung zwischen Anode und Gitter bewirkt eine Höhen-Vorentzerrung der Hörkopf-EMK. Nach weiterer Verstärkung in einer zweiten EF 804 erfolgt nochmals eine Höhenentzerrung durch Gegenkopplung von der Anode auf das Gitter. Für die mittleren und tiefen Frequenzen ist dabei durch den Gesamtwiderstand der 100kOhm-Potentiometer in Reihe mit einem Festwiderstand eine konstante Gegenkopplung vorhanden. Mit den Schleifern der drei Potentiometer abgegriffene Teilspannungen liegen über umschaltbare Reihenresonanzkreise gegen Masse.
Die Reihenresonanzkreise bestehen aus einer festen Entzerrer-Drossel in Reihe mit je einer umschaltbaren Kapazität und je einem regelbaren Dämpfungswiderstand. Durch diese Anordnung ergibt sich eine sehr variable Höhenentzerrung. Zwischen der Anode der zweiten EF 804 und dem Gitter des ersten Systems der nachfolgenden ECC 85 liegen drei 1MOhm-Potentiometer zum Einstellen der Pegel. In der Katodenleitung desselben Systems befindet sich noch ein auf die HF-Generatorfrequenz (100 kHz) abgestimmter Sperrkreis, dessen Wirkung eine Gegenkopplung von der Anode des zweiten Systems der ECC 85 auf die Katode des ersten Systems noch erhöht.
Vom zweiten System der ECC 85 gelangt die NF über einen symmetrischen Ausgangsübertrager mit einem Ausgangsscheinwiderstand < 40Ohm an die Ausgangsbuchsen. Der Nennspannungswert für den Ausgang ist 1,55V, entsprechend + 6dB.
10. Technische Daten
Das Chassis mit den Abmessungen (Oberkante Grundplatte) 500x470x205mm ist in einem Koffer mit den Abmessungen 560x504x307mm untergebracht; Gewicht mit Koffer 52kg. Das Magnetophon „M5" ist für den Anschluß an das Wechselstromnetz (50Hz) mit den Spannungen 110, 127, 220 und 237V bestimmt und nimmt 160VA auf.
Der größte Wickeldurchmesser ist 300 mm, was bei 50 u Banddicke rd. 1000m Bandlänge entspricht. Die auswechselbare Mitnahmevorrichtung ist für Kernbefestigung nach DIN 45 515 (Spulenkern, Flanschspule mit 100 mm Kerndurchmesser, Spulenkern NARTB mit Adapter) und nach DIN 45 514 (Flanschspule mit 60mm Kerndurchmesser) bestimmt.
Die Anlauf- bzw. Stoppzeit bei Aufnahme und Wiedergabe liegt unter 0,1s; die Umspulzeit für ein 1000m-Band ist etwa 2min, wobei die Stoppzeit aus schnellstem Umspulen eines 1000m-Bandes unter 2s liegt.
Die drei Bandgeschwindigkeiten (38,1 cm/s, 19,05 cm/s und 9,52 cm/s) sind mittels Stroboskops einstellbar. Ist für die Bandgeschwindigkeit 38,1 cm/s die Nenngeschwindigkeit auf ± 0% eingestellt, dann weicht sie für 19,05cm/s um maximal ± 0,2% und bei 9,52cm/s um maximal ± 0,5% ab. Jede Bandgeschwindigkeit läßt sich aber auch auf 0% Abweichung einstellen.
Der Schlupf (Abweichung Bandanfang gegen Bandende) ist aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen.
38cm/s 19cm/s 19,5cm/s
1000-m-Band
mit Spulenkern ±0,1 •/• ± 0,15 •/• ± 0,25 •/•
350-m-Band
mit Flanschspule ± 0,15 °/o ± 0,25 •/• ± 0,25 •/.
Die Tonhöhenschwankungen im Bereich 0,5 ... 100Hz bei einem Spulenkern mit 100mm Dm sind bei 38cm/s ± 0,1 •/•, bei 19 cm/s ± 0,2 •/• und bei 9,5 cm/s ± 0,4 %>.
Die Eingangsspannung läßt sich im Bereich 0,2 ... 2,0 V auf den Nennpegel 1,55 V einstellen; die Eingangsimpedanz ist > 5000 Ohm für einen Quellwiderstand ^ 200 Ohm. Die Ausgangsspannung ist im Bereich 0 ... 3,0 V auf den Nennpegel 1,55 V einstellbar; die Ausgangsimpedanz ist < 40 Ohm für Belastung mit ^ 200 Ohm. Ein eingebauter Spannungsteiler gestattet ferner nach Umschaltung die Entnahme einer Ausgangsspannung von V6 des Nennpegels bei einem Quellwiderstand von rd. 100 Ohm.
Die gleichzeitig mit dem Laufwerk umgeschaltete Wiedergabeentzerrung nach DIN 45 513 entspricht den Werten auf S. 36. Der Frequenzgang über Band ist für
9,5 cm/s 50 . . 8 000 Hz ± 3 dB
19 cm/s 40 . . 15 000 Hz ± 3 dB
38 cm/s 30 . 60 Hz ± 2 dB
60 . . 12 000 Hz ± 1 dB
12 000 . . 15 000 Hz ± 2 dB
Bei einem Eingangs- und Ausgangspegel von + 6 dB ergeben sich für 1000 Hz die nachstehenden Klirrfaktoren
I 38 cm/s | 19 cm/s | 9,5 cm/s
*2 < 0,3 •/. < 0,5 •/• < 1 •/.
*3 < 2,0 •/• < 3,0 •/. < 5 V.
Der Ruhegeräuschspannungsabstand nach DIN 45 510 ist für 38,1 cm/s > 53 dB und der Fremdspannungsabstand nach DIN 45 510 für dieselbe Bandgeschwindigkeit > 58 dB. Eingebaut ist ferner noch ein Zeitzähler, der für den Service oder die Betriebsstatistik das Ablesen der Betriebsstunden bis maximal 99.999 Stunden erlaubt.
Besondere Merkmale
Das neue Magnetophon „M 5" ist durch eine Reihe von Merkmalen eine besonders interessante Konstruktion. Gummibelegte Reibräder als Zwischenglieder einer dreistufigen Übersetzung zwischen Tonmotor und Schwungscheibe übernehmen infolge des An- und Abtriebsmomentes (Keilwirkung) einen wahlweise umschaltbaren, kraftschlüssigen Antrieb des Bandes über die Tonrolle. Die Übersetzungen sind übersynchron, wobei die Drehzahl der Tonrolle mittels einer einstellbaren Bremse an der Schwungscheibe für die jeweils benutzte Bandgeschwindigkeit auf Schlupf gegen Null abgleichbar ist.
Weiterhin sei noch darauf hingewiesen, daß sich das Gerät wegen des bequem auswechselbaren Kopfträgers und der leicht in zwei Stockwerken montierbaren Verstärkersätze besonders einfach auf Stereophonie-Betrieb erweitern läßt.
Darüber hinaus besteht aber auch in der Industrie ein großes Interesse an einem zuverlässigen Gerät für Geräusch- und Schwingungsuntersuchungen. Da dieses Gerät die Möglichkeit bietet, auch tiefe Frequenzen aufzunehmen und sie dann mit Hilfe der umschaltbaren Bandgeschwindigkeit maximal im Verhältnis 4 : 1 zu transponieren, lassen sich in Verbindung mit besseren Filtern bestimmte Frequenzanalysen besonders einfach durchführen.
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