Referat Das Magnetbandverfahren

Das Magnetbandverfahren

Die Geschichte des Magnetbandverfahrens

Gegenüber der analogen Aufzeichnungstechnik führte die digitale Signalverarbeitung im letzten Jahrzehnt zu einer weiteren Steigerung der Qualität. So konnten die Signale ohne jeglichen Verlust von einem auf den anderen Tonträger kopiert werden. Auch die Nachbearbeitung wurde durch Anwendung digitaler Prozessoren (DSP) immer einfacher. Um jedoch einen annähernd so "wohligen" Klang wie bei der Analogtechnik zu erreichen mußte man die Schallwelle sehr genau digitalisieren. Da dies eine Menge Speicherplatz in Anspruch nahm mußte man sich zunächst mit niedrigerer Qualität zufrieden geben. Erst als man ein abgewandeltes Magnetverfahren und zusätzliche Komprimierung anwandte war eine gute Qualität auch bei niedrigem Bandverbrauch gewährleistet.

Grundlagen zum Magnetbandverfahren

Grundlagen zur Digitaltechnik

Digital (digit = Zahl) bedeutet im engeren Sinne nur Zahlensystem. Dieses besteht generell nur aus zwei Zahlen und wird deshalb auch Binärsystem bezeichnet. Die dazu gehörenden Zahlen nennt man Binärzahlen. Das wichtigste binäre Zahlensystem ist das Dualsystem.

Ein digitales Signal besteht daher im einfachsten Falle aus einer Folge der Ziffern "0" und "1". Diese Werte sind durch zwei verschiedene Spannungswerte (z.B. 0 Volt und 1 Volt) darstellbar. Eine Binärstelle ,also bestehend aus einer "0" oder einer "1" wird als Bit bezeichnet.

Die Qualität nach dem Umwandeln eines analogen Signals in die digitale Form hängt von zwei Faktoren ab. Zum einen muß eine möglichst hohe Abtastrate des analogen Signals erreicht werden, um möglichst alle wichtigen Frequenzen des Audiosignals zu erfassen, und zum anderen sollte eine sehr genaue Auflösung der Amplitude erfolgen, um so einen möglichst "weichen" Klang zu erreichen.

Die Abtastrate erfolgt in x-Richtung einer Schallwelle. Sie wird deshalb auch Hz bzw. kHz angegeben. Sie sollte mindestens doppelt so groß sein, wie die höchste in der Schallwelle auftauchende Frequenz . In der Praxis zeigt sich, das eine Abtastrate von 44,1 kHz (CD Qualität) bzw. von 48 kHz (DAT Qualität) bei Studioaufnahmen ausreichend ist .

Die Auflösung erfolgt in y-Richtung und zeichnet somit die Amplitude auf. Diese wird in eine bestimmte Anzahl von Bits konvertiert bzw. codiert. Diese Auflösung (auch Quantisierung genannt) erfolgt heutzutage meist schon bei allen Geräten mit 16 Bit (CD-Qualität) . Besondere Studiogeräte erreichen sogar eine Auflösung von 24 Bit bzw. 32 Bit. Dies läßt einen größeren Spielraum zur digitalen Nachbearbeitung.

Man muß jedoch beachten, daß eine Vergrößerung der Abtastrate und eine genauere Quantisierung eines analogen Signals auch zu einer Vergrößerung des Bandverbrauches bzw. Plattenverbrauchs führt.

Da auch bei der Digitaltechnik die Austauschbarkeit der Tonträger im Vordergrund steht, hat man sich auch hier auf die verschiedenen Abtastraten (22,05 kHz; 44,1 kHz bzw. 48 kHz), die verschiedenen Auflösungen (12, 16, 24 und 32 Bit) und die verschiedenen Formate (Codierung) des Digitalwortes geeinigt.

Um ein möglichst hochwertiges Audiosignal zu erlangen, hat man im Laufe der Zeit verschiedene Fehlerkorrekturen entwickelt. Diese versuchen einen fehlerhaften Wert ausfindig zu machen und ihn bestmöglich zu ersetzen. Die generell am einfachsten zu bewerkstelligende Lösung bietet ein Ersetzen des fehlerhaften Wertes durch den des Vorgängers. Hierzu reicht dann meist ein Speicher von einem Bit. Als beste Alternative hat sich jedoch die Bildung des Mittelwertes aus Vorgänger und Nachfolger herausgestellt .

Grundlagen zum Speicherverfahren und ihre Anwendung

Beim Magnetbandverfahren gibt es zwei Systeme, die noch in heutiger Zeit von Bedeutung sind. Das wäre zum einen die Längsspuraufzeichnung mit feststehenden Köpfen und zum anderen die Schrägspuraufzeichnung mit rotierenden Köpfen.

Bei den Längsspuraufzeichnungen haben sich drei verschiedene Standards entwickelt: Das DASH-Format, das S-DAT-System und das DCC-System. Alle diese Systeme sind unter dem Aspekt der Austauschbarkeit entstanden und sind deshalb meist nur in den Bandgeschwindigkeiten von 76 cm/s, 38 cm/s und 19 cm/s umschaltbar.

Das Digital Audio Stationary Heads - Format[5] kennt außerdem noch zwei unterschiedliche Konfigurationen von Spurdichten (normal und double density), die jedoch untereinander völlig kompatibel sind. Aus diesem Grunde ist auch die räumliche Anordnung der Spuren bei beiden Konfigurationen völlig identisch. Der Unterschied liegt nur darin, daß ein normaler Tonträger nur 24, ein double density bespielter Tonträger jedoch 48 Spuren aufnehmen kann. Die zusätzlichen 24 Spuren liegen dabei genau zwischen den anderen 24 Spuren .

Eine weitere Neuerung des DASH-Formats stellt die voll digitale Kreuzüberblendung (Crossfade) dar. Diese gewährt das Mischen zweier Klangquellen ohne direkte Übergänge zu hören. Diese Einrichtung ist in jedem DASH-Gerät fest integriert.

Im Zuge der Normung künftiger, digitaler Aufnahme- und Wiedergabeverfahren wurde 1985 das S-DAT Format ( Stationary Heads Digital Audio Tape Recording) entwickelt. Hierbei verwendet man besondere Wendekassetten mit einer hochkoerzitiven Magnetschicht (1400 Oerstedt). Die 20 parallelen Spuren werden mit einer Auflösung von wahlweise 12 oder 16 Bit aufgezeichnet .

Das neueste Verfahren der longitudinalen (längsbeschrifteten) Digitalaufnahme und Wiedergabe stellt das DCC-System dar. Dieses ist abwärtskompatibel zu den handelsüblichen, analogen CCs und MCs. Jedoch besitzt es eine hochwertige Datencodierung (PASC = Precision Adaptive SubCoding). Diese besteht darin das Audiosignal in 32 verschiedene Frequenzbänder zu zerlegen. Aufgrund von psychoakustischen Phänomenen läßt sich zeigen, daß ein Ton höherer Intensität ein anderes Schallsignal geringerer Lautstärke so "übertönt", daß letzteres nicht mehr wahrgenommen wird. Laute Töne können daher leise Töne überdecken ("maskieren") und müssen somit auch nicht mehr aufgezeichnet werden . Die so komprimierten Daten werden auf acht parallelen Spuren abgespeichert. Eine weitere neunte Spur dient der Aufzeichnung von zusätzlichen Informationen wie zum Beispiel Stück- und Zeit-Code und auch Bandmarkierungen . Dies sorgt für eine komfortable Bedienung.

Neben der Längsspuraufzeichnung in Dichtspeichertechnik hat sich besonders in den letzten Jahren vermehrt die Schrägspuraufzeichnung durchgesetzt. Diese wurde bis dahin fast ausschließlich bei Videorecordern eingesetzt. Die Aufnahme bzw. Wiedergabe einer solchen Schrägspuraufzeichnung erfolgt über jeweils zwei rotierende Tonköpfe, die auf einer Kopftrommel in einem Winkel von 90° angebracht sind. Dabei wird das Band unter einem Winkel von 2° bis 15° in  Umschlingung über die Kopftrommel geführt. Auch die Trommel steht etwas schräg, so daß sich bei der Rotation der Trommel auf dem vorüberziehenden Band eine in Spiral- (bzw. Helical-)Linien ablaufende Aufzeichnung ergibt (siehe Zeichnung unten) .

Um ein digitales Signal auf dem Tonträger abzuspeichern muß ein spezieller PCM Prozessor nun sowohl die digitale Schallwelle, als auch die Bezugsgrößen und die Synchronisierungswerte für die Kopftrommel mit abspeichern, damit keine Daten durch ungenaue Abtastung verloren gehen. Mit diesem PCM Prozessor sollte nun eine Speicherung auf den verschiedensten Videosystemen (NTSC und PAL/SECAM) möglich sein. Zur Kontrolle wird das Audiosignal meist auch noch zusätzlich analog gespeichert .

Im Jahre 1985 haben sich 80 Hersteller auf das R-DAT-System (Rotary Heads Digital Audio Tape Recording) geeinigt. Die Spezifika dieses Weltstandards sind in der unten anstehenden Tabelle beschrieben.

Ein Vermeiden der Übersprechdämpfung wird hierbei durch einen weiteren Versatz des Spaltwinkels um etwa 20° vermieden. Der Aufbau auf dem Tonträger ist der nebenstehenden Grafik zu entnehmen.

Durch digitale Aufzeichnungsvorgänge im Schrägspurformat kann der Bandverbrauch im Vergleich zu einer herkömmlichen Kassette auf etwa 2% der Selbigen reduziert werden.

Vor- und Nachteile des Magnetbandverfahrens gegenüber dem Magnettonverfahren

Die Vorteile der digitalen Klangverarbeitung mit dem Magnetbandverfahren liegen auf der Hand. Der größte Vorteil gegenüber dem Magnettonverfahren ist jedoch der, daß man das Band nicht mehr mit einer nichtmagnetischen Schere zusammenfügen muß. Dies geschieht beim Magnetbandverfahren durch die, meist schon im Gerät eingebaute, Crossfade-Funktion. Sie gewährt außerdem einen natürlichen EditPoint (Schnittpunkt des Tonträgers; siehe 2). Des weiteren ermöglicht diese Digitaltechnik ein vollständiges Löschen und somit eine fast unbegrenzte Wiederverwendbarkeit.

Einen weiteren Aspekt bietet die Möglichkeit der digitalen Nachbearbeitung. Da die meisten Effekte wie z.B. Hall, Chorus, Flanger, Harmonizer in der Elektrotechnik viel einfacher durch gezielt gesteuerte Prozessoren digital bewirkt werden können, ist deshalb auch keine Umwandlung durch einen A/D- bzw. D/A-Wandler und ein damit verbundener Qualitätsverlust mehr nötig.

Auch die endgültige Aufnahme auf die in der heutigen Zeit am weitesten verbreitete Compact Disk (CD) wird dadurch erleichtert.