Referat Das Magnettonverfahren

Das Magnettonverfahren

Die Geschichte des Magnettonverfahrens

Das Magnettonverfahren wurde im Jahre 1898 von Poulsen erfunden. Es ermöglichte gegenüber anderen Verfahren (z.B. Nadeltonverfahren, Lichttonverfahren) eine Tonaufzeichnung mit geringem Qualitätsverlust.

Die Möglichkeit der Löschung und Wiederverwendung des Tonträgers, sowie der sofortigen Wiederbespielbarkeit und nicht zuletzt auch die Cutfähigkeit der Magnettonbänder führte dazu, daß sich das Magnettonverfahren vor allem im Studiobetrieb durchsetzte.

Grundlagen zum Magnettonverfahren

Die Schallenergie, die man bekanntlich nicht direkt aufzeichnen kann, liegt nach einer Umwandlung durch Schallwandler zunächst ausschließlich in elektrischer Energie vor. Es liegt daher nahe diese Energie direkt zu speichern. Da sich jedoch elektrische Ladungsträger über einen größeren Zeitraum kaum konstantbleibend ortsgebunden anordnen lassen , muß man die elektrische erst in magnetische Energie umwandeln, so daß man sie direkt zur Speicherung verwenden kann. Dabei muß man darauf achten, daß die Bandlaufgeschwindigkeit schnell genug ist um die gewünschte Wellenlänge (fast) exakt aufzuzeichnen.

Die aufgezeichnete Wellenlänge ergibt sich aus dem Quotient von Bandlaufgeschwindigkeit und Frequenz der Welle. Aber dazu kommen wir später noch einmal.

Grundlagen zur magnetischen Aufzeichnung

Der Magnetismus kann in drei verschiedenen Formen auftreten: Zum einen wäre da der Diamagnetismus, der auch bei Aufhebung aller Spin- und Bahnmomente (die ja bekanntlich für den Magnetismus zuständig sind) innerhalb eines Atoms vorhanden ist, des weiteren wäre da der Paramagnetismus, der aufgrund von nicht vollständigem Aufheben restlicher magnetischer Momente entsteht, sich aber global betrachtet (nach außen hin) wieder aufhebt. Durch Einwirkung eines fremden, stetig steigenden Magnetfeldes richten sich die statisch verteilten magnetischen Momente in Richtung des einwirkenden Feldes aus. Den Grad vollständiger Ausrichtung nennt man Sättigung.

Dia- und Paramagnetismen sind zur Speicherung von magnetischer Energie weitgehend ungeeignet, da sie sehr schwach sind und sich schnell wieder neutralisieren.

Letztendlich ist da noch die dritte Form des Magnetismus zu erwähnen: den Ferromagnetismus.

Diese Form ist dem Paramagnetismus sehr ähnlich. Auch hier richten sich kleine Bereiche eines Mediums aus, jedoch geschieht dies selbständig durch quantenmechanische Austauschkräfte. Derartige, bis zur Sättigung ausgerichtete Atomgruppen (Elementarbereiche) bezeichnet man als Weiß'sche Bezirke[3]. Ein Dauermagnet besteht aus einer Vielzahl solcher (gleichgerichteter) Weiß'sche Bezirke. Ein ferromagnetischer Stoff wird neutral bezeichnet, wenn die Elementarmagnete nicht ausgerichtet sind.

Zur Speicherung magnetischer Energie verwendet man, besonders auch aufgrund der leichten Ausrichtung der Elementarmagneten, den Ferromagnetismus.

Die Magnetisierungskurve (Hystereseschleife)

Um einen neutralen ferromagnetischen Stoff zu magnetisieren (also die Elementarmagnete auszurichten) muß man ein stetig zunehmendes magnetisches Feld anlegen. Die Magnetisierungskurve der Elementarmagneten bezeichnet man als Neukurve. Bei entsprechend großer Feldstärke stellt sich ein Sättigungscharackter ein, das heißt, daß die Magnetisierung bei Erhöhung der Feldstärke kaum noch zunimmt.

Kehrt man nun das einwirkende Magnetfeld jeweils beim Erreichen des Sättigungscharackters um, so erhält man die Hystereseschleife (siehe rechts). Hierbei verläuft der Magnetisierungsvorgang in drei verschiedenen Zonen ab.

In der ersten Zone (also zu Beginn der Magnetisierung) verläuft das "Umklappen" der Weiß'schen Bezirke noch reversible, so daß beim Aufhören der Feldeinwirkung das Material wieder seinen Ausgangszustand annimmt.

In der anschließenden zweiten Zone klappt der Magnetisierungsvektor, also die Richtung der Elementarmagneten eines Stoffes, fast sprunghaft in die Richtung des Fremdfeldes. Dabei ist eine von der Richtungsdifferenz zwischen ursprünglichem Magnetisierungsvektor und Fremdfeldvektor abhängige Umschlags-energie aufzubringen. Diese ist bei jedem Teilchen verschieden hoch. Dies hat zur Folge, daß die Elementarmagneten mit zunehmender Feldstärke erst nacheinander umklappen. Jene Sprünge werden als Barkhausensprünge bezeichnet. Bei einer Verminderung der Feldstärke verschwindet nur der reversible Anteil der Magnetisierung. Die anderen Elementarmagneten können die Umschlagsenergie nicht von selbst aufbringen, die für das Erreichen der Ausgangslage notwendig wäre. Es bleibt also eine remanente Magnetisierung bestehen.

Steigt die Feldstärke des einwirkenden Feldes bis zur Sättigungsfeldstärke weiter an (Zone 3), so stellt sich dementsprechend auch die Sättigungsmagnetisierung ein, wobei fast nur noch Weiß'sche Bezirke existieren, deren Magnetisierungsvektor in Feldrichtung weisen. Verschwindet die Sättigungsfeldstärke, so geht die Magnetisierung auf den irreversiblen Anteil zurück und es stellt sich eine remanente Grenzmagnetisierung ein.

Der Wert der Feldstärke bei den Nullstellen der Hystereseschleife, also an der Stelle an der die remanente Magnetisierung verschwindet, nennt man die Koerzitivkraft . Diese ist bei hartmagnetischen Werkstoffen relativ groß, wodurch diese nicht so leicht von äußeren Feldern entmagnetisiert werden können. Diese Stoffe eignen sich folglich auch gut für dauerhafte Speicherung.

Die Entmagnetisierung

Die Form der Hystereseschleife unterscheidet sich nicht ausschließlich durch den verwendeten Werkstoff, sie hängt auch noch mit der Art der Magnetisierung zusammen. So ist es durchaus wichtig, ob eine Kurve an einer durch einen Luftspalt getrennten ringförmigen oder einer stabförmigen ferromagnetischen Probe ermittelt wurde. Der Unterschied ergibt sich durch die freien magnetischen Pole, die eine Entmagnetisierung (Scherung) bewirken. Die Größe der Endmagnetisierungsfeldstärke hängt von den Abmessungen, also der Form und der Magnetisierung der Probe ab. Die Scherung einer Hystereseschleife bewirkt eine Herabsetzung der Magnetisierung.

Das Bild auf der linken Seite zeigt die Scherung einer Hystereseschleife an der Entmagnetisierungsgerade.

Die Remanenzkurve

Für den Vorgang der Schallaufzeichnung auf einen Tonträger ist die Remanenz (zurückbleibende, remanente Induktion) von großer Bedeutung. Sie tritt dann in Erscheinung, wenn die Probe das magnetische Feld verlassen hat.

Eine Remanenzkurve läßt sich aus einer Magnetisierungskurve (Hystereseschleife, siehe 1.2.2) ermitteln, indem man die zu einer einwirkenden Feldstärke gehörende remanente Induktion, die sich mit verschiedener Feldstärke über einem Magnetisierungsast einstellt, in Abhängigkeit von der Feldstärke aufträgt (siehe Abbildung rechts).

Theorie der magnetischen Schallaufzeichnung

Zur magnetischen Schallspeicherung gehören die Vorgänge der Aufzeichnung, Abtastung und Löschung. Bevor jedoch darauf im Einzelnen eingegangen wird, soll zuvor das Grundprinzip des magnetischen Schallspeicherverfahrens in Verbindung mit den entstehenden Schriftarten angegeben werden.

Grundprinzip und Schriftarten

Beim Magnettonverfahren kann der Informationsgehalt auf verschiedene Arten auf dem Tonträger untergebracht werden. Diese unterschiedlichen Arten nennt man Schriftarten .

Es handelt sich hierbei um drei (bzw. zwei) verschiedene Typen: Die Längsmagnetisierung, die Quermagnetisierung in die Tiefe und die Quermagnetisierung in die Breite . Es stellt sich heraus, daß die Längsmagnetisierung meist untrennbar mit der Quermagnetisierung in die Tiefe verknüpft sind, aber darauf kommen wir später noch mal zurück.

Der Informationsgehalt kann nun dadurch auf den Tonträger übertragen werden, daß ihm entweder eine in der Stärke signalabhängige Längsmagnetisierung (Intensitätsschrift) oder aber Zonen konstanter Magnetisierung, aber verschieden großer räumlicher Ausdehnung (Zackenschrift) zugeordnet werden.

Beim Aufzeichnungsvorgang der Längsmagnetisierung ,also der Intensitätsschrift, wird der im Rhythmus des Schallereignisses fließende Strom (siehe 1.2) durch eine Spule in einen sich ebenso ändernden magnetischen Fluß im Kern des Sprechkopfes (Aufnahmekopf) umgewandelt. Der meist als Ringkern ausgebildete Sprechkopfkern besitzt zunächst an der Stelle, an der er den vorbeiziehenden Tonträger berührt, einen Spalt. Dieser ist mit einem nichtferromagnetischen Material (_rel ausgestattet. Dies bedingt eine geringe Verschmutzung und eine geringe Ablagerung von abgeschliffenen magnetischen Teilchen des Tonträgers. Aufgrund der geringen Permeabilitätszahl des Spaltmaterials gehen die Magnetflußlinien bevorzugt durch den vorbeiziehenden Tonträger mit etwas höherer Permeabilität, der dadurch im Rhythmus des Schallereignisses magnetisiert wird. Somit findet eine magnetische Aufzeichnung des erregenden Schallsignals statt.

Am Beispiel einer aufzuzeichnenden periodischen Sinuswelle sieht dies nun wie folgt aus: Am Hochpunkt der Funktion finden wir eine starke Magnetisierung (Nordpol) vor, die durch einen starken Sprechstrom hervorgerufen wurde. Auch am Tiefpunkt der Funktion finden wir eine starke Magnetisierung vor, die jedoch eine andere Polung besitzt (Südpol). An den Nullstellen selber wird direkt keine Magnetisierung hervorgerufen.

Beim Abspielvorgang wird der Tonträger am Spalt eines als Hörkopf bezeichneten Abtastwandlers vorbeigezogen, der ähnlich wie der Sprechkopf aufgebaut ist . Dabei wird auf den Hörkopf eine Spannung induziert, die proportional mit der Flußänderung ist, also sich im selben Rhythmus "bewegt".

Soll nun auf dem bereits bespielten Tonträger eine erneute Aufnahme erfolgen, so muß die alte Aufnahme zunächst gelöscht werden. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten, die alle darin bestehen den Tonträger einer großen Magnetisierung auszusetzen. Dazu kann man sowohl eine Löschdrossel benutzen, als auch abermals einen Kopf.

Beim ersten Modell (siehe 1.1) wurde ein einziger Kopf für alle drei Funktionen zeitlich versetzt benutzt. Diese Technik findet man auch heute noch in einfachen Geräten wieder. Bei hochwertigen Studiogeräten werden jedoch drei unterschiedliche Köpfe für Löschung, Aufnahme und Wiedergabe verwendet. Die versetzte Anordnung (ca. 0.1s) ermöglicht außerdem ein verspätetes Abhören nach der Aufnahme, so daß bei technischen Mängeln die Aufnahme sofort abgebrochen werden kann.

Der Löschvorgang

Für die Löschung einer Aufzeichnung kann sowohl ein Gleichfeld wie auch ein Wechselfeld verwendet werden. Um eine Entmagnetisierung durch ein Gleichfeld zu erreichen, muß man durch den Löschkopf einen Gleichstrom fließen lassen . Die Verteilung des Gleichfeldes erfolgt nun nach einer sogenannten Glockenkurve. Die maximale Feldstärke des Gleichfeldes muß den Wert bei Sättigungsfeldstärke erreichen, so daß jedes ferromagnetische Teilchen des Tonträgers von einer beliebigen, vorher remanenten Induktion bis zur Sättigung magnetisiert wird. Nach Verlassen des Feldes besitzt der Tonträger in allen Teilen eine nahezu gleiche Magnetisierung: die Grenzremanenz. Dadurch ist die frühere Aufzeichnung beseitigt .

Verwendet man ein Wechselfeld, daß zum Beispiel von einer mit Wechselstrom gespeisten Löschdrossel erzeugt werden kann, und läßt man dieses Wechselfeld auf alle Teile eines Magnetbandwickels genügend stark einwirken, so wird der Tonträger zunächst bis zur Sättigung magnetisiert. Entfernt man die Löschdrossel langsam, so durchlaufen die magnetisierten Teilchen des Tonträgers immer kleiner werdende Hystereseschleifen bis zum entmagnetisierten Zustand. Der Tonträger ist danach entmagnetisiert und damit magnetisch neutral.

Sollen nur Teile eines Tonträgers gelöscht werden, was in der Praxis, insbesondere in der Tonstudiotechnik, oft der Fall ist, so ist die Anordnung eines besonderen Löschkopfes notwendig; er ist entsprechend der Bewegungsrichtung des Tonträgers dem Sprechkopf vorgelagert. Er wird von einem genügend großem Wechselstrom durchflossen, so daß der an seinem Spalt vorüberziehende Tonträger durch die starke auf ihn einwirkende Magnetisierung gesättigt bzw. entmagnetisiert wird.

Fließt durch die Wicklung des Löschkopfes ein Wechselstrom hoher Frequenz, so entsteht ein sogenanntes Löschwechselfeld , dessen Amplituden von der Glockenkurve als Hüllkurve begrenzt werden. Durchläuft ein Tonträger dieses Feld, so durcheilt jedes beliebige ferromagnetische Teilchen von einer bestimmten remanenten Induktion bis zur Grenzkurve ansteigende und danach wieder kleiner werdende Hystereseschleifen, bis keine Magnetisierung mehr vorhanden ist. Es zeigt sich, daß dieser Zustand nur durch ein genügend häufiges Ummagnetisieren mit immer kleiner werdender Feldamplitude erreicht werden kann. Es zeigt sich, daß diese Forderung einmal durch eine geringe Flankensteilheit der Feldverteilungskurve, als auch durch eine hohe Frequenz des Löschwechselstromes erfüllt werden .

Der Aufzeichnungsvorgang

Die Magnetisierung entsteht, wie schon vorher (siehe 1.3.1) erwähnt, dadurch, daß die aus dem Ringkern des Sprechkopfspaltes tretenden Magnetfeldlinien bevorzugt durch den Tonträger gehen und somit diesen magnetisieren. Da jedoch nicht die geraden Magnetfeldlinien durch den Tonträger gehen, sondern nur die äußeren (gebeugten) Linien, haben wir es mit einem inhomogenen Feld zu tun. Dies bewirkt, daß neben der gewünschten Längsmagnetisierung auch noch eine Quermagnetisierung in die Tiefe entsteht. Jener Effekt tritt verstärkt beim Weitertransport des Tonträgers an die Flanken des Magnetfeldes ein. Somit findet meist eine zunehmende Richtungsänderung zur Quermagnetisierung in die Tiefe statt.

Jetzt könnte man meinen, daß die remanente Magnetisierung vorwiegend quer gerichtet ist. Das trifft aber nicht zu. Die Ursache dafür liegt in der geringen Ausdehnung des Tonträgers in die Tiefe. Diese ist so gering, daß sich der Einfluß der Quermagnetisierung nur noch bei geringen Wellenlängen messen läßt . Jedoch bewirkt die Quermagnetisierung auch noch eine zusätzlich nichtlineare Verzerrung, die sich aber mit geringer Schichtdicke und Permeabilität (des Tonträgers) sowie durch die Verwendung von Sprechköpfen mit Ringkernen auf ein Mindestmaß beschränken läßt. Bei nachfolgenden Betrachtungen kann deshalb die Quermagnetisierung vernachlässigt werden.

Zur näheren Betrachtung nehmen wir an, das die Wellenlänge im Vergleich zur Breite des Sprechkopfspaltes groß ist. Somit können wir den Aufzeichnungsvorgang als quasistationär auffassen . Gleitet nun ein magnetisch neutraler Tonträger durch ein sich langsam, sinusförmig änderndes Feld, so erfahren die nacheinander das Feld passierenden Teilchen eine entsprechende Magnetisierung. Beim Verlassen des Bandes stellt sich eine Kurve ein, die in ihrer Größe durch die Remanenzkurve (siehe 1.2.4) verändert wurde. Sie weist eine starke Krümmung in der Nähe des Nulldurchganges und dem Scheitelpunkt auf. Dies bewirkt eine starke nichtlineare Verzerrung und führt (aufgrund der Form) zu einer Anhebung der dritten Harmonischen .

Bei einer Wiederholung dieser Betrachtung, diesmal jedoch mit einem vorher gesättigtem Tonträger, so erhält man aufgrund der veränderten Remanenzkurve eine enorm verzerrte Welle, die noch stärker als bei neutral geladenen Tonträger ist. Eine wirksame Abhilfe kann nur durch vorherige Entmagnetisierung erreicht werden.

Zur Vormagnetisierung verwendet man in der Praxis meist hochfrequenten Wechselstrom (siehe 1.3.2). Bei der Neutralisierung wird der niederfrequente Sprechwechselstrom mit einem hochfrequenten Löschwechselstrom überlagert. Betrachtet man nun auch das Hochfrequenzwechselfeld als quasistationär, so werden beide Frequenzen aufgezeichnet. Dies trifft auch bei einem vorher unbespieltem Band zu.

Auch hierbei tritt die (oben schon angemerkte) nichtlineare Verzerrung durch die Remanenzkurve ein, jedoch bleibt die aufgezeichnete Niederfrequenz nahezu unverzerrt. Um eine weitgehende Linearisierung der Verzerrung zu erlangen, also das Schallsignal möglichst originalgetreu aufzuzeichnen, muß man den Klirrfaktor möglichst gering halten ohne dabei eine große Anderung des Aussteuerungsbereiches mit zu beeinflussen.

Da man in der Praxis jedoch Tonträger mit verschiedenen Hystereseschleifen benutzt ist es schwer einen absolut optimalen Wert zu finden. Man hat sich deshalb auf einen Wert zwischen 80 und 120 kHz geeinigt. Diese hohe Frequenz bewirkt außerdem eine Unabhängigkeit zum niederfrequenten Sprechwechselstrom[18].

Es läßt sich experimentell zeigen, daß die hier unter den Voraussetzungen des quasistationären Feldes angestellten Betrachtungen mit den nichstationären Hochfrequenz-Feldes aus der Praxis identisch sind, auch wenn die Hochfrequenz kaum noch aufgezeichnet wird. Gerade dieses Fehlen bewirkt, daß das Modulationsrauschen

in den Sprechpausen nur noch auf ein Minimum reduziert wird.

In den bisherigen Betrachtungen haben wir stets einen engen Kontakt zwischen dem Tonträger und dem Sprechkopf vorausgesetzt. Da dies aber in der Praxis wegen der Oberflächenrauheit nicht möglich ist, tritt ein nicht zu vernachlässigender Verlust der Aufzeichnung ein. Dies ist damit zu begründen, daß die einwirkende Feldstärke mit zunehmendem Abstand abnimmt. Dummerweise geschieht dies wellenlängenabhängig, wodurch eine weitere Verzerrung hervorgerufen wird.

Des weiteren zeigt sich in der Praxis, daß man für ein das Sprechwechselfeld durchlaufendes Teilchen nur bei tiefen Frequenzen von einem quasistationärem Feld ausgehen kann. Bei genaueren Betrachtungen, die wir aber hier einmal außer Acht lassen wollen, stellt sich heraus, daß dieser Effekt sowohl von der Spaltbreite des Sprechkopfes als auch von der Permeabilität des Tonträgers abhängt.

Eine weitere Dämpfung der hohen Frequenzen findet außerdem noch durch die äußere Entmagnetisierung statt. Ihr Einfluß wird immer stärker, je größer der Querschnitt im Vergleich zur Länge ist .

1.3.4 Aufzeichnungsverluste

Beim Aufzeichnungsvorgang treten Störerscheinungen auf. Diese äußern sich in Form von Fremdspannungen, also einer Rauschspannung. Hervorgerufen werden diese sowohl von dem Aufsprechverstärker und dem Wiedergabeentzerrer als auch von der inhomogenen Schichtdicke des Tonträgers. Außerdem treten Störungen durch leichte Abstandsänderung des Tonträgers zum Sprechkopf auf .

Andere Aufzeichnungsverluste können außerdem durch eine Berührung mit magnetisieren Werkzeugen (z.B. (Magnet-)Schraubenzieher) oder aber auch durch Kontakt mit anderen magnetischen Feldern (z.B. Starkstromeinrichtungen) entstehen. Eine remanente Magnetisierung kann auch leicht durch eine starke, unsymmetrische Aufzeichnungsamplitude (Schaltstoß) hervorgerufen werden.

Auch nach der Aufzeichnung treten Verluste ein. So entsteht beispielsweise die Übersprechdämpfung durch Einflußnahme benachbarter Tonspuren aufeinander. Diese ist leider auch frequenzabhängig und tritt ebenfalls verstärkt bei höheren Frequenzen auf. Bei den in der Praxis benutzten stereophonischen Aufzeichnungen spielt diese Übersprechdämpfung jedoch nur eine geringe Rolle, da sich die Spuren sowieso kaum unterscheiden .

1.3.5 Die Kopierdämpfung (Kopiereffekt)

Ein ebenso großer Effekt tritt nun auch bei Tonträger nach der Aufwicklung auf. Durch die Aufwicklung des bandförmigen Tonträgers entsteht eine Wechselwirkung der sich berührenden Windungen, die nach langer Lagerung des Tonträgers eine remanente Magnetisierung der Nachbarwindung hinterläßt. Dieser Effekt tritt vor allen Dingen bei hohen Intensitätsspitzen (z.B. lautes Rufen oder Zuschlagen einer Tür) auf. Da dieser Vorgang einem Kopieren gleichkommt, bezeichnet man ihn als Kopiereffekt. Die "kopierte" Intensitätsspitze tritt in Form von sogenannten Vor- bzw. Nachechos auf. Ihre Intensität nimmt mit zunehmender Lagenzahl und damit zunehmender Windungslage etwa logarithmisch ab. Der Kopiereffekt (meist auch als Kopierdämpfung bezeichnet) ist von der Frequenz, der Schichtdicke, der Aufwicklungsdauer und der Temperatur der Lagerung abhängig .

Der oben beschriebene Kopiereffekt läßt sich dadurch herabsetzen, daß man den Tonträger auch beim Abtastvorgang am Löschkopf vorbeiführt. Jedoch wird dieser nur mit einem geringen Löschstrom gespeist, so daß sich die von einem leichten Magnetfeld erzeugte Kopierdämpfung wieder auflöst, die Originalaufzeichnung aber aufgrund des niedrigen Löschwechselfeldes erhalten bleibt.

Der Abtastvorgang

Zur Rückgewinnung des magnetisch gespeicherten Schallereignisses dient der Hörkopf. Er ist im allgemeinen genauso aufgebaut wie der Sprechkopf; jedoch muß hierbei der Spalt so klein wie möglich gehalten werden, damit der magnetische Widerstand des Ringkernes gering bleibt. Wird nun der magnetisierte Tonträger in der Nähe des Spaltes vorbeigezogen, so fließen die äußersten Flußlinien des Tonträgers durch den Hörkopf, da dessen Permeabilität größer ist als die des Tonträgers bzw. der Luft. Somit wird auf den Hörkopf eine Spannung induziert . Diese ändert sich der Richtung und Dichte des Tonträgers entsprechend.

Abtastverluste

Wie beim Aufzeichnungsvorgang treten auch beim Abtastvorgang Dämpfungserscheinungen auf, die auf den Abstand zwischen Tonträger und Hörkopf, die frequenzabhängigen Wirbelstromverluste im Ringkern und die aus der endlichen Ausdehnung des Hörkopfes und seiner Spaltbreite bedingten wellenabhängigen Verluste zurückzuführen sind. Es stellt sich heraus, das auch hierbei die Verluste (Dämpfung) besonders im oberen Frequenzbereich immer größer werden. Durch die Abstandsänderung wird außerdem eine Amplitudenmodulationsverzerrung hervorgerufen.

Als größter Verlustfaktor stellen sich jedoch die frequenzabhängigen Wirbelstromverluste dar. Sie sind stark von der elektrischen Leitfähigkeit im Ringkern abhängig. Durch Testaufzeichnung von verschieden lamelierten Hörkopfmaterialien läßt sich jedoch ein geeigneter Hörkopf finden, der das beste Resultat für die jeweilige Bandgeschwindigkeit zeigt.

Gleichbedeutend mit einer Spaltvergrößerung ist eine Spaltlage, die mit der ursprünglich bei der Aufzeichnung vorhandenen Lage des Sprechkopfspaltes nicht übereinstimmt . Im Interesse der Austauschbarkeit strebt man deshalb nach einer möglichst senkrechten Ausrichtung von Sprech- und Hörkopf.

Da die Spaltlage bei hohen Frequenzen auch eine Amplitudenänderung mit sich führt (siehe Spaltbreite), kann man den Hörkopf durch Abspielen eines mit senkrechter Ausrichtung aufgenommenen Testbandes (mit hoher Frequenz) zu einem optimalen Ergebnis ausrichten.

Komponenten der Magnettontechnik

In diesem Abschnitt sollen kurz die Herstellung und die Unterschiede von verschiedenen Tonträgern, Tonköpfen und Laufwerken erklärt werden. Außerdem soll noch die Funktionsweise von Aufnahme- bzw. Wiedergabeverstärker und -entzerrer geklärt werden.

Die Tonträger

Als Bandmaterialien kommen Kunststoffe der drei Gruppen: Zellulose, Polymerisate und Polyester zur Anwendung. Die Trägerfolie der Schichtbänder besteht meist aus den zur Gruppe der Polyester gehörenden festeren Kunststoffen wie zum Beispiel Terylen und Mylar. Die Beschichtung der Trägerfolie ist stark von der Bandgeschwindigkeit abhängig. So verwendet man bei Studiobändern mit Bandgeschwindigkeiten zwischen 38,1 und 19,05 cm_*s^-1 zumeist Eisenoxyd. Bei höheren Geschwindigkeiten sind die magnetischen Eigenschaften von  Fe₂O₃ ausreichend. Ein handelsübliches Kassettentonband mit Bandgeschwindigkeiten von 4,75 cm_*s^-1 (in seltenen Fällen auch 9,5 cm_*s^-1 ) ist meist doppelt beschichtet. Die untere Schicht bestehend aus Eisenoxyd und gewährt eine hohe Aussteuerung von tiefen Frequenzen. Die obere Schicht, die meist aus Chromdioxyd besteht gewährt eine ebenso gute Aussteuerung von hohen Frequenzen. Eine Alternative hierzu stellen die Metallschichtbänder dar. Diese können trotz dünnerer Magnetschicht eine wesentlich höhere Sättigungsremanenz und Koerzitivkraft aufweisen .

Zur Herstellung eines Magnetbandes wird das magnetisch wirksame Material zunächst gemahlen und mit einem Bindemittel unter Beifügung antistatischer Additive zu einer Gießlösung vermischt. Diese wird nach mehrmaliger Filterung über eine Auftragswalze auf die Trägerfolie übertragen. Eine Abstreifeinrichtung sorgt für eine konstante Schichtdicke. Noch vor dem Trocknen erfahren die einzelnen Partikel eine magnetische Ausrichtung, die die Spezifika des späteren Verwendungszweckes berücksichtigt .

Da man gerade in der Tonstudiotechnik sehr auf die Austauschbarkeit der Bänder untereinander bedacht ist haben sich verschiedene Standards von Bandsorten bzw. Bandbreiten durchgesetzt. Die Bandbreite besitzt meist die Breiten 16 mm, 17.5mm, 35 mm, 70mm, 1 Zoll, ½ Zoll und ¼ Zoll. Meist werden die Toninformationen auch noch neben eine Bildkopie (Lichttonverfahren) gesetzt. Diese Spezifikationen sind in einer allgemeingültigen Norm (der DIN 45 512) festgelegt

Mit den Normen ist auch ein Standard von Aufnahme- und Wiedergabeentzerrern festgelegt worden, die zu einer besseren Qualität führen. Darauf werde ich aber später noch genauer eingehen.

Die Magnetköpfe

In der Studiotechnik verwendet man meist Magnetköpfe, die in Form eines Ringkernes ausgebildet sind. Sie sind an beiden Seiten mit dem stromführenden Leiter umwickelt. Dies gewährleistet eine Kompensation einwirkende Störfelder., da sich die induzierte Spannung gegenseitig wieder aufhebt. Anstelle der Ringköpfe kann man auch wesentlich kleinere Köpfe mit nur einer einzigen Windung verwenden. Ein störendes Magnetfeld kann sich hier aufgrund der geringen Größe des Magnetkopfes kaum auswirken. Die Größe des sich im Ringkerns befindlichen Spaltes liegt bei Sprechköpfen etwa im Bereich von 10 m und bei Hörköpfen in etwa bei 5 m.

Das Kernmaterial der Magnetköpfe muß so gewählt werden, daß es eine sehr große Permeabilität gegenüber dem Tonträger besitzt. Hierfür kamen damals nur die weichmagnetischen Werkstoffe Mu-Metal (_rel =100000) und vor allem Permaloy (_rel =300000) in Frage. Diese waren jedoch sehr weich und unterlagen deshalb einem hohen Verschleiß. Des weiteren benutzte man Ferritwerkstoffe. Da diese zwar hart waren aber keine ausreichend große Permeabilität besaßen waren sie genau so ungeeignet. Erst neuere Legierungen, die unter dem Namen Alfenol und Vacodur bekannt sind, zeigen wesentlich günstigere Eigenschaften. Sie besitzen sowohl eine große Härte als auch eine große Permeabilität. Ihr besonderer Vorteil liegt jedoch in dem dreimal so großen spezifischen elektrischem Widerstand, der die Wirbelstrombildung um denselben Faktor herab senkt .

Ein Problem bildet die Vermeidung von Brummeinstreuungen, die durch magnetische Felder, der in der Nähe angeordneten Motoren und Netztransformatoren, erzeugt werden kann. Deshalb schirmt man die Magnetköpfe durch ein Mu-Metall ab.

Bei hochwertigen Mehrspur-Systemen erhält jede Spur drei individuelle, voneinander abgeschirmte Magnetköpfe. Dabei sind die Löschköpfe seitlich versetzt .

Die Magnettonlaufwerke

Der Antrieb eines Magnettonlaufwerkes und somit der Vorbeitransport an den Tonköpfen findet durch einen Motor an der Achse der Tonrolle statt. Der Kontakt zwischen Motor und Tonrolle findet durch die Haftreibung zu einer weiteren, am Motor fest installierten Gummirolle statt. Dabei steht die Konstanz der Tonträgergeschwindigkeit im Vordergrund. Diese wird durch zwei Faktoren beeinflußt. Zum einen tritt eine zunehmende (bzw. abnehmende) Tonträgergeschwindigkeit durch die Anderung des Umfangs ein und zum anderen treten unregelmäßige Geschwindigkeitsschwankungen durch ungenaue Zentrizität des Motors (Störfrequenz von ca. 12,5 Hz bei einer Umdrehung von 750 U/min), unrunden Lauf der Umlenkrolle (ca. 5-10 Hz), Ungleichheit im Getriebe ( > 100 Hz) und Bandlängsschwingungen (>> 100 Hz) auf . Als maximal zulässigen Wert des zweiten Faktors wird 0,1% festgelegt.

Das schwierigste Problem stellt jedoch der erste Faktor, also die gleichmäßige Bewegung des Bandes an den Magnetköpfen vorbei, dar, weil dieser Faktor auch von Art der Ab- bzw. Aufeinrichtung abhängig ist. Eine Lösung dieses Problems ist durch eine Geschwindigkeitskorrektur zu erwarten. Diese kann sowohl durch Abmessung des (je nach Bandverlaufs) unterschiedliche Winkels an der Umlenkrolle geschehen oder aber auch durch eine Geschwindigkeitsmessung an eben dieser Rolle.

Sonstige Laufwerke (z.B. Magnetbandlaufwerke oder Magnetfilmlaufwerke) wie auch die Synchronisation von Bild und Ton werden an dieser Stelle außer Acht gelassen.

Magnetton-Verstärker bzw. -Entzerrer

Da sich der vom Mikrofon aufgenommen Schall mit einem verstärkten Pegel von etwa 6 dB nicht direkt über den Sprechkopf aufzeichnen läßt, muß ein Aufnahmeverstärker zwischengeschaltet werden. Dieser hat die Aufgabe die niedrigen Frequenzen kaum bis leicht und die hohen Frequenzen frequenzabhängig zu verstärken, um der Entmagnetisierung während der Aufnahme entgegenzuwirken. Außerdem übernimmt er auch meist die Vormagnetisierung durch einen hochfrequenten Wechselstrom. Bei Mehrspurgeräten muß auf diese Kombination jedoch verzichtet werden, da alle Spuren eine exakt gleiche Vormagnetisierung benötigen. Andernfalls würden beim auftretenden Übersprecheffekt zusätzliche, hörbare Differenzialtöne entstehen.

Die frequenzbedingte Anhebung zur Deckung der Entmagnetisierungsverluste ist von der Bandgeschwindigkeit und Bandbreite abhängig. Deshalb ist die Art der Aufnahmeverstärkung (-Entzerrung) in der DIN 45 512 mit dem jeweiligen Bandtyp festgelegt. Bei Magnettonmaschinen, bei denen die Laufgeschwindigkeit des Bandes umschaltbar ist, sind auch meistens Verstärker mit umschaltbaren Entzerrern eingesetzt. Dies erspart das umständliche Ummessen nach dem Wechsel der Bandgeschwindigkeit.

Um die Verluste, die durch Lagerung entstanden sind, möglichst klein zuhalten und um die Magnettonlage möglichst frequenzunabhängig zu halten, baut man auch in den Hörkopf einen Entzerrer (den sogenannten Wiedergabeentzerrer) ein . Der Frequenzgang des Entzerrers verläuft spiegelbildlich zur Kurve der induzierten Spannung.

Das Dolby-System

Um ein starkes Rauschen auf dem Tonträger zu vermeiden, sind "moderne" Geräte meist mit verschiedenen Dolby-Systemen ausgestattet . Das Verfahren geht auf Ray M. Dolby zurück, dem es auch seinen Namen verdankt. Es besteht in den Grundzügen darin, leise Töne während der Aufnahme frequenzbedingt anzuheben und beim Abspielen wieder abzusenken . Dadurch sind die auf dem Tonträger magnetisch gespeicherten Informationen nicht so anfällig gegenüber Fremdfelder, da es einer höheren Energie bedarf um die Magnetisierung wieder "durcheinanderzubringen". Jedoch hat sich trotz der Standardisierung untereinander kein System richtig durchgesetzt. Dies hat zur Folge, daß ein Tonträger beim Abspielen auf einem Nicht-Dolby-Gerät oder auf einem Gerät, daß mit einem anderen System ausgerüstet ist, immer nichtlinear verzerrt ist. Lediglich im Kinobereich konnte sich das Verfahren, besonders auch wegen seiner Kompatibilität zum sog. Raumklang (Souround Sound) , weitgehend durchsetzen.

Die neuste Entwicklung ist das Dolby SR System. Dieses System paßt sich im Gegensatz zu den anderen Dolby-Systemen kontinuierlich dem jeweiligen Spektrum an. Man kann das Dolby-Spectral-Recording-System auch als eine Art Computer-System verstehen, das die Programmsignale der Charakteristik des menschlichen Gehörs anpaßt, um daraus einen Regelvorgang abzuleiten, der sich dann nur in bestimmten Bereichen des gesamten Audiospektrums auswirkt.