DE1022022B - Mechanisch-elektrischer Wandler fuer die Erzeugung oder Abtastung einer rillenfoermigen Tonspur - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 42 g 5/02

INTERNAT. KL. G 10 j

PATENTAMT

T 11048 VIII d/42g ANMELDETAG: 21. JUNI 1955

BEKANNTMACHUNG
DERANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

2. JANUAR 19 58

Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanischelektrischen Wandler für die Erzeugung oder Abtastung einer rillenförmigen Tonspur, in welcher gleichzeitig zwei vorzugsweise voneinander abweichende Signale mit aufeinander senkrecht stehenden Schwingungsrichtungen aufgezeichnet sind, mit einem gemeinsamen Schneidstichel bzw. Abtaststift. Beispielsweise kann das eine Signal in Seitenschrift, das andere Signal in Tiefenschrift aufgezeichnet sein. In der Fachliteratur wird die Seitenschrift auch häufig als Berlinerschrift., die Tiefenschrift als Edisonschrift bezeichnet.

Es ist bereits ein mechanisch-elektrischer Wandler für Schallplattenwiedergabe bekannt, mit welchem eine getrennte Wiedergabe zweier in der angegebenen Weise in einer rillenförmigen Tonspur aufgezeichneter Signale bewirkt werden sollte. Dieser bekannte Tonabnehmer besaß bereits einen für beide Signale gemeinsamen Abtaststift, welcher demnach erzwungene Schwingungen entsprechend beiden Signalen ausführte. Entsprechend der bekannten Vorrichtung sollte der Tonabnehmer zu der angestrebten getrennten Abnahme beider Aufzeichnungen zwei mit einem gemeinsamen Anker zusammenwirkende oder einen gemeinsamen Anker bildende Abnahmesysteme besitzen, die magnetisch, elektrisch oder mechanisch für die beiden Signale voneinander entkoppelt waren.

Versuche zur Verwirklichung mechanisch-elektrischer Wandler für zwei in einer Rille aufgezeichnete Tonspuren haben ergeben, daß es überaus schwierig ist, bei Wandlersystemen der erwähnten Art, welche außer dem gemeinsamen, mit der Rille zusammenarbeitenden Abtaststift auch noch als weiteres mechanisches Teil den Anker gemeinsam haben, eine genügend große Übersprechdämpfung von einem auf den anderen Kanal zu erzielen. Zum Teil ist diese Schwierigkeit dadurch bedingt, daß der hinsichtlich seiner Form dem doppelten Zweck angepaßte Anker nicht innerhalb des gesamten Frequenzbereiches in sich genügend schwingungsstarr ausgebildet und seine Masse zur Übertragung eines breiten Frequenzbandes nicht genügend klein gemacht werden kann. Zum Teil ist die Ursache darin zu sehen, daß die Justierung auf eine entkoppelte Symmetriestellung bei der praktischen Verwendung verlorengeht, weil die zusätzlichen, am Abtaststift und an den Lagerstellen angreifenden Kräfte eine Vorauslenkung von nicht völlig erfaßbarer Größe bedingen, welche eine beträchtliche Kopplung von wechselnder Größe zwischen den beiden Kanälen zur Folge hat. Es wurde beobachtet, daß derartige Systeme, welche ohne Belastung auf genügend große Übersprechdämpfung justiert waren, unzulässig hohes Übersprechen zeigten, wenn sie unter Mechanisch-elektrischer Wandler

für die Erzeugung oder Abtastung

einer rillenförmigen Tonspur

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Horst Redlich, Berlin-Steglitz,

und Horst Angenendt, Berlin-Neukölln,

sind als Erfinder genannt worden

normalen mechanischen und elektrischen Belastungen arbeiten sollten.

Es ist ersichtlich, daß die Wahrscheinlichkeit für Übersprechen zunimmt, je weiter die beiden Signale innerhalb des Wandlersystems gemeinsame Wege benutzen. Hieraus ergibt sich die Forderung, den gemeinsamen Wegteil auf ein kurzes Stück der mechanischen Übertragung der Schwingungen unmittelbar anschließend an den Abtaststift zu beschränken und die Trennung bzw. Zusammenführung der Kanäle innerhalb des mechanischen Systemteiles und damit auf mechanische Weise zu bewirken. Die Verwendung eines gemeinsamen Abtaststiftes ist aus dem Grunde erwünscht, weil unter dieser Voraussetzung auch die Phasentreue bei miteinander verknüpften Signalen unter allen Umständen gewahrt bleibt. Besonders wichtig ist dies bei Anlagen für stereophonische Wiedergabe, deren Effekt bekannterweise größtenteils auf kleinen Phasenverschiebungen der einander entsprechenden Klänge der beiden Signale beruht.

Es ist bereits ein elektrisch-mechanischer Wandler für die Erzeugung einer zwei Signalaufzeichnungen enthaltenden rillenförmigen Tonspur bekannt, in welchem diese Forderung nach einer Beschränkung des gemeinsamen Weges auf ein Stück des mechanischen Übertragungsteiles bereits erfüllt ist. Dieser Wandler besteht im wesentlichen aus je einem Wandlerelement für jedes der beiden Signale. Die Wanderelemente, beispielsweise in Magnetfeldern um feste Achsen drehbare Spulen, führen durch den Antrieb mit den Signalströmen Drehbewegungen um zueinander parallele Achsen aus und tragen je einen senkrecht zur Drehachse stehenden Ausleger. Die beiden Ausleger kreuzen einander in der Ruhelage

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unter einem Winkel von 90°. Ihre freien Enden wirken über senkrecht zueinander stehende Zugbänder auf den Schneidstichel ein, der an einer vorgespannten Blattfeder befestigt ist, durch welche die beiden Zugbänder gespannt gehalten werden. Da über die Bänder nur Zugkräfte, aber keine Druckkräfte übertragen werden können, muß die Blattfeder in der Ruhelage auf die Bänder eine große, durch Vorspannung erzeugte Kraft in Richtung auf die Oberfläche des Tonträger ausüben, damit sie bei einer entsprechenden, auf diese Oberfläche hin gerichteten Bewegung eines der freien Enden der erwähnten Ausleger allein durch ihre Spannkraft imstande ist, den Schneidstichel auch bei den höchsten wiederzugebenden Frequenzen ohne Verzögerung entsprechend tiefer in den Tonträger hineinzudrücken. Diese Bedingung läßt sich nur mit einer genügend starken Feder erfüllen, die dann aber auch entsprechend große Masse und damit verbundene Trägheitseigenschaften besitzt, welche einer Aufzeichnung hoher Frequenzen des Wiedergabebereiches eine Grenze setzen. Die bekannte Konstruktion ist daher für eine Tonaufzeichnung für hohe Wiedergabequalität nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für Aufnahme und Wiedergabe geeigneten mechanischelektrischen Wandler anzugeben, bei welchem zur Erzielung einer hohen Übersprechdämpfung das bekannte Prinzip der mechanischen Trennung bzw. Vereinigung der beiden Schwingungswege an einer Stelle zwischen dem gemeinsamen Abtaststift und den Wandlerelementen benutzt, die Konstruktion aber derartig verbessert wird, daß einwandfreie Aufzeichnung und Wiedergabe bis zu den höchsten in Betracht kommenden Frequenzen erzielt werden.

Die Erfindung geht demnach von einem Wandler der erwähnten bekannten Art aus, bei welchem der gemeinsame Schneidstichel bzw. Abtaststift mit zwei mechanisch unabhängig voneinander beweglichen Wandlerelementen über derartige mechanische Kopplungsmittel verbunden ist, daß für seine dem ersten .Signal entsprechenden Bewegungen eine mechanische Kopplung mit dem zugeordneten ersten Wandlerelement hergestellt ist, jedoch für seine dem zweiten Signal entsprechenden, zur ersten Bewegungsrichtung senkrecht gerichteten Bewegungen im wesentlichen keine Kopplung mit dem ersten Wandlerelement besteht, und daß umgekehrt für seine dem zweiten Signal entsprechenden Bewegungen eine mechanische Kopplung mit dem zugeordneten zweiten Wandlerelement hergestellt ist, jedoch für seine dem ersten Signal entsprechenden Bewegungen im wesentlichen keine Kopplung mit dem zweiten Wandlerelement besteht.

Die Erfindung besteht darin, daß die Kopplungsmittel aus zwei miteinander verbundenen, mindestens in einer Schwingungsrichtung starren Hebeln bestehen, die je mit einem der beiden Wandlerelemente in Verbindung stehen und von denen einer den Schneidstichel bzw. Abtaststift trägt.

Die erwähnten Wandlerelemente können mit in einem Magnetfeld beweglichen Spulen oder ferromagnetischen Ankern, mit in einem elektrischen Feld beweglichen Leitern, mit piezoelektrischen Kristallen, veränderbaren Widerständen, grundsätzlich mit irgendwelchen Wandlern für die Umsetzung von Bewegungen in Änderungen elektrischer Größen verbunden sein oder durch diese gebildet werden.

Für die angegebene Ausbildung der Kopplungsmittel als mindestens in einer Schwingungsrichtung starre Hebel, von denen einer den Schneidstichel bzw. Abtaststift trägt, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der Verwirklichung. Eine solche Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Kopplungsmittel aus wenigstens zwei Blattfedern mit senkrecht zueinander orientierten Ebenen der Federblätter aufzubauen, welche an einem Ende miteinander und mit dem Schneidstichel bzw. Abtaststift, an ihren anderen Enden mit je einem in der Ebene der zugeordneten Blattfeder beweglichen, vorzugsweise um eine Mittelachse drehbaren Wandlerelement verbunden sind. Ein in dieser Weise aufgebauter Wandler ist vorzugsweise als Tonabnehmer, also für den Wiedergabevorgang geeignet. Eine andere Möglichkeit ergibt sich durch Ausbildung der Kopplungsmittel in Gestalt eines den Schneidstichel bzw. Abtaststift tragenden Zweikoordinatenlenkers, welcher derartig gelagert ist, daß er im wesentlichen nur Drehbewegungen um zwei zueinander senkrechte, einander schneidende Drehachsen ausführen kann, wobei eine am Schnittpunkt der beiden Drehachsen befindliche Lagerstelle fest gegen das Gehäuse abgestützt ist. während eine auf der ersten Drehachse liegende Lagerstelle mit dem zugehörigen ersten Wandlerelement und eine auf der zweiten Drehachse liegende Lagerstelle mit dem zugehörigen zweiten Wandlerelement verbunden ist. Wandler mit einem Zweikoordinatenlenker dieser Ausführung können leicht aus zwei üblichen Wandlern für Seitenschrift zusammengesetzt werden. Diese Ausführungsform eignet sich sowohl für die Tonwiedergabe als auch für die Herstellung der Tonspur, das sogenannte Schneiden, weil der Zweikoordinatenlenker sich für den gesamten Tonfrequenzbereich praktisch schwingungsstarr ausführen läßt, d. h., die Frequenzen seiner Eigenschwingungen lassen sich in das Gebiet oberhalb des Tonfrequenzbereiches verlegen. Wenn in einem in dieser Weise aufgebauten Wandler mit Einzelsystemen gearbeitet wird, deren Eigenfrequenzen, für sich allein betrachtet, über oder unter dem Tonfrequenzbereich liegen, ergibt sich durch die zusätzliche geringe Masse des Zweikoordinatenlenkers lediglich eine geringe Verlagerung der Resonanzfrequenzen in der Richtung tiefer Frequenzen. Die sich ergebende geringe Veränderung der Frequenzkurve des Systems kann leicht durch bekannte Mittel zur linearen Entzerrung ausgeglichen werden.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. i und 2 der Zeichnung zwei bevorzugte Ausführungsformen eines Wandlers nach der Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Schallträger 1 in der üblichen Schallplattenform mit Tonrillen in der Form enger Spirallinien versehen. Eine solche Rille ist in der Figur mit 2 bezeichnet. Für die Zwecke der Erfindung ist es keineswegs erforderlich, daß ein Schallträger in Plattenform verwendet wird. Die Erfindung ist in gleicher Weise auch für Tonträger in Form aufwickelbarer Bänder anwendbar. In Fig. 1 befindet sich der Abtaststift 3 eines Tonabnehmersystems im Eingriff mit der Rille 2. Wenn die Schallplatte sich in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles dreht, wandern aufeinanderfolgende Stellen der Tonrille an dem Abtaststift vorbei und setzen diesen in bekannter Weise in Bewegung.

Voraussetzungsgemäß sollen in dieser Tonrille gleichzeitig zwei Signale aufgezeichnet sein, und zwar eines davon in Tiefenschrift, das andere in Seitenschrift. Der Abtaststift 3 führt demnach Bewegungen entsprechend den Schwingungen beider Signale aus, wobei die Signale der Tiefenschrift eine Bewegung des Abtaststiftes in der Richtung des Doppelpfeiles T,

die Signale der Seitenschrift eine Bewegung des Abtaststiftes in der Richtung des Doppelpfeiles S bewirken. Zur Trennung dieser beiden aufeinander senkrecht stehenden Bewegungskomponenten sind mit dem Abtaststift die beiden Blattfedern 4 und 5 verbunden, deren Federebenen aufeinander senkrecht stehen und die Schwingungsbewegungen auf die Wandlerelemente 6 und 7 weiterleiten. Diese Wandlerelemente können beispielsweise durch Drehspulen gebildet werden, die an den angedeuteten Achsstummeln in den Achsrichtungen a-b und c-d drehbar gelagert sind.

Man erkennt aus der Zeichnung ohne weiteres, daß Bewegungskomponenten der Richtung S über die Blattfeder 4 praktisch ungedämpft auf das Wandlerelement 6 übertragen werden, so daß dieses eine entsprechende Drehschwingung in der Pfeilrichtung s ausführt. Bewegungskomponenten der Richtung T werden jedoch vom Abtaststift 3 nicht auf das Wandlerelement 6 übertragen, weil die Lagerkräfte den geringen, beim Durchfedern der Blattfeder 4 auftretenden Kräften in ausreichendem Maße entgegenwirken.

In entsprechender Weise ergibt die Betrachtung der Zeichnung, daß Bewegungen in der Schwingungsrichtung S nicht auf das Wandlerelement 7 einwirken können, daß aber die der Tiefenschrift entsprechenden Amplituden der Richtung T unvermindert auf das Wandlerelement 7 übertragen werden und eine entsprechende Drehschwingung t zur Folge haben.

Das in Fig. 1 dargestellte System eignet sich besonders für die Zwecke der Tonwiedergabe, wobei die die Wandlerelemente 6 und 7 vertretenden Drehspulen in zwei Luftspalten eines gemeinsamen Permanentmagnetsystems untergebracht sein können. Es ist klar, daß an Stelle der Drehspulen mit geringen konstruktiven Veränderungen auch piezoelektrische Wandler oder Widerstandswandler verwendet werden können.

Bei der Durchbildung des Systems der Fig. 1 für die Zwecke der Herstellung einer Tonspur, d. h. für den Schneidvorgang, besonders für eine sehr hochwertige Wiedergabe, kann sich noch die Schwierigkeit ergeben, daß die Blattfedern 4 und 5 nicht derartig bemessen werden können, daß ihre Resonanzfrequenzen außerhalb des Tonfrequenzbereiches liegen. Für solche Verwendungszwecke wird dann vorteilhafter die in Fig. 2 dargestellte Anordnung verwendet. In Fig. 2 werden zwei gebräuchliche Wandler 8 und 9, beispielsweise für Seitenschrift, zum Schneiden benutzt. Die in der Fig. 2 obenliegende, in der Gebrauchslage jedoch gewöhnlich unten befindliche Bodenplatte der Gehäuse dieser Wandler läßt eine Durchbrechung erkennen, aus welcher die Ansätze 10 und 11 der Wandlerelemente bzw. Anker der Systeme herausragen. Der Ansatz 11 ist etwas länger gehalten als der Ansatz 10.

Ein Teil des Ansatzes 11 ist weggebrochen dargestellt, um die Form und Lagerung eines beide Systeme verbindenden Zweikoordinatenlenkers 12 deutlich erkennen zu lassen. Dieser Zweikoordinaten lenker trägt an seinem vom Beschauer abgewendeten Ende den Schneidstichel 3 und ist um die Drehachsen e-f und g-h drehbar gelagert. Am Schnittpunkt dieser beiden Drehachsen befindet sich ein Spitzenlager, welches sich gegen eine von dem am Gehäuse des Wandlers 8 befestigten Flacheisen 13 getragene Pfanne abstützt. Ein zweites, auf der Achse e-f liegendes Spitzenlager befindet sich im Eingriff mit der Deckfläche des Ansatzes 10 am Anker des Systems 8. Ein drittes, auf der Achsrichtung g-h liegendes Spitzenlager befindet sich im Eingriff mit der linken Seitenfläche des Ansatzes 11 am Anker des anderen Systems. Aus der Betrachtung der Zeichnung erkennt man ohne weiteres, daß die einander parallelen Schwingungsrichtungen der beiden Anker durch den Zweikoordinatenlenker 12 in zueinander senkrechte Richtungen umgewandelt werden. Bei Schwingungsbewegungen des Ankers 11 in einer Richtung senkrecht zu der durch die beiden Achsen e-f und g-h gebildeten Ebene ergeben, sich Bewegungen des Schneidstichels 3 in der Richtung des eingetragenen Doppelpfeiles S, so daß bei Vorbeiführung eines schneidbaren Tonträgers am Schneidstichel in einer zu der durch die beiden Achsrichtungen bestimmten Ebene senkrechten Richtung eine Seitenschrift erzeugt werden kann. Bei Bewegungen des den Ansatz 10 tragenden Ankers in einer zu der Bewegungsrichtung des Ansatzes 11 parallelen Richtung dreht sich der Zweikoordinatenlenker nicht wie vorher um die Achse e-f, sondern jetzt um die Achse g-h, und diese Bewegungen übertragen sich auf den Schneidstichel 3 derartig, daß dieser Bewegungen in Richtung des Doppelpfeiles T ausführt. Diese Bewegungen können unmittelbar zur Erzeugung einer Tiefenschrift verwendet werden.

Es ist bei der Betrachtung der Fig. 2 zu unterstellen, daß das dargestellte System in der Gebrauchslage mit dem Zweikoordinatenlenker 12 nach unten verwendet wird und daß die Oberfläche des Tonträgers in der Umgebung der vom Schneidstichel bzw. Abtaststift 3 berührten Stelle senkrecht zu der durch die beiden Drehachsen bestimmten Ebene steht. Es ist dabei nicht unbedingt erforderlich, daß die eine der beiden Drehachsen der Oberfläche des Tonträgers in der Umgebung der vom Schneidstichel bzw. Abtaststift 3 berührten Stelle parallel ist. Dies wäre der klassische Fall einer reinen Tiefen- und einer reinen Seitenschrift für die beiden Signale. Es kann, sogar vorteilhafter sein, beide Drehachsen diese Oberfläche unter gleichen Winkeln schneiden zu lassen, so daß jede Schwingungsrichtung zur Oberfläche des Tonträgers einen Winkel von etwa 45° bildet. Diese Anordnung besitzt den \^Torzug, daß beide Tonspuren unter gleichen kinematischen Bedingungen auf die Abnahmesysteme einwirken, so daß man auch mit gleichartigen Eigenschaften beider Tonkanäle rechnen kann. Ein für eine derartige Schrift geeigneter elektrisch-mechanischer Wandler könnte beispielsweise aus der Anordnung nach Fig. 1 in der Weise gebildet werden, daß das aus den Blattfedern 4, 5 und den Wandlerelementen 6, 7 bestehende »System mit der Rillentangente als Achse um 45° zur Drehachse des Plattenantriebes hin gekippt wird. Die Ebenen der Blattfedern 4, 5 weisen dann Winkel von 45° gegen die Plattenoberfläche auf, und die Komponentenzerlegung der Bewegungen des Abtaststiftes 3 erfolgt parallel zu diesen Ebenen.

Die dargestellten Tonabnehmer bzw. Schneidsysteme eignen sich besonders für die Zwecke der stereophonischen Schallaufzeichnung und Schallwiedergabe.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mechanisch-elektrischer Wandler für die Erzeugung oder Abtastung einer rillenförmigen Tonspur, in welcher gleichzeitig zwei vorzugsweise voneinander abweichende Signale mit aufeinander senkrecht stehenden Schwingungsrichtungen aufgezeichnet sind, beispielsweise das eine Signal in Seitenschrift, das andere Signal in Tiefenschrift, mit einem gemeinsamen Schneidstichel bzw. Abtaststift, welcher mit zwei mechanisch unabhängig voneinander beweglichen Wandlerelementen über

derartige mechanische Kopplungsmittel verbunden ist, daß für seine dem ersten Signal entsprechenden Bewegungen eine mechanische Kopplung mit dem zugeordneten ersten Wandlerelement hergestellt ist, jedoch für seine dem zweiten Signal 5 entsprechenden, zur ersten Bewegungsrichtung senkrecht gerichteten Bewegungen im wesentlichen keine Kopplung mit dem ersten Wandlerelement besteht, und daß umgekehrt für seine dem zweiten Signal entsprechenden Bewegungen eine mechanische Kopplung mit dem zugeordneten zweiten Wandlerelement hergestellt ist, jedoch für seine dem ersten Signal entsprechenden Bewegungen im wesentlichen keine Kopplung mit dem zweiten Wandlerelement besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel aus zwei miteinander verbundenen, mindestens in einer Schwingungsrichtung starren Hebeln bestehen, die je mit einem der beiden Wandlerelemente in Verbindung stehen und von denen einer den Schneidstichel bzw. Abtaststift trägt.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel wenigstens zwei Blattfedern (4, 5) mit senkrecht zueinander orientierten Ebenen der Federblätter enthalten, welche an einem Ende miteinander und mit dem Schneidstichel bzw. Abtaststift (3), an ihren anderen Enden mit je einem in der Ebene der zugeordneten Blattfeder beweglichen, vorzugsweise um eine Mittelachse drehbaren Wandlerelement (6, 7) verbunden sind.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel aus einem den Schneidstichel bzw. Abtaststift tragenden Zweikoordinatenlenker (12) bestehen, welcher derartig gelagert ist, daß er im wesentlichen nur Drehbewegungen um zwei zueinander senkrechte, einander schneidende Drehachsen ausführen kann, und daß eine am Schnittpunkt der beiden Drehachsen befindliche Lagerstelle fest gegen das Gehäuse abgestützt ist, während eine auf der ersten Drehachse (e-f) liegende Lagerstelle mit dem zugehörigen ersten Wandlerelement und eine auf der zweiten Drehachse (g-h) liegende Lagerstelle mit dem zugehörigen zweiten Wandlerelement verbunden ist.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsrichtungen der beiden Wandlerelemente, beispielsweise der beiden Anker zweier elektromagnetischer Systeme, einander parallel sind.

5. Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Tonträgers in der Umgebung der vom Schneidstichel bzw. Abtaststift berührten Stelle senkrecht zu der durch die beiden Drehachsen bestimmten Ebene steht.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drehachse der Oberfläche des Tonträgers in der Umgebung der vom Schneidstichel bzw. Abtaststift berührten Stelle parallel ist oder beide Drehachsen diese Oberfläche unter gleichen Winkeln von vorzugsweise 45° schneiden.

7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch seine Anwendung in Anlagen für stereophonische Schallaufzeichnung oder -wiedergabe.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 394 325.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 8*7/152 12.