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Stereophonischer Tonaufnehmer
Die Erfindung betrifft einen stereophonischen Tonaufnehmer für Schallplatten, die in einer Tonrille zwei individuelle Schallaufzeichnungen besitzen und der mit zwei piezoelektrischen Wandlern versehen ist, von. denen jeder für sich einen gesonderten elektrischen Ausgang liefert, sowie mit einem nadeltragenden Teil und einem Jochteil, um die der Nadel erteilten Schwingungen so den Wandlern zu übertragen, dass jede individuelle Schallaufzeichnung praktisch nur in dem ihr zugeordneten Wandler Spannungsschwankungen erzeugt.
Es ist nun Zweck der Erfindung, den Aufbau solcher stereophonischer Tonaufnehmer so zu vereinfachen, dass er auch einer rationellen Massenerzeugung gut zugänglich ist, nichtsdestoweniger aber auch in elektrischer Hinsicht befriedigt und frei von Übersprecherscheinungen zwischen den beiden, die gesonderten Ausgänge liefernden Systemen arbeitet.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Tonaufnehmer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Wandler aus einem einzigen flachen, länglichen Kristallplättchen bestehen, das zwei Paare von Elektroden trägt, die voneinander durch einen Isolierstreifen getrennt sind, der entweder entlang der Längsachse des Kristallplättchens verläuft, welches dann an einem Ende in an sich bekannter Weise eingespannt gehalten ist, wogegen das Joch an dem freien Ende des Kristalls angreift, oder dass das Elektrodenpaar durch einen quer durch die Mitte des Kristallplättchens vorzugsweise entlang dessen kürzerer Symmetrale verlaufenden Isolierstreifen getrennt ist, wobei das Kristallplättchen dannlängs dieses Strei- fens gehaltert ist, und das Joch an den beiden dieser Halterung gegenüberliegenden Enden des Kristallplättchens, diese verbindend, angreift.
Man kann dabei zweckmässig den Aufbau auch so ausführen, dass der Isolierstreifen nur auf einer Flachseite des Kristallplättchens angeordnet ist und einer gemeinsamen, auf der gegenüberliegenden Flachseite ausgebildeten Elektrode gegenüberliegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist Fig. 1 die Ansicht von unten eines stereophonischen Tonaufnehmers, Fig. 2 eine Schnittansicht nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 die Schnittansicht nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 eine perspektivi-
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lungsgliedes, das die Nadelschwingungen an die Wandler weiterleitet. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäss dem in den Fig. 1-4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Aufnehmerkapsel 10 ein Kunstharzgehäuse, das aus einem Oberteil 14 und einem Unterteil 16 besteht, die durch Nieten 18 und 20 zusammengehalten werden. Die Aufnehmerkapsel kann im freien Ende des Tonarmes mittels eines Paares von Schrauben, die durch Löcher 19 und 21 hindurchtreten, befestigt werden.
Ein längliches piezoelektrisches Wandlerelement 23 von rechteckigem Querschnitt ist in einer Ausnehmung im Oberteil des Gehäuseteiles 14 untergebracht (Fig. 2). Das Wandlerelement kann ein Rochellesalzkristall sein, oder ein keramischer Kristall aus Barium -Strontium -Titanat od. dgl. Der Wandler 23 weistaufseiner Oberfläche ein Paar voneinander getrennter Silberelektroden 25a und 25b sowie eine ge- meinsame, d. h. durchgehende Elektrode an der gegenüberliegenden Oberfläche auf. An Stelle der ge-
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meinsamen Elektrode können auch zwei getrennte Elektroden angewendet werden, die den Elektroden 25a und 25b gegenüber angeordnet sind. Der piezoelektrische Kristall ist in der Mitte zwischen einem Paar von Dämpfungsblöcken 33 und 35 geklemmt.
Die Abmessungen der Dämpfungsblöcke 33 und 35 sind so gewählt, dass nach Zusammenpressen der Gehäuseteile 14 und 16 mittels der Nieten 18 und 20 über die Dämpfungsblöcke 33 und 35 hinreichender Druck ausgeübt wird, um die Mitte des Kristalls sicher zuhalten. Wenn die Mitte des Kristalls festgehalten ist, so werden Schwingungen, welche einem seiner Enden erteilt werden, entsprechende elektrische Spannuhgen zwischen den an diesem Ende vorhandenen Elektroden des Aufnehmers hervorbringen. Zwischen den Elektroden, die am gegenüberliegenden Ende des somit einen Wandler vorstellenden Kristalls vorhanden sind, werden jedoch keine Spannungen auftreten, ausser es werden Schwingungen gleichzeitig auch dorthin übertragen.
Da die Dämpfungsblöcke 33 und 35 auf ein und dasselbe Wandlerelement wirken, sind die Auswirkungen mechanischer Art (als Folge von Druck, Dämpfung usw.) auf die beiden getrennten Übertragungstei-
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Kombination der Härte der Dämpfungsblöcke 33 und 35 und der Zähigkeit der Dämpfungsglieder dazu verwenden, um das Resonanzverhalten zu regeln.
Der Wandler ist, sobald sich der Aufnehmer in Spielstellung befindet, so angeordnet, dass seine Längsachse in einer Ebene liegt, die zur Ebene einer Schallplatte 90 parallel verläuft. Der Wandler 23 ist so gepolt, dass eine Ausgangsspannung in'Übereinstimmung mit einer Biegebeanspruchung entsteht, wenn er von einem Teil 31 des Joches angetrieben wird, welches z. B. aus einem einfachen Klaviersaitendraht, besteht, und zwei divergierende Schenkel 31a und 31b und einen mittleren Aufnehmerteil aufweist. Der Draht ist axial steif, aber quer zu seiner Achse biegsam. Die Enden der Schenkel des Jochteiles 31 sind umgebogen und mit den zugehörigen Enden des Wandlers 23 verkittet oder anderweitig verbunden.
Schwingungen, welche dem Jochteil 31 erteilt werden und die parallel zur Achse eines seiner Schenkel verlaufen, werden durch diesen Schenkel ohne weiteres an das Ende des Kristalles 23 geleitet, mit welchem dieser Schenkel verbunden ist. Gleichzeitig wrd sich der andere Schenkel biegen und nichts von diesen Schwingungen an das gegenüberliegende Ende des Wandlers leiten.
Zwischen den Elektroden des Wandlers und den Klemmen 40', 41'und 42'laufen biegsame elek- trische Leitungen (nicht dargestellt). Eine der genannten Klemmen, z. B. 40', möge als gemeinsame Klemme des piezoelektrischen Elementes gelten und ist mit der Sammelklemme des Wandlers verbunden, wogegen die Klemmen 41'und 42'mit den Elektroden 25a bzw. 25b verbunden sein. Von den Klemmen 40', 41'und 42'führen längs des Tonarmes Leitungen zum Verstärker.
Demgemäss wird man elektrische Signale, die einer von zwei trennbaren Schallaufzeichnungen entsprechen, an den Klemmen 40'und 41'und elektrische Signale, welche der andern Aufzeichnung entsprechen, an den Klem-
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Das der Aufnehmerkapsel zugeordnete Nadelaggregat umfasst einen Nadelarm 39, dessen eines Ende abgeflacht ist, um die Nadel 49 zu halten. Das gegenüberliegende Ende des Nadelarmes 39 ist ebenfalls abgeflacht und in einen Block 62 aus nachgiebigem Material eingesetzt, welcher in einer an der Unterseite des Gehäuseteiles 16 vorgesehenen Kammer 63 sitzt. Der aus nachgiebigem Material bestehende Block 62'stellt eine Dämpfung für den Nadelarm 39 vor ; zusätzlich schützt er den Jochteil und das Wandlerelement vor Schäden, die als Folge von zu starken auf die Nadel 49 wirkenden Pressungen auftreten konnten.
Die Anordnung des hinteren Nadelendes in einem gummiähnlichen, nachgiebigen Material kann dazu verwendet werden, um die Hochfrequenzresonanzen zwischen Nadel, Nadelhalterung und Schallplatte zu beherrschen.
Da sich der Nadelarm vom Tonaufnehmergehäuse nach unten erstreckt, ist ein Paar von nach unten ragenden seitlichen Schutzwänden 45 und 47 vorgesehen, die mit dem unteren Gehäuseteil 16 aus einem Stück bestehen können. Die Seitenwände verlaufen zu jeder Seite des Nadelarmes 39 und schützen das mechanische System des Aufnehmers vor Beschädigungen, falls der Tonarm unbeabsichtigterweise auf die Schallplatte od. dgl. fallen gelassen wird.
Die Wirkungsweise des Tonaufnehmers nach dieser Ausführungsform ist folgende :
Beispielsweise würde in einer Schallplatte mit zwei unter je 450 zur Plattenfläche geschnittenen Aufzeichnungen die Aufzeichnung des Kanals 2 in einer Richtung eingeschnitten sein, die durch die Pfeile A-A, Fig. 4, festgelegt ist und Kanal 1 in Richtung der Pfeile B-B. Mit andern Worten kann man Kanal 2 als die Modulation der einen Tonrillenwand, Kanal 1 als die Modulation der andern Tonrillenwand auffassen. Die Nadel 49 würde sich, wenn sie den Wellungen einer Nut folgt, welche ausschliesslich eine
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Kanal-2-Aufzeichnung enthält, auf einer Linie bewegen, die mit der Achse des Schenkels 31a, der mit dem rechtsseitigen Ende des Wandlers 23 verbunden ist, zusammenfällt.
Da der Schenkel 31a axial steif ist, werden diese Vibrationen über den Nadelarm 39 und den Schenkel 31a zum rechtsseitigen Ende des Wandlers 23 geführt, was ein Biegen dieses Endes des Wandlers zur Folge hat. Gleichzeitig geht diese Bewiegung im wesentlichen in einer Ebene, die senkrecht zur Achse des Schenkels 31b des Jochgliedes, welcher mit dem linksseitigen Ende des Wandlers 23 verbunden ist, vor sich. Da der Schenkel 31b in allen Richtungen senkrecht zu seiner Achse, wie schon erwähnt, ausweichen bzw. sich ausbiegen kann, schwingt der Schenkel 31b mit der Bewegung des Nadelarmes 39 vor und zurück und verursacht kein Biegen des linksseitigen Endes des Wandlers 23.
Die sinngemäss gleiche Wirkung ergibt sich für die Aufzeichnung des Kanals 1, die in einem Winkel erfolgte, der durch die Pfeile B-B festgelegt ist, mit dem Unterschied, dass die Übertragungen sogleich zum linksseitigen Ende des Wandlers 23 geführt werden, um es zu biegen, was jedoch hinsichtlich seines rechtsseitigen Endes nur eine vernachlässigbare Auswirkung aufweist. Liegen Aufzeichnungen in beiden Kanälen vor, so vollführt die der Nadel eine zusammengesetzte Bewegung ; es kommt zu einer Gesamtbewegung mit Komponenten, welche Biegungen beider Enden des Wandlers 23 beinhalten. Demgemäss erhält man entsprechende Signale gleicher Amplitude an den Klemmen41'und 42'hinsichtlich der Klemme 40'.
Obgleich der Wandler 23 als auf Biegebeanspruchungen elektrisch ansprechend dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich, dass. auch andere Wandler angewendet werden können, z. B. solche, welche auf Verdrehung reagieren.
Der Jochteil 31 des in den Fig. 1-4 gezeigten Aufnehmers kann auch als relativ starre Konstruktion ausgeftihrt werden. Ein relativunbiegsamer Jochteil 31 wird bei vertikalen Schwingbewegungen des Nadelarmes 39 zur Folge haben, dass jeder der Schenkel des Jochtelles 31 sich auf-und abwarts bewegt, was entsprechende Biegedeformationen jedes Endes des Wandlers 23, mit dem er mittig verbunden ist, zur Folge haben wird. Bei seitlicher Bewegung des Nadelarmes 39 befindet sich der eine Schenkel des Jochteiles 31 unter Druck-, der andere unter Zugspannung, was zur Folge hat, dass das eine Ende des Wandlers nach oben, das andere nach unten gebogen wird. Für eine Bewegung längs der 450-Achse entsprechend der Achse A-A kann die vom Nadelarm 39 erzeugte Kraft in ein Paar gleicher Komponenten zerlegt werden : die Vertikal- und die Seitenkomponente.
Die Vertikalkomponente erzeugt gleiche vertikal gerichtete Kräfte an beiden Enden des Wandlers 23. Die Seitenkomponente erzeugt eine nach abwärts gerichtete Kraft an einem Ende des Wandlers und eine nach aufwärts gerichtete Kraft am andernEnde.
Weil der Abstand zwischen dem Aufnahmeteil des Jochteiles und dem Wandler gleich der halben Länge des Wandlers ist, ist die Geometrie des Antriebssystems eine solche, dass die Kräftekomponenten, die eine Folge der vertikalen und der seitlichen Schwingbewegangen sind, einander entgegengesetzt sind und sich aufheben, so dass es nicht zu einem Biegen des linksseitigen Endes des Wandlers 23 kommt. Hingegen summieren sich diese Kräfte am rechtsseitigen Ende des Wandlers 23, d. h. diese Kräfte addieren sich in der Hervorbringung einer Biegung und in der Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signals zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Elektrode 25b.
In gleicher Weise erzeugen Schwingungen längs der Achse B-B nur ein Biegen des linksseitigen Endes des Wandlers 23, welches zur Hervorbringung eines entsprechenden elektrischen Signals zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Elektrode 25a führt.
Zu der in Fig. 5 dargestellten abgeänderten Ausführungsform sind nur arbeitende Teile des Aufnehmers dargestellt. Das Aufnehmergehäuse, das aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht gezeichnet ist, kann beliebiger Form und Ausführung sein. Der. Aufnehmer nach Fig. 5 enthält ein plättchenförmiges piezoelektrisches Übertragungselement 51 von rechteckiger Gestalt, dessen Längsachse parallel zur Achse des Nadelarmes 53 verläuft. Der Wandler umfasst ein Paar von durch einen Isolierstreifen getrennter Silberelektroden 51a, 51b die in der Längsrichtung des Aufnehmers auf einer seiner Seiten verlaufen, und eine gemeinsame Elektrode, die über die gesamte gegenüberliegende Oberfläche verläuft.
Wie weiter oben erwähnt, können an Stelle der gemeinsamen Elektrode auch zwei getrennte Elektroden angeordnet werden, welche lagemässig mit den Elektroden 51a und 51b übereinstimmen.
Das eine Ende des Wandlers 51 ist in nachgiebigen Ankerblöcken 55 und 57 festgeklemmt, welche so beschaffen sind, dass sie unter Pressung im Gehäuse des Aufnehmers festgehalten werden können. Das freie Ende des Wandlers trägt einen Jochteil 59 von im allgemeinen derselben Form, wie im Zusammenhang mit den Fig. 1-4 schon beschrieben. Der Jochteil steht mit dem Nadelarm 53 in Verbindung und wird von diesem getrieben ; ein Ende des letzteren ist in einem Punkt mit dem Aufnehmergehäuse verbunden, wogegen das freie Ende eine Nadel 61 trägt.
Den Wandler 51 kann man als um seine Längsachse schwingbar auffassen. Demgemäss werden, wenn
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der Jochteil 59 vergleichsweise steif ist, die dem Aufnehmer längs der 450-Achse A-A aufgegebenen Kräfte in der andern 450-Achse B-B ausgeglichen, wie dies schon weiter oben dargelegt wurde. Da die Tätigkeit des Aufnehmers nicht von der Biegsamkeit des Jochteiles 59 abhängt, kann man einen Jochteil verwenden, dessen Gestalt die aus Fig. 6 ersichtlicheist. Der Jochteil der Fig. 6 kann aus Blech oder aus einem nachgiebigen nichtmetallischen Material hergestellt werden. Ein Flansch 67 ist längs des Oberteils ausgebildet und dient dazu, mit dem freien Ende des Wandlers 51, Fig. 5, mit dem er verkittet oder anderweitig verbunden ist, zusammenzuwirken.
Der Jochteil 65 weist ausserdem in seinem tiefsten Bereich eine Ausnehmung auf, welche den Schwingarm 53, Fig. 5, aufzunehmen bestimmt ist. Wenn die Höhe des Jochteiles 65 ungefähr gleich der halben Breite des Wandlers 51 ist, so führt dies, wie gefunden wurde, zu einem Verhalten des Teiles 65 das jenem eines Drahtjoches (31, Fig. 2 ; 59, Fig. 5) nahekommt, d. h. eine Trennung der beiden Rillen in einem zufriedenstellenden Masse erlaubt.
Die Wirkungsweise dieses Jochteiles 65 kann man sich wie folgt vorstellen :
Im Falle einer reinen Aufwärtsbewegung der Nadel werden beide piezoelektrisch wirksamen Teile
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aufwärts gebogen ;Elektrode und die entstandenen Spannungen ergänzen sich. Führt hingegen die Nadel eine reine Seiten- bewegung (parallel zur Deckflasche 67) aus, so. wird sich der eine Plättchenteil aufwärts, der andere ab- wärts biegen und es entstehen in den Kanälen sich im Gegentakt ergänzende Spannungen. Das Plättchen unterliegt also gewissermassen einer Verdrehung um eine Achse a-a.
Wird nun angenommen, dasssich die Nadel in der Richtung b-b bewegt, also etwa um 450 nach oben, dann führt dies wieder zu einer
Verdrehung des Plättchens, jedoch nicht um die Achse a-a, sondern um eine seitlich dazu verschobene
Achse, etwa die Achse c-c, was bedeutet, dass sich der eine Eckpunkt des Plättchens A, bedeutend mehr hebt als sich der andere Eckpunkt B senkt. Demgemäss wird der eine piezoelektrische Teil gewisserma- ssen um seine Achse gedreht, der andere aber nur gebogen, d. h. der eine Plättchenteil erzeugt einen Ausgang, der andere nicht.
Man erkennt demnach, dass je nach der Bewegungsrichtung der Nadel jeder der beiden Plättchenteile in einem mehr oder weniger grossen Masse an der Erzeugung eines Signals beteiligt ist und praktische Versuche haben gezeigt, dass man auf diese Weise eine zufriedenstellende stereophonische Wiedergabe der Schallaufzeichnung erreichen kann.
In baulicher Hinsicht hat das Jochglied nach Fig. 6 den Vorteil der guten Verbindung mit dem Kristall, der demnach nicht so punktweise beansprucht wird wie gemäss den übrigen Ausführungsbeispielen ; die Gefahr von Beschädigungen'des Kristalls ist dadurch vermindert.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 5 hat den Vorteil, dass sie bei einer wenn auch nicht ganz so guten Entkopplungsmöglichkeit, wie sie andern Systemen innewohnt, zu einem Tonaufnehmer von sehr geringer Bauhöhe führt, was für Plattenspieler mit automatischen Plattenwechslern von Vorteil ist, indem der für die Seitenbewegung und das Aufsetzen und Abheben des Tonaufnehmers vorzusehende Höhenabstand vermindert wird. Diese Möglichkeit fügt sich daher insoferne gut in den Rahmen der Erfindung, als diese nach einem billig herstellbaren Abspielgerät zielt. Ein weiterer Vorteil der Bauform nach Fig. 5 liegt in der vereinfachten Montage.
Der beschriebene Aufnehmer ist auch in Verbindung mit Schallplatten anwendbar, bei denen die eine der beiden trennbaren Tonspuren mit vertikalen, die andere mit seitlichen Schwingungen geschnitten ist. In solchen Fällen muss jedoch, wie schon in der USA-PatentschriftNr. 2,114, 471 beschrieben. ein geeignetes Umkehrnetzwerk an die Klemmen 38,40 und 42 gelegt werden, damit man die separa- ten, den getrennten Aufzeichnungen entsprechenden Signale erhalten kann.
Aus dem vorhergehenden ist ersichtlich, dass der beschriebene Tonaufnehmer auch für Schallplatten mit seitlich oder vertikal geschnittenen, aber nur eine einzige Aufzeichnung enthaltenden Tonrillen verwendbar ist, da'sowohl eine seitliche als auch eine vertikale Bewegung des Nadelelementes eine Entsprechung in beiden Wandlern hat. Für eine vertikale Nadelbewegung sind die Entsprechungen der beiden Teile des Wandlers in Phase, und für eine seitliche Nadelbewegung ist die Entsprechung der beiden Wandlersysteme in Gegenphase.. Demnach können, durch richtige Polung der Anschlussklemmen 38,40 und 42, entweder vertikal oder seitlich geschnittene Einkanalschallplatten wiedergegeben werden.
Die körperliche Grösse einer Aufnehmerkapsel, welche einen der Erfindung entsprechenden Aufbau aufweist, ist im wesentlichen dieselbe wie die der gegenwärtig vorhandenen Aufnehmerkapseln für Einkanalschallplatten. Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass das einzige Element, welches zusätzlich zu jenen der Aufnehmer herkömmlicher Bauweise benötigt wird, ein zusätzliches Wandlerelement ist. Da die Wandler dieselben Antriebs- und Dämpfungselemente verwenden hat sich gezeigt, dass die Frequenzkurven beider Übertragungssysteme symmetrisch sind, ohne dass es hiezu langwieri- ger Massnahmen bedarf, um diese Systeme einander anzugleichen.
Ausserdem ist die dem vorliegenden
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System innewohnende Einfachheit des Antriebssystems mit Joch, welches die beiden Wandler verbindet, die Ursache dafür, dass die Schwierigkeiten, welche mit der möglichsten Verminderung des Übersprechens verbunden sind, sehr wesentlich verringert werden. Durch Anwendung von Wandlern, welche in Dämpfungsblöcken mit vorgeformten Öffnungen sitzen, erhalten die Wandler von Anfang an eine genaue gegenseitige Voreinstellung, wodurch das Problem der Einstellung und Montage des Antriebsjoches zwecks Erzielung bestmöglicher Antriebsverhältnisse und geringstem Übersprechen zwischen den beiden Übertragungssystemen wesentlich an Bedeutung verliert.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Stereophonischer Tonaufnehmer für Schallplatten, die in einer Tonrille zwei individuelle Schallaufzeichnungen besitzen, welcher Tonaufnehmer zwei piezoelektrische Wandler aufweist, von denen jeder für sich einen elektrischen Ausgang liefert, sowie mit einem nadeltragenden Teil und einem Jochteil, um die der Nadel erteilten Schwingungen so den Wandlern zu übertragen, dass jede individuelle Schallaufzeichnung in dem ihr zugeordneten Wandler Spannungsschwankungen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler aus einem einzigen flachen, länglichen Kristallplättchen bestehen, das zwei Paare von Elektroden trägt, die voneinander durch einen Isolierstreifen getrennt sind, der entweder entlang der Längsachse des Kristallplättchens verläuft, welches dann an einem Ende in an sich bekannter Weise eingespannt gehalten ist,
wogegen das Joch an dem freien Ende des Kristallplättchens angreift, oder dass das Elektrodenpaar durch einen quer durch die Mitte des Kristallplättchens, vorzugsweise entlang dessen kürzerer Symmetrale verlaufenden Isolierstreifen getrennt ist, wobei das Kristallplättchen dann längs dieses Streifens gehaltert ist, und das Joch an den beiden dieser Halterung gegenüberliegenden Enden des Kristallplättchens, diese verbindend, angreift.