Elektrischer Tonabnehmer für Schallplatten. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein elektrischer Tonabnehmer für Schallplat ten, und zwar für solche mit Edisonschrift, das heisst welche Schallnuten wechselnder Tiefe aufweisen.
Zweck der Erfindung ist, eine Bauart zu finden, welche über den vollen Frequenz bereich der Sprache oder der Musik oder innerhalb noch weiterer Grenzen anspricht und vollkommene, gleichförmige Wiedergabe sichert.
Gemäss der Erfindung wird bei einem Tonabnehmer für solche Tonträger eine be wegliche, in einem magnetischen Feld sich befindende Spule verwen#let, die starr mit dem Schallstift verbunden ist. Die Spule und der Schallstift können vorzugsweise am Kör per des Tonabnehmers angebracht sein, und zwar mit Hilfe eines elastischen Trägers, welcher den Schallstift in Eingriff mit der Tonträgernute hält, wobei ferner ein wesent- lieher Teil des Gewichtes des Tonabnehmers durcli den elastischen Träger aufgenommen wird; letzterer ist daher normal unter Span nung.
Bis jetzt wurde, infolge des Bestrebens des Tonabnehmers, die Oberfläche des Ton trägers zu verlassen, die maximale Nuten- amplitude auf einen sehr geringen Wert ge bracht, und dadurch wurde die befriedigende Wiedergabe von ganz hohen und tiefen Fre quenzen von Sprache und Musik verhindert.
Es wurde von uns jedoch gefunden, dass für getreue Wiedergabe von Tiefnutenton- trägern die mechanischen Konstanten des Tonabnehmers so gewählt werden köniien, dass die gesamte Kraft, welche darauf hin zielt, den Tonabnehmer auf dem Tonträger zu halten, bei jeder Frequenz des wiederzu gebenden Bereiches nie kleiner wird ais das Produkt der Nadelspitzengeschwindigkeit und der Nadelspitzenimpedanz. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, so wird die Vorrich tung jederzeit zwangläufig entsprechend den Tiefnuten angetrieben.
Durch geeignete Wahl der Konstanten kann erreicht werden, dass der Tonabnehmer auf einen Frequenzbereich anspricht, der wesentlich denjenigen über schreitet, der bis jetzt benutzt wurde.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Tonabnehmers schematisch dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt einen Schnitt durch einen elektrischen Tonabnehmer; Einzelteile sind in Ansicht dargestellt; Fig. 2 zeigt ein Detail im Schnitt; Fig. <B>3</B> bis,6 zeigen Schemas und Kurven. Wie in Fig. <B>1</B> dargestellt, ist ein U-för- miger Magnet<B>1</B> mit Schenkeln verschiedener Länge ausgestattet. Der Magnet<B>1</B> ist an der Wand des Gehäuses 2 mittelst eines Trägers <B>3</B> befestigt.
Die Polstücke 4,<B>5</B> sind so ge formt und gelegt, dass, das Mittelstück <B>6</B> des Polstückes<B>5</B> in eine Öffnung im verengten Endstück<B>7</B> des Polstückes 4 zu liegen kommt, so dass ein Luftspalt<B>8</B> entsteht. Die ser Luftspalt wird vorteilhaft kreisrund ge halten, er könnte aber auch elliptisch sein oder eine andere Form besitzen. Das Polstück <B>5</B> ist hohl, so dass beim Montieren eine Lehre benutzt werden kann, um das Polstück<B>5</B> in bezug auf das Polstück 4 genau einstellen zu können.
Ein aus Messing bestehender Bügel <B>9</B> hält die Teile in ihrer richtigen Lage in bezug aufeinander, so dass das Mittelstück<B>6,</B> das mittelst einer Schraube<B>10</B> im Stück<B>5</B> festgelegt wird, so zu liegen kommt, dass der Luftspalt<B>8</B> überall genau gleiche Breite be sitzt. Schrauben<B>11</B> sichern die Teile an der Wandung des Gehäuses<B>2.</B> Mit Gewinde ver sehene Löcher 12 dienen zum Festlegen eines in der Zeichnung nicht dargestellten Deckels des Gehäuses<B>2.</B> Innerhalb des Luftspaltes<B>8</B> ist eine Spule<B>13</B> angeordnet" welche zum Bei spiel aus etwa 40 Windungen dünnen Drah tes, der vorteilhaft aus Aluminium her gestellt ist, besteht.
Dieser Draht ist auf ein Formstück 14 aus Ilartgummi aufgewickelt. Das Formstück 14 trägt den Schallstift<B>15.</B> Die elastische Lagerung dieses beweglichen Systemes wird durch zwei Stahldrahtfedern <B>19</B> erreicht, die etwa 0,2 mm Durchmesser besitzen, rund um den Schallstift auf einer Büchse aufgewickelt und mittelst einer Schraube<B>16</B> in einem Hartgummistück fest gelegt sind. Letzteres ist am Polstück 4 be festigt. Die Endstücke der Spule<B>13</B> besitzen Schlaufen und sind an die Pole<B>18</B> an geschlossen. Von letzteren führen Leitungen 20 zum Verstärker des Tonwiedergabe- systemes.
Das dieser Vorrichtung zugrundeliegende Prinzip und die Überlegungen, welche zu die ser Konstruktion geführt haben, werden im folgenden erläutert: Es ist offensichtlich, da0 für eine verzer rungsfreie Wiedergabe der Schallstift getreu den Veränderungen der Tiefe der Schallnuten folgen muss,. Eine Schallnute ist in Fig. 4 schematisch angedeutet, in welcher q" in cm den Abstand eines Flächenelementes der Ton rille von der Oberfläche der Schallplatte gibt.
Dieser Abstand q# ist identisch mit der Ver schiebung des beweglichen Systemes (Spule) des Tonabnehmers. Die Gleichung einer sol chen Nute, bezogen auf die Zeit, kann wie folo-t angegeben werden:
t' <B>1</B> # Q <B><I>+</I></B> q. cos <I>0)t</I><B>(1)</B> wobei<B>q</B> die totale momentane Erhebung zur Zeit t ist und Q die Ordinate der mittleren Plattenoberfläche. Es ist allgemein bekannt, dass mechanische Schwingsystenie durch sinn gemässen Ersatz der mechanischen Elemente durch elektrische Elemente analog den ent sprechenden elektrischen Systemen behandelt werden können.
Im vorliegenden Fall kann die Struktur eines jeden Wiedergabeappa rates durch das Diagramm der Fig. <B>3</B> dar gestellt werden, in welchem m die total wirk same Masse des beweglichen Systemes in gr ist; S ist die Steifheit gegen elastische Veränderungen in
EMI0002.0049
und R ist die dämp- ènde Wirkung #n mechanischen Ohm
EMI0002.0053
welche auf das System zur An- Wendung <B>kommt.</B>
Da die Masse dieses Systemes jedoch im mer in Berührung mit der Schallplatte blei ben muss, so darf die Summe der Kräfte, welche bestrebt sind, die Berül-irung aufrecht zu erhalten, nie weniger als Null werden.
Dies kann analytisch wie folgt aus gedrückt werden:
EMI0003.0002
Unter Berücksichtigung von<B>(1)</B> folgt: XF==SQ <B><I>+</I></B> qo cos <I>tot-</I> Ra) sin ojt] <B>0</B> <B>(3)</B> Da dieser letztere Ausdruck einen Mini malwert aufweist, so werden die Bedingun gen erfüllt, wenn der Sehallstift in diesem Ausnahmefall in Berührung mit der Rinne bleibt.
Wird das erste Differential dieses Ausdruckes gleich Null gesetzt, so ergibt sich
EMI0003.0010
daraus folgt:
EMI0003.0011
Für diesen Argumentwert wird Gleichung <B>(3) zu:</B> SQ <B>Z</B> (4a) wobei
EMI0003.0014
Aus der Gleichung (4a) ergibt sich, dass q, co =-- V proportional der mittleren Nadel geschwindigkeit bei der Frequenz a) ist:
Q V <B>- Z</B> Dieser analytische Ausdruck ist die Bedin- gung dafür, dass der Schallstift in Berührung init der Rinne bleibt.
Angenommen, dass beide Glieder der Glei chung (4a) positive Werte haben, so folgt daraus direkt folgende Gleichung-.
EMI0003.0026
Die linke beite gleich iNull gesetzt ergibt vier Wurzeln, von denen zwei positiv sind. Wird die Gleichung<B>(6)</B> einem Werte gleich gesetzt, der kleiner ist als Null, so ergeben sich Wurzeln, die zwischen die beiden posi tiven Grenzwerte fallen. Der untere Grenz wert für unverzerrte Wiedergabe o), und der obere Grenzwert c02 werden unten angeführt. Für Werte, welche zwischen diese zwei Grenzwerte fallen, sind die notwendigen Be dingungen erfüllt, dass der Schallstift getreu der Linie folgt.
Ausgedrückt in der üblichen Art kann gesagt werden, dass das unver- zerrte Band zwischen o), und to, liegt, wobei
EMI0003.0036
Wird der Fall des üblichen Systemes des Types angenommen, welcher dieser Analyse zugrunde liegt, wobei<B>S 10 . 10'</B> Dyn per cm, m<B>0,1.</B> gr und B -0, <B>Q</B> =:
0,020 cm und V<B>3,0</B> cm per Sekunde ist, so gibt die Lösung der Gleichungen<B>7</B> und<B>8</B> für<B>f,</B> und f-. die Werte 34 bezw. <B>100,000</B> Perioden, das heisst, dassi ein Wiedergabeapparat mit diesen Konstanten alle Frequenzen zwischen diesen Werten wiedergeben wird, soweit es sich um die Möglichkeit, der Schallplattenrille zu folgen, handelt. Die Fig. <B>5</B> und 6# geben an, wie das un- verzerrte Frequenzband, das durch den Wie dergabeapparat beherrscht wird, ändert, wenn die Werte von Masse und ursprünglicher Ver stellung Q geändert werden.
Nachdem all gemeine Formeln durch die Gleichungen<B>5,</B> <B>7</B> und<B>8</B> aufgestellt worden sind, ist es offen sichtlich eine einfache Sache, dass die Kon stanten eines Wiedergabeapparates so ge wählt werden können, dass er auf irgend ein Frequenzband ansprechen wird. Die Kurven Fig. <B>5,</B> welche auf den bereits gegebenen Werten für<B><I>S,</I></B> Q und V beruhen, zeigen klar, wie durch Verminderung der Masse des be weglichen Systemes das unverzerrte Fre quenzband sich vergrössert durch Erhöhung des Frequenzbereielies nach oben.
In Fig. <B>5</B> ist die Masse des beweglichen Systemes hori zontal aufgetragen, während die Frequenz in Perioden per Sekunde vertikal aufgetragen ist. Die Kurve f, gibt die Veränderung der untern Grenzfrequenz und die Kurve<B>f2</B> die Änderung der obern Grenzfrequenz an. Fig. <B>Q</B> soll in erster Linie zeigen, dass für eine gegebene Steifheit, zum Beispiel<B>10'</B> Dyn per cm, das unverzerrte Band Weiber wird,
wenn die ursprüngliche Verschiebung Q ver- "rössert wird, so dass die Reichweite des Wiedergabeapparates derart ausgedehnt -wer den kann, ohne dass dadurch die Bauart ge ändert werden müsste. In Fig. <B>6</B> ist die ursprüngliche Einstellung<B>Q</B> horizontal und die Frequenz in Perioden per Sehunde verti- hal aufgetragen.
Die Kurven<B>f,</B> und<B><U>f.</U></B> geben die Änderunfren der untern und obern Grenz- frequenz mit der Änderung der ursprüng lichen Verstellung für eine Mehrzahl von Werten<B>B.</B> Wie bereits ang deutet." ist ein #le Dämpfen nicht nötig, wenn der Wiedergabe apparat richtig gebaut- wird.
Es ist aber möglich, dass bei der Wiedergabe in der Praxis Dämpfuno.' erwünscht wäre, um vor übergehende Störun-,en ausschalten zu kön nen und um nicht sich auf den Fabrikanten -verlassen zu müssen bezüglich der notwen- di,-en (-'renauigl-,eit,. Wenn zum Beispiel die elastische Lagerung für die Drehbewegung nicht genügend widerstandsfähig ist, so kann die Reibung des Schallstiftes in der Rille vorübergehende Vibrationen oder Stotterwir- kung erzeugen, was auf ein leichtes Schwin gen der Spule im Luftspalt zurückzuführen ist.
Dieses kann nun leicht ausgeschaltet t5 werden, ohne dass die richtige Geschwindig,- keit wesentlich verzögert wird, -und zwar auf verschiedenem Wege, zum Beispiel durch Verwendung einer Olfüllting im Luftspalt, wobei dieses #01 beim Heben der Spule in vertikaler Richtung verdrängt würde. Aus den Kurven von Wiedergabeapparaten, wel- ehe verschiedene Dänapfungen besitzen, wie bereits angegeben, ergibt sich, dass das Dämpfen praktisch keine Wirkung auf den Frequenzbereich. eines solchen Wiedergabe apparates ausübt.
Es wurde gefunden, dass durch die rich tige Wahl der Konstanten eine Konstruktion erhalten werden kann, -welche die Bedingung nach Gleichun- (.5) erfüllt und eine so --e- iinge mechanische Impedanz besitzt, dass die Abnutzung auf den harten Schallplatten wesentlich vermindert wird. Ein solcher Wieder-eber könnte benutzt werden, zum -wiederholten Spielen weicher Wach#,sehall- platten, ohne dass deren Wert als Matrize. von denen die Schallplatten für den Handel gewonnen werden, vermindert würde.
Ans den vorliegenden Erklärungen ergibt sieh, dass die Eigenfrequenz des beweglichen Systemes heineWirkuno, auf das Ansprechen der Vorrichtung haben kann, wodurch ein 1.leichfürmiges Ansprechen über den ganzen Bereich, für welchen das System berechnet wurde, erreicht wird. Es soll jedoch nicht ausser acht -elassen -werden, dass die Reso nanzfrequenz eine Wirkung auf die<B>Ab-</B> nutzung der Schallplatten hat.
Um einen gle- wissen Bereich mit dem kleinstmöglichen Druck auf der Schallplatte mit einem beweg- liehen <B>S</B> stem von gegebener Masse zu er- y reichen, darf die Steifheit nur so sein, dass die Resonanzfrequenz beim geometrisehen Mittel zwischen der obern und untern Fre- quenzgrenze erreicht wird. wie in Fig. <B>6</B> dar gestellt.
Wenn dies der Fall ist, so wird die ständig alternierende Kraft auf der Schall- platte gerade die Summe der Reaktionen gemäss Gleichung (2) auflieben, und zwar für beide, Grenzfrequenzen des Bereiches. Wenn die Resonanzfrequenz bei einer an dern Frequenz auftritt, so liegt die alter nierende Kraftfrequenzkurve nicht symme- triscb. zum Bereich, und die alternierende Kraft ist dann grösser am einen Ende des Frequenzbandes als am andern. Wird dann die konstante Kraft<B>8.</B> Q notwendigerweise gross genug gemacht, um die grösste alter nierende Kraft auszugleichen, so wird da durch eine grössere Abnutzung als im vor genannten Falle verursacht.
Da die obere Grenzfrequenz eines Wieder gabeapparates dieser Art ziemlich viel höher gemacht werden kann als bei irgend einer an dern Bauart, so wird zum ersten Mal der ganze hörbare Bereich und selbst noch höhere Frequenzen wiedergegeben.
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