Abtaster zur Wiedergabe von auf einem Aufzeichnungsträger gespeicherten Signalen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abtaster zur Wiedergabe von auf einem Aufzeichnungsträger als Oberflächenstruktur mechanisch verformbarer Oberflächenteile desselben gespeicherten Signalen. Insbesondere ist er zur Wiedergabe von ein breitbandiges Frequenzgemisch bildenden Signalen, z. B. von Fernsehbildsignalen, gedacht.
Bei den üblichen Verfahren zur Wiedergabe von Signalen, die als Reliefstruktur der Oberfläche eines körperlichen Trägers, beispielsweise in einer Rille als Tiefen- oder Seitenschrift, gespeichert sind, wird die Masse des mit der Abtastspitze praktisch schwingungsstarr verbundenen Teiles des Abtasters bei Anwendung einer möglichst kleinen, aber ausreichenden elastischen Rückstellkraft so klein bemessen, dass die Eigenresonanz dieses beweglichen Teiles mit der Elastizität der Rillenwand oberhalb des ausgenutzten Signalfrequenzbereiches liegt.
Gewöhnlich befindet sich eine die Rückstellkraft bzw. ihren reziproken Wert, die Nachgiebigkeit oder Compliance, bestimmende Feder unmittelbar zwischen dem mit der Abtastspitze im wesentlichen schwingungsstarr verbundenen Teil, also im allgemeinen dem Abtaststift mit seinem Fassungskörper, und dem mechanisch-elektrischen Wandler, beispielsweise einem piezoelektrischen Kristall.
Nach bekannten und bisher uneingeschränkt angewendeten Prinzipien wird darauf geachtet, dass bei Zugrundelegung gebräuchlicher Rillenausmasse und Abrundungsradien der Abtastspitze die durch elastische und bleibende Formänderungen des Trägermateriales sich ergebende Verringerung der Auslenkungsamplitude gegenüber der vorhandenen räumlichen Schriftamplitude klein bleibt. Andernfalls würden sich eine Herabsetzung des Signalpegels und Verzerrungen der Wiedergabe ergeben.
Diese Zusammenhänge führen zu der Erkenntnis, dass die elastischen und bleibenden Formänderungen, welche das Trägermaterial unter dem Druck der Abtastspitze erleidet, der mechanischen Abnahme räumlicher Rillenschriften eine aus den Abmessungen der zusammenarbeitenden Oberflächen der Abtastspitze und des Trägers, den Festigkeitseigenschaften des Trägermateriales und der Relativgeschwindigkeit zwischen Abtaster und Rillenoberfläche sowie der auf der Abtastspitze lastenden Druckkraft ableitbare obere Frequenzgrenze setzen, die für gebräuchliche Werte der Schallplatten-Wiedergabetechnik, bezogen auf die innen liegenden Rillen, nicht allzu weit oberhalb des wiederzugebenden Signalfrequenzbereiches liegt.
Die Veröffentlichung Factors Affecting the Stylus/ Groove Relationship in Phonograph Playback Systems von G. R. Bastiaans im Journal of the Audio Engineering Society, Oktober 1967, Volume 15, Nr. 4, Seiten 389 bis 399 enthält eine ausführliche Darstellung der Theorie dieser Zusammenhänge und leitet daraus für die gegenwärtig gebräuchlichen Schallplattentypen Werte der Grenzfrequenzen ab, die nicht überschritten werden können. Messergebnisse bestätigen die aus der Theorie gewonnenen Erkenntnisse. Als - fast selbstverständlicher, aber nicht weiter führender - Ausweg zur Verringerung der störenden Wirkung der Materialnachgiebigkeit wird darin angegeben, Trägermaterial mit grösserem Elastizitätsmodul, also härteres Material, zu verwenden.
Der Verfasser erkennt aber bereits, dass bei einem solchen Material die Flächenpressungen wegen der verringerten Auflagefläche (beispielsweise bei Nikkel als Träger) zu bleibenden Formänderung führen, so dass eine rasche Abnutzung die Folge ist. Zur Vergrösserung der ausnutzbaren Frequenzbandbreite, besonders ihrer Ausdehnung zu höheren Frequenzen hin, ergibt sich nach dieser Veröffentlichung nur die Anwendung einer viel kleineren Auflagekraft des Abtaststiftes, was aber nur bei gleichzeitiger wesentlicher Herabsetzung der bewegten Masse möglich wäre. Ausserdem wäre es danach eine wichtige Aufgabe, ein Trägermaterial zu finden, das sehr hart ist und eine hohe Fliessgrenze aufweist, um dadurch die Deformation der Rillenwände sehr klein und innerhalb des elastischen Bereiches zu halten.
Dieser dort gegebene Ausblick auf Entwicklungsmöglichkeiten beruht ganz auf der Vorstellung, dass die beobachteten Mängel der mechanischen Abtastung, die bei einer Grenzfrequenz nicht weit oberhalb des gegenwärtig ausgenutzten Frequenzbereiches zu einer Nullstelle der abgenommenen Signalgrösse führen, nur durch Kleinhalten der Störung , nämlich der Formänderung des Trägermateriales, verringert werden können. Es ist klar, dass dies ein wenig aussichtsvoller Weg ist, der ausserdem nur graduelle, am Aufwand gemessen recht geringe Verbesserungen bringen kann.
Die Feststellungen dieser für die allgemein anerkannte Lehrmeinung der Fachwelt typischen Veröffentlichung bedeuten nichts anderes, als dass der mechanischen Abtastung eine obere Frequenzgrenze gesetzt ist, welche¯ bedingt durch die unvermeidliche Materialnachgiebigkeit des Trägers - nur begrenzt verschoben, aber nicht überwunden werden kann.
Dem Patent Nr. 512 804 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in Abweichung von der konventionellen Ansicht der Fachwelt ein breiter zusammenhängender Frequenzbereich der mechanischen Abtastung auch oberhalb der durch elastische Formänderungen des Trägers bedingten Nullstelle der am Wandlerausgang auftretenden Signalgrösse verwirklicht werden kann.
Gegenstand dieses genannten Patentes ist ein Verfahren zur Aufzeichnung von Signalen auf einem Aufzeichnungsträger, auf dem die Signale reliefartig gespeichert werden, und zu ihrer Wiedergabe unter Verwendung eines mit einem mechanisch-elektrischen Wandler ausgerüsteten, auf Druck beanspruchten Abtasters, der den Träger längs einer vorbestimmten Spur abtastet, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Signale auf dem Träger als Oberflächenstruktur mechanisch verformbarer Oberflächenteile desselben gespeichert werden und dass bei der Wiedergabe die Abtastfläche des Abtasters in Richtung der von diesen Oberflächenteilen ausgeübten Reaktionskraft mindestens angenähert lagenstarr verbleibt, während die jeweils unter der Abtastfläche befindlichen,
durch die jeweils auf ihnen lastende Abtastfläche des Abtasters verformten Oberflächenteile des Trägers infolge ihrer Form änderung eine zeitlich veränderliche Druckkraft auf die Abtastfläche ausüben, deren Werte der Wandler während des Durchgangs in ihrer Oberflächenstruktur verformter Oberflächenteile unter der Abtastfläche in eine elektrische Grösse umwandelt.
Dadurch wird auch bei Frequenzen oberhalb der bei konventionellen Abtastern durch die elastischen Form änderungen des Trägermaterinls bedingten Nullstelle eine wirksame Abtastung erreicht. Diese inzwischen durch Versuche bestätigte Tatsache kann wahrscheinlich folaendermassen erklärt werden:
Bei den bisher gebräuchlichen Abtastern führt die Abtastspitze bei der erwähnten Nullstelle und oberhalb derselben keine nutzbare bzw. in eindeutigem Zusam menhang mit der Reliefstruktur des Trägers stehende Bewegung mehr aus weil das Trägermaterial zu weich ist, um eine für die Massenbeschleuni#una ausreichende Kraft auf die Abtastsnitze auszuüben.
Da die gebräuchli- chen Abtaster nur für Bewezungsamnlituden wesentlicher Grösse eine Aus#angs.#össe abheben ist mit ihnen eine Abtastung bei der erwähnten Grenzfrequenz und oberhalb derselben nicht möglich.
Trotzdem bleibt aber auch in diesem mit der üblichen Abtasttechnik nicht ausnutzbaren Bereich eine bestimmte Einwirkung der Rillenwand auf die Abtastspitze bestehen, wenn auch keine wesentliche Bewegungsamplitude erzielt wird. Dies ist die mit der Reliefstruktur eindeutig zusammenhängende Druckkraft, zu deren Umwandlung in eine elektrische Ausgangsgrösse der gewöhnliche Abtaster allerdings nicht geeignet ist, und deren Amplitude wegen der weichen Federung der beweglichen Teile des Abtasters auch in den von ihm ausgenutzten Frequenzgebieten verhältnismässig klein, bleibt.
Die von der Reliefstruktur des Trägers auf eine fest anliegende Abtastfläche ausgeübte, auf dem Wege über diese Struktur mit dem Signal modulierte Druckkraft bildet die bei dem Verfahren nach den genannten Patent verwendete Ausgangsgrösse. Sie wird von der Trägeroberfläche wie von einem mechanischen Generator geliefert, der nur sehr kleine Bewegungen (Strom), aber vergleichsweise grössere Kräfte (Spannung) abgibt. Die mechanische Leistung wird dementsprechend von einem Abtaster mit grossem Eingangswiderstand aufge nommen, der einen durch den zeitlichen Verlauf der Druckkraft erregten Druckempfänger in Form eines in Richtung der Druckkraft komprimierten Wandlers aufweist.
Solche Druckempfänger sind beispielsweise in Form piezoelektrischer oder piezomagnetischer Wandler oder als druckempfindliche Halbleiterbauelemente ausführbar und an sich bekannt, so dass eine Beschreibung von Ausflihrungsbeispielen nicht erforderlich ist (vgl.
deutsche Patentschrift Nr. 1 250 913, USA-Patentschrift Nr. 3 348 077).
Der Abtaster gemäss vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Abtastfläche an einem im Bereich der auftretenden mechanischen Beanspruchungen mindestens angenähert als formstarr anzusehenden Abtastelement ausgebildet und in Richtung der von ihm aufzunehmenden Reaktionskraft mindestens angenähert lagenstarr ist, und dass das Abtastelement mit dem mechanisch-elektrischen Wandler verbunden ist.
Der wesentliche Unterschied vom Bekannten, dei die neue Wirkung ergibt, besteht darin, dass die Abtastfläche des auf Druck beanspruchten Abtastelementes, welches mit dem mechanisch-elektrischen Wandler verbunden ist, nun keine Bewegungen wesentlicher Grösse mehr ausführt, weil die Federungshärte des Abtasters im Vergleich mit bekannten Abtastern sehr gross und grösser ist als diejenige des Trägermaterials. Für die Abgabe einer elektrischen Ausgangsspannung hinreichender Amplitude genügen bei von derartigen, mechanisch harten Abtastern beaufschlagten Druckempfängern bereits Zusammendrückungen, die wesent lich kleiner sind als die Tiefe der in der Trägeroberfläche enthaltenen Reliefstruktur.
Während bei der bekannten Abtastung in der ideal sierten Vorstellung das Trägermaterial als formstarr und die Lagerung der Spitze des Abtasters als unendlich nachgiebig zu wünschen sind, so dass die für das Zusammenarbeiten der Oberflächen erforderliche Federung auf der Seite des Abtasters liegt, sind die Verhältnisse bei dem oben beschriebenen Verfahren im wesentlichen entgegengesetzt: das Abtastelement soll bis auf minimale, zur Umsetzung in elektrische Werte erforderliche elastische Formänderungen nahezu formstarr sein und der Abstand seiner Abtastfiäche von der (unbeschrifteten) Trägeroberfläche soll im wesentlichen kon- stant sein, wobei die Federung überwiegend in del Reliefstruktur der Trägeroberfläche lokalisiert ist.
Hierin liegt der wesentliche ünterschied gegenüber bekannten Abtastvorrichtungen für mechanisch-räumliche Schriften.
Bei der Abtastung wird . die mit der Reliefstruktur versehene Trägeroberfläche an der in Annäherung als lagenstarr anzusehenden Abtastfläche des Abtasters vorbei bewegt, die auf die Trägeroberfläche eine Druckkraft ausübt. Gelangen nun Teile der Reliefstruktur unter den Abtaster, etwa in Form von Erhebungen aus der unverformten Oberfläche, so werden diese Strukturteile bzw. Erhebungen zusammengedrückt. Dabei ergibt sich eine Steigerung der auf die Abtastfläche wirkenden Reaktionskraft. ümgekehrt ergibt sich eine Verringerung dieser Reaktionskraft, wenn nicht Erhebungen, sondern Absenkungen der Trägeroberfläche unter die Abtastfläche gelangen.
Es ist eine durch die Einstellung der Ruhedruckkraft ohne weiteres zu lösende Aufgabe, die Abtastfläche auch im letzteren Falle in Berührung mit der Trägeroberfläche zu halten und damit die Reaktionskraft nicht auf Null fallen zu lassen.
Es werden somit die Formänderungen des Trägermaterials für die Modulation der auf den Abtaster wirkenden Druckkraft nutzbar gemacht. Demgemäss bilden elastische Formänderungen auch keine der guten Wirkung abträgliche Erscheinung mehr, wie bei den bekannten Abtastsystemen. Daher ist auch die bei diesen beobachtete Frequenzgrenze überwunden und eine wirksame Abtastung in einem breiten zusammenhängenden Frequenzbereich weit oberhalb der früheren Grenzfrequenz bis zu einigen MHz möglich. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass die Eigenresonanz eines in Richtung der Druckkraft komprimierten Wandlers mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden und sicher noch nicht optimal ihrer Aufgabe angepassten Ausführungen in Gestalt kurzer Kontraktionsschwinger hinreichend hoch, vorzugsweise in die Nähe der gewünschten oberen Frequenzgrenze, gelegt werden kann.
Da durch den grossen Innenwiderstand des Generators, also des Trägermateriales, die Dämpfung gross ist, ergibt dann die Eigenresonanz des Wandlers keine grosse Überhöhung der Ausgangsgrösse.
Es werden somit die Verwendung schallplatten ähnlicher Träger zur Speicherung breitbandiger Signale, insbesondere von Fernsehbild- und Tonsignalen, ermöglicht. Das Trägermaterial wird zweckmässig so gewähll und die Struktur so gestaltet, dass die bei der Abtastung bewirkte Verformung der verformbaren Strukturteile wesentlich grösser ist als die korrespondierende, auf der Reaktionskraft der verformten Strukturteile beruhende Lagenänderung der Abtastfläche des Abtasters.
Die vom Trägermaterial bei der Abtastung erlittenen Formänderungen sollen vorzugsweise im wesentlichen im elastischen Bereichdes Materials liegen, weil dann eine annähernd abnutzungsfreie Abtastung ermöglicht wird.
Das Trägermaterial wird daher zweckmässig so gewählt und die Struktur so gestaltet, dass die Verformung bei der vorgesehenen Abtastgeschwindigkeit im wesentlichen innerhalb des elastischen Bereiches des Trägermaterials stattfindet. Die Abtastgeschwindigkeit ist dabei von Bedeutung, weil bekanntlich eine Anzahl von Stoffen, besonders synthetisch hergestellte Kunststoffe auf der Basis von Copolymerisaten aus Vinvl-Chloriden und -Azetaten, eine von der Belastungszeit abhängige Fliessgrenze aufweisen, und zwar in dem Sinne, dass kurzzeitige Belastungen, welche die bei statischer Einwirkung elastisch aufnehmbaren Belastungen vielfach überschreiten, noch im elastischen Bereich aufgenommen werden.
Da im allgemeinen angestrebt wird, die Abnutzung klein zu halten, wird die Druckkraft des Abtasters für das Abspielen eines solchen Trägers so zu bemessen sein, dass sie bei der vorgesehenen Relativgeschwindigkeit der einander berührenden Flächen nicht zu einer bleibenden Formänderung der unbeschrifteten Trägeroberfläche führt. Die für das Trägermaterial und die Reliefstruktur geltende Regel besagt dann, dass die letztere mit Rücksicht auf die Festigkeitseigenschaften des Materials in Form von Protuberanzen der sonst glatten Trägeroberfläche in ihrer Höhe und in ihrem Querschnitt so zu bemessen ist, dass sie die Auflagekraft der Abtastfläche unter im wesentlichen elastischer Formänderung aufnehmen kann, wobei sie zur Vermeidung von Verzerrungen bis zur Einebnung der von der Abtastfläche berührten Oberfläche zusammengedrückt werden kann.
Aus dem mechanischen Zusammenwirken der Reliefstruktur der Trägeroberfläche mit der diese berührenden Abtastfläche lässt sich ersehen, dass bei einem als vorbestimmt angenommenen gleichbleibenden Elastizitätsmodul des Trägermaterials die Amplitude der Kraftmodulation nicht nur durch die Höhe der Reliefstruktur in der Kraftrichtung, sondern auch durch die Fläche des tragenden Querschnittes der Strukturteile bestimmt wird. Dieser durch die Ausnutzung der elastischen Formänderungen zu einer Modulation der Druckkraft gegebene Zusammenhang eröffnet die Möglichkeit, bei der die Signalschrift enthaltenden Reliefstruktur entweder die Höhe der Strukturteile oder die Fläche des tragenden Querschnittes oder beides gleichzeitig entsprechend dem Verlauf der Signalgrösse längs der Spöur zu ändern.
Ein für dieses Verfahren besonders geeigneter Träger ist so ausgebildet, dass die Struktur aus voneinander durch Zwischenräume getrennten Erhebungen der Trägeroberfläche besteht, deren in Richtung der Druckkraft gemessenen Höhen oder in Richtung der Spur gemessenen Längen oder quer zu dieser Richtung gemessenen Breiten längs der Spur entsprechend dem gespeicherten Signal verändert sind.
Eine weitere mit einer Querschnittsänderung arbeitende bevorzugte Ausführungsart eines Trägers ergibt sich auch, wenn die Struktur in einer längs der Spur entsprechend dem gespeicherten Signal veränderten Breite eines durchgehend in Richtung der Spur verlaufenden Steges besteht. Der Steg kann sich zwischen zwei Gängen einer in die Trägeroberfläche eingeschnittenen spiraligen Rille befinden, von der eine Flanke die Reliefstruktur trägt, so dass die zwischen zwei einander benachbarten Gängen der Rille vorhandene Breite des Steges eindeutig mit dem gespeicherten Signal zusam menhängt. Wird die Deckfläche des Steges von der Abtastfläche eingedrückt, so ergibt sich eine von der Stegbreite abhängige Gegenkraft, die auf die Abtastfläche wirkt.
Die Aufzeichnungsart mit veränderlicher Länge der Strukturelemente längs der Spur wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Signalgrösse verwendet, welche das zu speichernde Signal in Form einer mit diesem modulierten Trägerschwingung enthält. Die beim Abtasten aus den einzelnen räumlich längs der Spur angeordneten Strukturelementen bei konstantem Abstand ihrer Mitten oder ihrer Vorderflanken sich erge bende Frequenz sei gleich der Trägerfrequenz. Wie bei einer Pulslängenmodulation wird das Signal von der entsprechenden Trägerschwingung durch die veränderliche Länge der Strukturelemente wiedergegeben und durch die Druckabtastung unmittelbar in eine Amplitudenmodulation der Druckkraft umgewandelt.
Das Abtastelement des erfindungsgemässen Abtasters kann aus verschleissfestem Material bestehen und in einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Abtasters kann das Abtastelement unmittelbar oder über ein etwa in gleichem Masse als formstarr anzusehendes Kopplungsstück mit dem mechanisch-elektrischen Wandler verbunden sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abtastfläche so ausgebildet, dass sie in Richtung der Spur über eine Strecke, die grösser ist als der grösste Abstand gleichartiger Strukturelemente, auf dem Träger aufliegt, und dass sie in einem in dieser Richtung und senkrecht zur Trägeroberfläche geführten ebenen Schnitt eine Begrenzungskurve bildet, die an der auflaufenden und der ablaufenden Flanke verschieden steil verläuft. Die auf die Abtastfläche einwirkende Druckkraft ist dann gleich dem Summenwert aus den Kräften der einzelnen Strukturelemente. Dieser Summenwert ändert sich im Sinne einer Zunahme, wenn ein Strukturelement an der auflaufenden Flanke unter die Abtastfläche gelangt, und im Sinne einer Abnahme, wenn ein Strukturelement an der ablaufenden Flanke aus dem Bereich der Abtastfläche heraustritt.
Infolge der geringeren Steilheit der erwähnten Begrenzungskurve an der auflaufenden Flanke verläuft diese Änderung für ein betrachtetes Element bei dieser Flanke wesentlich langsamer (in Annäherung schleichend ) als bei der ablaufenden Flanke mit der grösseren Steilheit des dortigen Teiles der Begrenzungskurve. Infolgedessen wird sich im Kurvenverlauf des Summenwertes die Wirkung der jeweils an der ablaufenden Flanke in Wegfall kommenden Kräfte solcher Strukturelemente in abwärts gerichteten Steilstücken des Kurvenverlaufes äussern, wogegen die entsprechende Zunahme des Summenwertes bei Eintritt eines Strukturelementes an der auflaufenden Flanke nur geringe Steilheit hat.
Mittels eines solchen Abtasters wird also annähernd ein Signalwert nach Amplitude und Phase registriert, der dem gespeicherten Signalwert am Ort der Kante an der ablaufenden Flanke entspricht, weil an dieser Flanke der Verlauf der Entlastung den Wechselanteil des Signales wiedergibt, wogegen aufgrund der grossen Verrundung an der auflaufenden Flanke dieser Wechsel anteil im wesentlichen nicht zur Wirkung kommt. Durch das Aufliegen der Abtastfläche auf zahlreichen Gipfeln einzelner Strukturelemente wird ausserdem die Abnutzung verringert.
Unter der erwähnten Voraussetzung, dass der Abtaster in Rillenrichtung über eine Strecke mit der Trägeroberfläche in Berührung ist, die grösser ist als der grösste Abstand gleichartiger Strukturelemente, ergibt sich aus den vorausgegangenen Darlegungen, dass die resultierende Wechselkraft umso grösser ist, je grösser die Unsymmetrie der Abtasterflanken ist. Die resultierende Kraft erreicht einen Höchstwert, wenn die Steilheit der ablaufenden Flanke unendlich gross wird. Die Flanke sollte also nach Möglichkeit einen Winkel von 900 mit der Trägeroberfläche bilden. Aussenwinkel, die grösser sind als 90 , führen zum gleichen Ergebnis.
Es wurde bereits erwähnt, dass die gegenwärtig gebräuchlichen Abtaster Geschwindigkeitsempfänger sind in dem Sinne, dass sie eine elektrische Ausgangsgrösse liefern, deren Momentanwert der Bewegungsschnelle, also dem Differentialquotienten des Bewegungsverlaufes der Abtastspitze proportional ist. Damit werden Schwingungen höherer Frequenz in einem mit der Frequenz proportionalen Masse stärker wiedergegeben, weil infolge der kürzeren Wellenlängen bei gleicher Amplitude höhere Kurvensteilheiten vorhanden sind.
Diese Tatsache ist allgemein bekannt und bildet den Grund dafür, dass für eine frequenzunabhängige Wiedergabe konstanter Signalamplituden eine Amplitudenvorverzerrung in solcher Weise vorgenommen werden muss, dass die Amplitude der räumlichen Aufzeichnung auf dem Träger der Frequenz umgekehrt proportional wird. Für niedrige Frequenzen ergeben sich dabei bekanntlich unerwünscht grosse Schriftamplituden.
Auch von diesem Nachteil ist das oben beschriebene Verfahren frei, weil bei diesem der Momentanwert der elektrischen Ausgangsgrösse in unmittelbarem, gleichsinnigem Zusammenhang mit bestimmten Grössen der Signalschrift, d. h. der Reliefstruktur, steht. Die Amplitude des Druckverlaufes wird durch die Höhe und die gedrückte Querschnittsfläche der Reliefstruktur bzw.
Strukturelemente beeinflusst. In beiden Fällen nimmt die Druckkraft gleichsinnig mit einer Zunahme der Höhe und einer Zunahme der Fläche zu. Wird die Aufzeichnung durch unmittelbare Wiedergabe der Signalkurve in der Reliefstruktur bewirkt, so ist die zur Wirkung gebrachte Querschnittsfläche ersichtlicherweise umso grösser, je grösser die Wellenlänge in der Reliefstruktur ist. Daher ergibt sich bei konstanter Höhe eine Zunahme der Druckkraft mit der Aufzeichnungswellenlänge, oder mit anderen Worten eine umgekehrte Proportionalität der Wiedergabeamplitude mit der Frequenz. Der bei bekannten Schallaufzeichnungssystemen beobachtete Abfall zu tieferen Frequenzen hin ist hier also nicht vorhanden. Daher kann beim oben beschriebenen Verfahren auf die sonst übliche Rillenverbreiterung bei der Aufzeichnung tiefer Frequenzen verzichtet werden.
Die Abhängigkeit der resultierenden Kraft von der Wellenlänge gestattet es sogar, die tiefen Frequenzen mit einer geringeren Amplitude oder geringeren Rillenbreite und damit geringerem Rillenabstand aufzuzeichnen.
Damit ergibt sich die Möglichkeit für ein Aufzeichnungsverfahren, bei welchem im Übertragungsbereich die Amplitude der Strukturelemente der Trägeroberfläche bei konstanter Signalamplitude ungefähr proportional der Frequenz gehalten wird. Daraus ergibt sich auch die Möglichkeit der Herstellung eines Trägers, bei welchem die Rillenbreite und der Rillenabstand proportional der aufgezeichneten Frequenz gehalten sind.
Die Schriftart, mit der die Reliefstruktur der Trägeroberfläche gebildet wird, kann Richtungen der auf den Abtaster wirkenden Druckkraft senkrecht oder parallel oder schräg zu der Oberfläche des unbeschrifteten Trägers enthalten und demgemäss verschiedene Gestaltungen der Strukturelemente benutzen. Als bewährte und in einfacher Weise für die Zwecke des Systemes anwendbare Schriftart wird eine Rillentiefeuschrift empfohlen.
Bei der Abtastung ergibt sich als unmittelbar von der Trägeroberfläche ausgehende Wirkung eine mit der Reliefstruktur der Oberfläche übereinstimmende zeitliche Änderung der auf den Abtaster wirkenden Druckkraft. Ist das Signal unmittelbar in der Reliefstruktur gespeichert, werden also das zu speichernde Signal und die aufgezeichnete Signalgrösse durch dieselbe mathe matische Funktion in Abhängigkeit von der Zeit bzw.
der Ortskoordinate längs der Rille beschrieben, und setzt man voraus, dass die Abtastfläche in Richtung der Relativgeschwindigkeit wesentlich kürzer ist als die kleinste wiederzugebende Wellenlänge, so ist diese Anderung der Druckkraft im Idealfall fehlender Verzerrungen eine getreue und unmittelbar gewonnene Wiedergabe des Signales.
Wird eine Trägerschwingung mit dem Signal amplitudenmoduliert und das Ergebnis als Signalgrösse aufgezeichnet, ergibt die Abtastung mit einer über viele Wellenlängen der Trägerschwingung reichenden, aber kürzer als die kürzeste Signalwelle bemessenen Abtastfläche ohne weiteres einen Verlauf der Druckkraft, der das Signal in Überlagerung mit der Trägerschwingung enthält, die ausgefiltert werden kann.
Wird die Trägerschwingung mit dem Signal frequenzmoduliert, so -ist die Druckkraft ebenfalls eine frequenzmodulierte Trägerschwingung. Die elektrische Ausgangsgrösse muss demnach zur Rückgewinnung des Signales einer an sich bekannten Frequenzmodulation unterzogen werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beispielsweise beschrieben. In dieser stellen dar: Fig. 1 ein Prinzipschema für eine Vorrichtung mit einem Abtaster nach einer Ausführung der Erfindung, Fig. 2 bis Fig. 4 Teile eines Aufzeichnungsträgers mit verschiedenartiger Ausbildung der Reliefstruktur der Trägeroberfläche.
In Fig. 1 sind die zusammenarbeitenden Teile des Abtasters 1 und des Trägers 2 in starker Vergrösserung dargestellt. Die Strukturelemente 3 haben die Gestalt einzelner voneinander durch Zwischenräume getrennter Erhebungen, wie sie bei der schon erwähnten mittelbaren Aufzeichnung über die Modulation einer Trägerschwingung angewendet werden können. Die auflaufende Flanke des Abtasters ist mit einem grossen Krümmungsradius gerundet, die ablaufende Flanke steht auf der Trägeroberfläche senkrecht und weist eine vergleichsweise scharfe Kante bzw. Abrundung mit einem wesentlich kleineren Krümmungsradius auf. Der Pfeil zeigt die Richtung der Bewegung des Trägers gegenüber dem Abtaster an.
Aus der schematischen Darstellung erkennt man, dass die Strukturelemente 3, welche unter die Oberfläche des Abtasters geraten, innerhalb des elastischen Bereiches der Formänderung zusammengedrückt werden. Auch die Teile der oberflächennahen Schicht des Trägers, die sich zwischen den herausragenden Strukturelementen befinden, erfahren eine gewisse Zusammendrückung. Durch die Federn 4 im linken Teil der Fig. 1 ist die Elastizität dieser Materialteile angedeutet; die Federn befinden sich dort in ihrem entspannten Zustand. Die Federn 5 unterhalb der tiefsten Stelle des Abtasters sind dagegen zusammengedrückt. Infolgedessen üben die entsprechenden Teile des Trägers an dieser Stelle auch eine vergrösserte Druckkraft auf den Abtaster aus.
Fig. 2 zeigt einen Teil eines Trägers 2, der auf seiner Oberfläche mit Rillen versehen ist, deren beide Flanken 6 und 7 die Reliefstruktur 3 in Gestalt von Wellenzügen aufweisen, welche wie bei einer an sich bekannten Tiefenschrift in der Rille aufgezeichnet sind. Durch die Doppelschraffur sind die den Rillenoberflächen anliegenden, an der Formänderung beim Abtasten beteiligten Schichten 8 kenntlich gemacht. Mit den Pfeilen 9 ist das Anliegen der Abtastfläche an den beiden Rillenflanken angedeutet.
Fig. 3 zeigt in einer derjenigen der Fig. 2 entsprechenden Darstellung einen Teil eines Trägers 2, in dessen Rillen nur die Flanke 10 eine Reliefstruktur 3 in Gestalt eines Wellenzuges aufweist, wogegen die Flanke
11 unverformt ist. Die an der Rillenflanke 10 anliegende, an der Formänderung beim Abtasten beteiligte
Schicht 18 ist durch die Doppelschraffur der Schnittfläche angedeutet. Der Pfeil 12 bezeichnet die Oberflä che, mit welcher der Abtaster zusammenarbeitet und von der er die modulierte Druckkraft empfängt. Die Ausführungsform nach Fig. 3 kann man als Flankenschrift bezeichnen.
Fig. 4 ist eine ähnliche Darstellung für den Fall, dass nicht die Höhe der Strukturelemente, sondern die Breite eines die Reliefstruktur tragenden Steges 14 ein Abbild der Signalgrösse ist. Nur die Flanke 15 trägt ein Relief, die Flanke 16 ist hingegen unverformt. Die Abtastung erfolgt auf der oberen Deckfläche des Steges 14, wie es durch die Pfeile 13 angedeutet ist. Wird in Richtung dieser Pfeile durch den Abtaster ein Druck auf den Steg ausgeübt, so treten in den mit Doppelschraffur hervorgehobenen, veränderlichen Materialbereichen 28 und 29
Formänderungen auf. An der breitesten Stelle des Steges ist im Bereich 28 eine grössere Druckkraft für die elastische Formänderung erforderlich als an der schmalsten Stelle im Bereich 29. Die auf den Abtaster zurückwirkende Druckkraft ist also entsprechend der Stegbreite moduliert.
Daher kann für diese Ausführungs form die Bezeichnung Breitenschrift benutzt werden.
PATENTANSPRUCH 1
Abtaster zur Wiedergabe von auf einem Aufzeichnungsträger als Oberflächenstruktur mechanisch verformbarer Oberflächenteile desselben gespeicherten Signalen, enthaltend einen mechanisch-elektrischen Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass seine Abtastfläche an einem im Bereich der auftretenden mechanischen Beanspruchungen mindestens angenähert als formstarr anzusehenden Abtastelement ausgebildet und in Richtung der von ihm aufzunehmenden Reaktionskraft mindestens angenähert lagenstarr ist, und dass das Abtastelement mit dem mechanisch-elektrischen Wandler verbunden ist.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung des Abtasters nach Patentanspruch I zur Wiedergabe von gespeicherten, bis in den Megahertz-Frequenzbereich reichenden oder ihm angehörigen Breitband-Signalen.
UNTERANSPRÜCHE
1. Abtaster nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen das Abtastelement und den mechanisch-elektrischen Wandler ein in mindestens angenähert gleichem Masse als formstarr anzusehendes Kopplungsstück eingeschaltet ist.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.