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Elektrodynamischer Tonabnehmer, insbesondere für Stereophonie Die
Erfindung betrifft elektrodynamische Tonabnehmer, insbesondere zur Abtastung stereophonischer
Aufzeichnungen, vorzugsweise elektrodynamische Tonabnehmer mit senkrecht aufeinander
stehenden Wicklungen, wobei das elektrodynamische System einen mechanisch-elektrischen
Wandler in Form eines unmagnetischen, kreuzförmigen Spulenkörpers und darauf angeordneter
gekreuzter Spulenwicklungen aufweist und der Wandler in einem permanenten Magnetfeld
arbeitet.
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Es sind Tonabnehmer bekannt, die mit einem permanenten Magnetfeld
arbeiten, in welchem eine oder mehrere Spulenwicklungen beweglich angeordnet sind;
dies entspricht dem klassischen dynamischen Arbeitsprinzip. Bei einer derartigen
bekannten Ausführungsform werden im Streufeld eines Permanentmagneten zwei dreieckförmige
Spulen bewegt, die fest mit einem Trägerröhrchen verbunden sind, an dessen einem
Ende die Abtastspitze befestigt ist und dessen anderes Ende an einer Feder aufgehängt
ist. Bei Bewegungen des Trägerröhrchens auf Grund von Auslenkungen der Abtastspitze
bewegen sich die im Streufeld des Magneten liegenden Spulen. Bei diesen Anordnungen
wird auf Grund des starken, zur Oberfläche der Schallplatte gerichteten Streufeldes
der Auflagedruck des Tonabnehmers unzulässig hoch. Auch ist der Wirkungsgrad einer
derartigen Anordnung dadurch, daß das homogene Feld des Magneten nicht ausgenutzt
wird, relativ gering.
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Bei einer anderen Ausführungsform eines dynamischen Tonabnehmers ist
ein kugel- oder würfelförmiger unmagnetischer Körper so in einem Gummiring angeordnet,
daß dieser von der Abtastspitze über den Nadelarm in jeder Richtung beweglich ist.
Dieser Körper trägt zwei aufeinander senkrecht stehende Wicklungen, die innerhalb
des Magnetfeldes bewegbar sind. Auch bei dieser Ausführungsform wird ein schlechter
Wirkungsgrad erzielt und eine ungenaue Lagerung des schwingenden Systems muß zu
erheblichen Fehlbewegungen führen, so daß unerwünschte lineare und nichtlineare
Verzerrungen auftreten.
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Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform eines Tonabnehmers wird
nach dem semidynamischen System gearbeitet. Hierbei bewegt sich der aus einem quadratischen
Eisenplättchen bestehende Anker, der die beiden aufeinander senkrecht stehenden
Wicklungen trägt, in einem Magnetfeld. Der Mittelpunkt des quadratischen Eisenplättchens
nimmt das Trägerrohr mit der Abtastspitze auf. Das gesamte schwingende System ist
hierbei im Mittelpunkt mit Hilfe einer Feder aufgehängt; dies erfordert eine Neigung
des gesamten Systems um etwa 15° zur Plattenoberfläche. Bei dieser Ausführungsform
befindet sich der größte Teil der Wicklungslänge im magnetischen Feld, jedoch werden
auch in diesem Fall die Bewegungen der Nadelspitze nur zu einem Bruchteil als Bewegungen
der Wicklung wirksam. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig schlechter Wirkungsgrad.
Die Aufhängung des Wandlers ist nämlich so gewählt, daß jeweils eine Windung pro
Kanal auf dem Wandler innerhalb eines gemeinsamen Magnetfeldes durch Parallelverschiebung
wirksam werden soll.
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Bei einem anderen bekannten elektrodynamischen Tonabnehmer erfolgt
die Aufhängung des Wandlers mit Hilfe einer Taumelfeder, wobei dieser Tonabnehmer
aber nur zwei Magnetspalte aufweist, die erforderlichenfalls senkrecht zueinander
angeordnet sind. Die Spulen sind im Falle dieser bekannten Anordnung so ausgelegt,
daß noch nicht einmal die Hälfte der Wicklungslänge wirksam wird. Die Rückleitung
der Spulen, die fest mit dem Trägerröhrchen verbunden sind, arbeiten im Streufeld
des Magneten und zwar in einer solchen Phasenlage, daß die Wirkung der Wicklung,
soweit sie sich in den Magnetspalten befindet, wesentlich herabgesetzt wird. Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung ist, daß die unsymmetrischen Spulen
so steif gemacht werden können, daß eine einwandfreie Arbeitsweise gewährleistet
ist.
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Ziel der Erfindung ist es, die wesentlichen Nachteile der bekannten
Tonabnehmersysteme auszuschalten. Die wesentlichen technischen Forderungen, die
an Stereo-Tonabnehmer gestellt werden und die im Falle vorliegender Erfindung erfüllt
werden, sind:
1. Hohe übersprechdämpfung, d. h. möglichst geringe
gegenseitige Beeinflussung der beiden Informationskanäle. Dies ist in der Hauptsache
ein geometrisch-konstruktives Problem.
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2. Hohe Nachgiebigkeit der Nadelspitze, damit sie den Rillen der Schallplatte
exakt folgen kann und damit die Auflagedrücke klein gehalten werden können.
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3. Exakte Aufhängung des schwingenden Systems in einem genau definierten
Drehpunkt, damit Verzerrungen aller Art vermieden werden.
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4. Eine ermüdungs- und dämpfungsfreie Rückstellkraft des schwingenden
Systems, um hohe Lebensdauer bei unveränderten Eigenschaften zu erreichen.
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5. Eine Dämpfung, die das schwingende System aperiodisch macht, andererseits
aber die statische Rückstellkraft nicht unzulässig erhöht.
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6. Gleichmäßige Auslenkhärte des schwingenden Systems in allen Richtungen,
um Verzerrungen zu vermeiden.
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7. Sehr kleine dynamische Masse des schwingenden Systems, damit dieses
auch bei hohen Beschleunigungen der Abtastspitze exakt der Aufzeichnung in der Schallrille
folgen kann.
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B. Hoher Wirkungsgrad, d. h. Abgabe einer möglichst großen Spannung
aus der Bewegung der Wicklungen bei kleinem Innenwiderstand der Wicklungen.
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Um diesen Forderungen zu genügen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
den Permanentmagneten in vier Sektoren mit abwechselnder magnetischer Polarität
aufzuteilen, wodurch vier senkrecht aufeinanderstehende homogene Magnetfelder gebildet
werden, zwischen denen der kreuzförmige Spulenkörper mit den in den Wicklungskammern
untergebrachten Spulen liegt. Durch eine derartige Anordnung wird eine hohe übersprechdämpfung
erzielt.
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Vorteilhafterweise wird die verlängerte Achse des Spulenkörpers in
an sich bekannter Weise als Trägerröhrchen für die Abtastnadel ausgebildet, an dessen
freiem, vorderem Ende eine Abtastspitze angebracht ist. Das gesamte schwingende
System ist federnd aufgehängt. Hierzu ist das Trägerröhrchen vorzugsweise an einem
Punkt mit einer runden, durchbohrten, federnden Blechscheibe verbunden, deren Außenrand
an der Stirnscheibe der vier Magnetpole befestigt ist. Zweckmäßigerweise sind zwischen
Blechscheibe und Stirnseite der Magnetpole Distanzringe eingesetzt. Diese federnde
Aufhängung bildet die Rückstellkraft, wodurch bei geeigneter Wahl des Materials
und der Dimensionen die Forderungen nach den Punkten 2,
3, 4 und 6 erfüllt
werden können.
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Der Punkt, an dem die Verbindung des Trägerröhrchens mit den federnden
Scheiben hergestellt ist, ist der Umlenkpunkt aller Bewegungen, die die Abtastspitze
ausführt. Auf Grund der Hebellängen rechts und links von diesem Punkt führt das
kreuzförmige Spulensystem die Bewegungen der Abtastspitze exakt und fast in derselben
Größe aus wie die Abtastspitze selbst. Durch diese großen Bewegungen des Spulensystems
läßt sich ein guter Wirkungsgrad erzielen. Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung des
Wirkungsgrades besteht darin, daß die langgestreckten Wicklungskammern voll im homogenen
magnetischen Feld arbeiten. Es werden etwa 75% der gesamten Wicklungslänge für die
Funktion des Tonabnehmers wirksam. Der Forderung nach möglichst kleiner dynamischer
Masse kann durch Verwendung sehr leichter Bauteile entsprochen werden. Das Trägerröhrchen
besteht z. B. aus Dur-Aluminium oder Titan, der Spulenkörper wird aus Kunststoff
mit sehr kleinem spezifischen Gewicht und die Wicklung aus Rein-Aluminium-Draht
gefertigt.
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Die Anbringung einer Dämpfung kann an verschiedenen Stellen des schwingenden
Systems vorgesehen werden; die Dämpfung kann aus pastenartigen oder zähflüssigen
Mitteln oder aus Gummiteilen oder gummiähnlichen Stoffen und bestimmten Kunststoffen
bestehen. Beispielsweise kann das hintere Ende des Nadelträgerröhrchens, das aus
dem kreuzförmigen Spulenkörper herausragt, in einer Einbettung aus Silikon-Paste
arbeiten.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß auch der dynamische Tonabnehmer
gemäß der Erfindung mit einer Neigung von etwa 15° gegenüber der Plattenoberfläche
arbeiten muß. Dies ist durch die Aufhängung des schwingenden Systems im Mittelpunkt
bedingt. Auf diesen Anstellwinkel wird von den Schallplattenherstellern beim Schneiden
der Matrizen bereits Rücksicht genommen.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an
Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt A b b. 1 ein Magnetsystem aus
vier Systemen, A b b. 2 gekreuzte Spulenwicklungen, A b b. 3 den Spulenkörper mit
Trägerröhrchen und Abtastspitze in Schrägansicht, A b b. 4 eine Kombination aus
den Anordnungen nach A b b. 1 und 2, A b b. 5 eine Schrägansicht der vier Segmente
nach Abb.l. A b b. 6 eine Seitenansicht der federnden Aufhängung des gesamten Systems
und A b b. 7 die Anordnung nach A b b. 6 von der Seite (in der Zeichnung von rechts)
gesehen.
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An den A b b. 1 und 5 ist das aus vier Segmenten bestehende Magnetfeld
dargestellt, dessen Kraftlinien aufeinander senkrecht stehen, wie die Pfeile in
A b b. 1 andeuten. Die beiden Segmente N sind der gemeinsame Nordpol und die beiden
Segmente S der gemeinsame Südpol eines Permanentmagneten 18.
A b b. 2 zeigt
die gekreuzten Spulenwicklungen 19, die sich auf einem starren, unmagnetischen,
kreuzförmigen Spulenkörper 20 befinden. A b b. 3 zeigt diesen Spulenkörper
ohne Wicklungen in den Kammern. In der Längsachse dieses Spulenkörpers 20 ist ein
Trägerröhrchen 21 vorgesehen, das am einen Ende die Abtastspitze 22 trägt.
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In A b b. 4 ist das Zusammenwirken des Magnetfeldes N-S mit den gekreuzten
Spulen 19 dargestellt. Wird eine Bewegung des Spulensystems in Richtung
A -A angenommen, wird in der Wicklung a-a eine Spannung induziert, weil in
diesem Fall die Windungen der Spule a-a die Kraftlinien senkrecht schneiden, während
sich dabei die Wicklung b-b in der Richtung der Kraftlinien bewegt, so daß keine
Induktion zustande kommt.
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Insbesondere aus A b b. 3 läßt sich erkennen, daß nur die Wickelköpfe
an den Punkten 23 an der Induktionswirkung unbeteiligt sind, während die langgestreckten
Wicklungskammern 24 voll im homogenen magnetischen Feld arbeiten.
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A b b. 5 zeigt in perspektivischer Ansicht das langgestreckte Magnetfeld.
Werden die Teile nach Ab b. 3
und 5 zusammengebaut, so entsteht
eine Anordnung, wie sie der A b b. 4 (allerdings nicht perspektivisch, sondern in
einer Ansicht von vorn) zu entnehmen ist.
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In den A b b. 6 und 7 ist das gesamte schwingende System 19, 20, 21
und 22 federnd aufgehängt. Das Trägerröhrchen 21 ist am Punkt 25 fest mit einer
runden, durchbohrten, federnden Blechscheibe 26 verbunden, deren Außenrand durch
Einfügen eines Abstandsringes 27 mit der Stirnseite der vier Magnetpole verbunden
ist. Der Punkt 25 verbindet das Trägerröhrchen 21 mit der federnden Scheibe und
ist der Umlenkpunkt für alle Bewegungen, die die Abtastspitze 22 ausführt.
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In A b b. 6 ebenso wie in A b b. 3 ist ein Ansatz 28 des Trägerröhrchens
am hinteren Ende der Anordnung gezeigt, die aus dem Spulenkörper herausragt und
in einer Einbettung aus Silikon-Paste angeordnet ist.