DE1422063C - Tonabnehmes mit piezoelektrischen Wandlerelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tonabnehmer mit zwei länglichen piezoelektrischen Wandlerelementen rechteckigen Querschnitts, die jeweils an ihrem einen Ende befestigt sind, mit einem ein Mittelstück und zwei von diesem aus divergierende, unter Änderung ihres Divergenzwinkels biegsame Schenkel aufweisenden ersten Kopplungsjoch, das mit den Schenkeln an den freien Enden der Wandlerelemente befestigt ist, mit einer Abtastnadel für stereophone Schallplatten, die mit dem Mittelstück des Kopplungsjoches gekuppelt ist, und mit einem zweiten, ebenfalls ein Mittelstück und zwei divergierende Schenkel aufweisenden Kopplungsjoch, mit dessen Mittelstück ein Abtaststift für inonaurale Schallplatten gekuppelt ist und dessen Schenkel ebenfalls mit den freien Enden der Wandlerelemente verbunden sind.

Es sind stereophonische Schallplatten bekannt, bei denen in einer Rille zwei Aufzeichnungen untergebracht sind, die mit einer einzigen Nadel abgetastet werden. Die beiden Aufzeichnungen liegen rechtwinklig zueinander und jeweils in einem bestimmten Winkel, beispielsweise 45', zur Plattenebene. Beim Schneiden dieser Platten ergeben gleichphasige Signale mit gleichen Aufzeichnungsamplituden eine Seitenschrift und gegenphasige Signale eine Tiefenschrift. Statt dessen können auch die beiden Signalarten elektrisch kombiniert und ihre Summe als Seitenschrift und ihre Differenz als Tiefenschrift aufgezeichnet werden. In beiden Fällen enthält die Seitenschrift den größten Teil der aufgezeichneten Signalinformation, so daß man die stereophonische Schallplatte auch mit einem gewöhnlichen Tonabnehmer abspielen kann, der nur für eine einzige Seitenschriftspur bestimmt ist.

Aus der deutschen Patentschrift 971346 ist bereits ein Tonabnehmer für stereophonische Schallplatten bekannt, der zwei längliche piezoelektrische Wandler rechteckigen Querschnitts aufweist. Die Wandler sind in zueinander senkrechten Ebenen angeordnet und jeweils an ihrem einen Ende eingespannt. Der bekannte Tonabnehmer besitzt ein Kopplungsjoch, das ein Mittelstiick und zwei von diesem aus divergierende, unter Änderung ihres Divergenzwinkels biegsame Schenkel aufweist und mit den Schenkeln an den freien Enden der Wandler befestigt ist. Mit dem Mittelstück des Kopplungsjoches ist eine Abtastnadel für stereophonische Schallplatten gekoppelt.

Ein bei Schallplatten ganz allgemein auftretendes Problem besteht darin, daß sich den niederfrequenten Abspielsignalen ein niederfrequentes Störsignal überlagert. Dieses sogenannte Rumpeln wird durch vertikale Vibrationen in den Plattentellerlagern, dem Plattentellermotor, der Antriebsanordnung u. dgl. erzeugt. In einer gewöhnlichen, lediglich in Seitenschrift geschnittenen Schallplatte mit nur einer Tonspur läßt sich das Rumpeln durch eine geeignete Konstruktion der mechanischen Bestandteile des Tonabnehmers ausschalten, wenn man diese Bestandteile gegen vertikale Vibrationen unempfindlich macht. Bei Tonabnehmern für stereophonische Schallplatten dagegen muß tier Tonabnehmer sowohl auf Tiefenschrift wie auf Seitenschrift ansprechen und ist daher für das niederfrequente Rumpeln stärker empfindlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen sowohl zum Abspielen von Stereophonischen als auch von monauralen Schallplatten geeigneten Tonabnehmer anzugeben, der den Einfluß des Rumpeins und anderer störender Vertikalschwingungen auf die Wiedergabe einer monophonen Aufzeichnung vermeidet, ohne daß die Qualität einer Stereowiedergabe beeinträchtigt wird. Eine Änderung der Tonabnehmeranordnung beim Wechsel zwischen diesen beiden Plattenarten soll möglichst einfach durchführbar sein. Es wurde bereits vorgeschlagen, bei einem Tonabnehmer mit einem Joch der angegebenen Art zur

ίο Abtastung von stereophonisch aufgenommenen Aufzeichnungen ein in der Ebene dieses Joches angeordnetes zweites Joch mit einer Nadel zur Abtastung monauraler Schallplatten vorzusehen. Bei dem vorgeschlagenen Tonabnehmer wird verlangt, daß das zweite Joch dem ersten Joch entspricht. Die unerwünschten Vertikalschwingungen werden dadurch unwirksam gemacht, daß die entsprechenden Spannungen einander kompensieren.

Im Gegensatz hierzu ist erfindungsgemäß ein Tonabnehmer der eingangs angegebenen Art durch eine die beiden Schenkel des zweiten Kopplungsjoches anschließend an das Mittelstück miteinander verbindende" Versteifungsanordnung gekennzeichnet, die eine Veränderung des Divergenzvvinkels dieser Schenkel beim Abspielen einer monauralen Schallplatte weitgehend verhindert.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beim Abspielen der monauralen Seitenschrift-Schallplatte mit der Nadel des zweiten Joches im Gegensatz zum ersten Joch eine Übertragung senkrechter Schwingungskomponenten auf die Wandlerelemente und somit das Entstehen entsprechender Spannungen verhindert wird.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Tonabnehmers für stereophonische Schallplatten von unten gesehen;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs der Ebene 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 stellt einen Schnitt längs der Ebene 3-3 in F i g. 2 dar, und

Fig. 4 bis 4c zeigen die Bewegungen der beiden Wandlerelemente bei seitlicher, vertikaler und 45°- Modulation.

In Fig. 1 bis 3 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein im ganzen mit 10 bezeichneter Tonabnehmer dargestellt, der in an sich bekannter Weise nahe am freien Ende eines drehbaren Tonarms, der nichi mit dargestellt ist, angebracht ist. Der Tonabnehmer besitzt eine obere und eine untere aus gepreßtem Kunststoff bestehende Gehäusehälfte 12 und 14, die durch Nieten 16, 18 und 20 zusammengehalten werden.

Zwei längliche piezoelektrische Wandlerelemente 22 und 24 von rechteckigem Querschnitt sind im Inneren dieses Gehäuses angebracht. Diese Wandlerelemente, können Rochelle-Salzkristalle oder keramische Wandlerelemente aus Barium-Strontium-Titanat od. dgl. sein. Die größeren Querschnittsabmessungen der Wandlerelemente liegen in vertikalen Ebenen, wenn der Tonabnehmer sich in seiner Arbeitslage befindet. Das eine Ende jedes Wandlerelementes ist in einem nachgiebigen Dämpfungsblock oder Halter 26 gelagert. Der Malter 26 kann beispielsweise mit zwei geeignet geformten öffnungen zum Einsetzen der Wandlerelemente versehen werden. Die Abmessungen des Halters 26 sind so ge-

wählt, daß bei Zusammenpressen der Hälften 12 und 14 durch die Nieten 16, 18 und 20 ein genügender Druck auf den Halter 26 ausgeübt wird, um die Wandlerelemente festzuhalten. Vibrationen, die auf die freien Enden der Wandlerelemente einwirken, haben entsprechende elektrische Signale zur Folge.

Da der Halter 26 verhältnismäßig klein ist, ändern sich seine physikalischen Eigenschaften über sein ganzes Volumen nicht erheblich, und die mechanischen Effekte hinsichtlich Druck, Dämpfung usw. sind für beide Wandlerelemente praktisch dieselben. Um eine zusätzliche Dämpfung zu erreichen, können zusätzliche Dämpfungsstoffe aus Viscoloid oder einem anderen geeigneten zähen Dämpfungsmaterial im Gehäuse angebracht werden. Wie an sich bekannt, kann bei "geeigneter Kombination der Härte des Halters 26 und der Viskosität des verwendeten Dämpfungsmaterials sowohl die HochfrequenzresoiTanz wie die" niederfrequente Nachgiebigkeit und die Dämpfung beeinflußt werden, so daß der Frequenzgang und die Resonanzerscheinungen des Tonabnehmers und des Tonarms beeinflußt werden können.

Die Wandlerelemente 22 und 24 sind so angeordnet und polarisiert, daß sie eine Ausgangsspannung bei einer durch ein Joch 30 übertragenen Biegungsbeanspruchung liefern. Das Joch 30 ragt aus dem Gehäuse durch eine Öffnung in der Gehäusehälfte 14 heraus. Das Joch 30 besteht aus einem einzigen Stück von beispielsweise Klaviersaitendraht und besitzt zwei divergierende Schenkel und einen einspringenden Mittelteil. Die Schenkel des Joches 30 sind so bemessen, daß sie in ihrer Längsrichtung steif sind, jedoch in der senkrecht dazu liegenden Richtung biegsam.

Die Enden der Schenkel des Joches 30 sind umgebogen und sind an die freien Enden der Wandlerelemente 22 und 24 angeklebt oder anderweitig an ihnen befestigt. Schwingungen in der Längsrichtung des einen der Schenkel werden somit durch dieser. Schenkel gut zu dem betreffenden Wandlerelement übertragen. Gleichzeitig wird der andere Schenkel ausweichen und somit auf das andere Wandlerelement praktisch keinen Anteil der Schwingungsenergie übertragen.

Die Wandlerelemente 22 und 24 sind durch flexible Leitungen 31 bis 34, die zwischen den Elektroden der Wandlerelemente und Klemmen 35 bis 37 liegen, angeschlossen. Eine dieser Klemmen, beispielsweise die Klemme 36, kann als gemeinsame Klemme für beide Wandlerelemente benutzt werden. Gewünschtenfalls können auch vier solche Klemmen, d. h. zwei für jedes Wandlerelement, verwendet werden. Die an die Klemmen 35 bis 37 angeschlossenen Leitungen kön-' nen in an sich bekannter Weise längs des Tonarmes zum Verstärker führen. Man kann also Signale entsprechend der einen Tonspur von den Klemmen 35 und 36 und Signale entsprechend der anderen Tonspur von den Klemmen 36 und 37 abnehmen.

Der Tonabnehmerstift sitzt an einem Träger 38, der an einem Ende abgeflacht ist und dort mit dem Stift 40 verbunden ist. Der Stift 40 kann beispielsweise an seiner Spitze einen Radius von 0.018 mm (0,0007 Zoll) haben für Schallplatten mit 45 und 33'/:i Umdrehungen je Minute. Das andere Ende des Trägers 38 ist ebenfalls abgeflacht und an einem Ansatz 42 der Gehäusehälfte 14 mittels zweier Schrauben 44 befestigt. Der Stiftträger 38 liegt unter Federkraft an dem einspringenden Teil des Joches 30 an.

so daß die auf den Stift 40 übertragenen Vibrationen über das Joch auf die Wandlerelemente gelangen. Gewünschtenfalls kann der Stiftträger 38 auch an dem Joch 30 angelötet oder anderweitig befestigt sein.

Wenn der Tonabnehmer zur Wiedergabe von Schallplatten mit 78'Umdrehungen je Minute beiuit/t werden soll, wird ein zusätzlicher Tonahuchmcrstift. dessen Krümmungsradius an der Spit/c 0.076 mm

ίο (0,003Zoll)beträgt,benötigt. Wie in Fig. I bis 3 dargestellt, kann man einen derartigen Still und die zugehörige Antriebsanordnung durch Anbau eines zusätz- ' liehen Joches 46, 47 und Stiftträgers 48 anfügen. Wie insbesondere in F i g. 3 dargestellt, ist das Joch 46, 47 ähnlich dem Joch 30 ausgebildet, mit der Ausnahme, daß es durch einen Verstärkungsteil 49 versteift ist. Dieser Verstärkungsteil hat die Aufgabe, die Übertragung von vertikalen Vibrationen auf die Wandlerelemente zu verhindern. D^s Joch 49 ist mit zwei nachgiebigen Entkopplungsteilen 56 und 58 in unmittelbarer Nähe der Wandlerelemente 22 und 24 versehen. Diese Teile entkoppeln das Joch 46,47 vom ersten Jocfi 30, d. h. sie erla'uben eine vom zweiten Joch unabhängige Biegebewegung der Wandler, wenn das erste Joch die Schwingungen beim Abspielen einer stereophonen^ Platte überträgt. Die Entkopplungsteile bestehen gemäß F i g. 3 aus Durchbiegungen des Joches 46, 47. Man kann die Entkopplungsteile aber auch in anderer Weise ausführen.

Der Stiftträger 48 ist ebenfalls an einem Ende abgeflacht und trägt einen Stift 50 mit 0,076 mm (0,003 Zoll) Krümmungsradius an der Spitze. Das andere Ende des Trägers 48 ist ebenfalls abgeflacht und an einem Halter 52 befestigt, der an der Gehäusehälfte 12 mit zwei Schrauben 54 befestigt ist.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Tonabnehmer ist in erster Linie für die Wiedergabe von stereophonischen Schallplatten mit Tiefenschrift und Seitenschrift, d. h. von sogenannten 45'-Schrift-Schallplatten bestimmt. In einer derartigen 45 -Schrift-Schallplatte wird die eine der Tonspuren, nämlich die Tonspur A-A, in der in Fig. 4c angedeuteten Richtung beschrieben und die andere Tonspur, nämlich die Tonspur B-B, ebenfalls in der in F i g. 4 c angedeuteten Richtung. Es wird ako in einer Schallplatte mit unter 45 zur Schallplattenebene verlaufenden Rillenflanken die eine,Tonspur in die eine Flanke der Schallplattenrille eingeschnitten und die andere Tonspur in die andere Flanke dieser Schallplattenrille.

Die Stellung des Tonabnehmers mit den Wandlerelementen 22 und 24 beim Fehlen heider Tonspuren ist (in Fig. 4a bis 4c) mit ausgezogenen Linien eingetragen. Der Stift 40 bewegt sich, wenn nur die Tonspur/l-/! vorhanden ist, in der Längsrichtung des Jochschenkels 30i<, der mit dem freien Ende des Wandlerelementes 22 verbunden ist. Da dieser Jochschenkel 30« in seiner Längsrichtung steif ist, werden diese Vibrationen über den Stiftträger 38 und den Jochschenkel 30« auf das freie Ende des Wandlerelementes 22 übertragen, so daß dieses Wandlerelement sich in derjenigen Weise ausbiegt, wie durch die strichpunktiert gezeichneten Joche und den strichpunktiert gezeichneten Querschnitt des Wandlerelementes in Fig. 4c angedeutet ist. Diese Verlagerung des Stiftes 40 findet in einer im ganzen senkrecht zu der Längsrichtung des Jochschenkels 30 b liegenden E-Ibene statt. Da der Jochschenkel 30 b in dieser Ausweichrichtung biegsam ist, wird keine Bewegungs-

energie auf den Stiftträger 38 und somit auch keine Bewegungsenergie auf das Wandlerelement 24 übertragen.

Entsprechendes gilt für die Abtastung einer in der Richtung Ii-Ii liegenden Tonspur, bei welcher also Bewegungsenergie auf das Wandlerclcment 24, jedoch so gut wie keine Bewegungsenergie auf das Wandlerelement 22 übertragen wird.

Wenn beide Tonspuren mit endlicher Amplitude vorhanden sind, findet eine kompliziertere Bewegung des Sliftes 40 statt, deren beide Komponenten die beiden Wandlerelemente 22 und 24 beeinflussen. Wenn beispielsweise die Tonrillenschwingungen vertikal orientiert sind, so bewegt sich der Stift 40 in einer vertikalen Ebene auf und ab. Dies ergibt gleiche in der Richtung der Jochschenke! 30a und 306 liegende Bcwegimgskomponenten, so daß die freien Enden beider Wandlerelemente 22 und 24 gleich stark ausgebogen werden und entsprechende außerphasigc Signale von gleicher Amplitude von den Klemmen 35 und 37 gegenüber der Klemme 36 ab-. genommen werden können. Wie in Fig. 4 b angede'utet. wird durch eine derartige vertikale Bewegung des Stiftes 40 nach aufwärts der Abstand der freien Enden der Wandlerelemente 22 und 24 vergrößert, wie durch die strichpunktiert gezeichnete Lage der voneinander entfernten Wandlerelemente angedeutet ist. Bei der vertikalen Abwärtsbewegung des Stiftes 40 verkleinert sich der Abstand der Enden der Wandlerelemente.

Wenn die Tonspur in Seitenschrift geschrieben ist. so wird, wie in Fig. 4a angedeutet, der Stift 40 in seitlicher Richtung abgelenkt. Dabei entstehen gleiche Bewegungskomponenten oder Kraftkomponenten in der Richtung der Jochschcnkel 30« und 30 6, so daß beide Wandlerelemente 22 und 24 in derselben Richtung ausgelenkt werden. Es entstehen also gleichgroße Signalamplituden von gleicher Phase, die n.ü den Klemmen 35 und 37 gegenüber der Klemme 36 abgenommen werden können. Bei dieser Seitenschrift bleibt der Winkel zwischen den Jochschenkeln 30« und 30 Λ erhalten.

Neben der im vorstehenden beschriebenen Biegungsbeanspruchung der Wandlerelemente kann man natürlich auch andere Arten von Wandlerelementen verwenden, beispielsweise solche, bei denen eine Torsionsbeanspriichung auftritt. Im letztgenannten Fall sind die Entkopplungsteile 56 und 58 überflüssig.

Da die größeren Querschnittsabmessungen der Wandlerelemente in vertikalen Ebenen liegen, wenn der Tonabnehmer sich in der Arbeitslage befindet, tritt ein gewisser Schlupf zwischen den Wandlerelementen und dem Block 26 auf. Hierdurch wird ein gewisser Bruchteil der vertikalen Bewegungsenergie des Stiftes 40 vernichtet, und die Wandlerelemente werden daher weniger stark angeregt. Das Endergebnis dieses Schlupfes ist eine verringerte Empfindlichkeit des Tonabnehmers gegenüber vertikalen Schwingungen mit Einschluß desjenigen niederfrequenten (iriiiulrauschens. das eingangs erwähnt wurde oder anderer, äußerer vertikaler Störschwingungen.

Die Wandlerelemente biegen sich am leichtesten durch, wenn die Biegekräfte senkrecht zu ihren Hauptebenen verlaufen, d.h. in der Richtung der kleinsten Querschnittsabmessung liegen. Da die 1 lauptfläclicn. d. h. die größeren Querschnittsabmessiingen. in vertikalen Ebenen liegen, biegen sich die W aiullerelemente also am leichtesten in horizontaler Richtung durch. Der Tonabnehmer hat also für Seitenschrift die größte Empfindlichkeit. Hierdurch wird die Ausgangsspannung des Tonabnehmers für seitliche Modulation ein Optimum, und diese Eigenschaft des Tonabnehmers ist der Tatsache angepaßt, daß die seitliche Modulation den Hauptteil der Signalinformation einer Stereophonischen Schallplatte darstellt und die gesamte Signalinformation einer gewöhnlichen nicht stereophonischen Schallplatte. Mit

ίο der beschriebenen Tonabnehmerkonstruktion wird der größere Teil der Signalinformation mit optimalem Wirkungsgrad übertragen, während diejenigen Komponenten, welche Störeinflüssen unterliegen, ausreichend abgeschwächt werden.

Zur Wiedergabe von gewöhnlichen nicht stereophonischen Schallplatten, beispielsweise mit 78 Umdrehungen je Minute, wird das Joch 46, 47 so ausgebildet, daß der Winkel zwischen seinen Jochschenkeln sich nicht verändern kann. Es sei darauf hingewiesen, daß der Winkel zwischen den Schenkeln des Joches 46. 47 für die verschiedenen in Fig. 4 a, 4 b und 4 c dargestellten Lagen der Wandlerelemente derselbejileibt. Wie in Fig. 4b dargestellt, hängt die elektrische Ausgangsspannung für vertikale Modulation von der Zunahme und Abnahme des Winkels zwischen den divergierenden Jochschenkeln 30 und 30a ab. Somit ist, da das Joch 46, 47 durch den Einsatz 49 versteift ist und der Winkel zwischen seinen Jochschenkeln sich daher nicht ändern kann.

die vertikale Modulationskomponente fast vollständig unterdrückt, da durch eine solche vertikale Bewegung die Wandlerelemente nicht angeregt werden. ν

Der beschriebene Tonabnehmer wird normalerweise drehbar am Ende des Tonarmes angebracht, so daß der eine oder andere Tonabnehmerstift auf eine abzuspielende Schallplatte aufgesetzt werden kann. Das Joch 46 ist vom Joch 30 durch die Teile 56 und 58 entkoppelt. Bei Fehlen dieser Entkopplungsteile würde das Joch 46. 47 die Wandlerelemente an einer voneinander unabhängigen Bewegung hindern, während das Joch 30 die verschiedenen beschriebenen Bewegungstypen durchläuft.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Tonabnehmer mit zwei länglichen piezoelektrischen Wandlerelementen rechteckigen Querschnitts, die jeweils an ihrem einen Ende befestigt sind, mit einem ein Mittelstück und zwei von diesem aus divergierende, unter Änderung ihres Divergenzwinkels biegsame Schenkel aufweisenden ersten Kopplungsjoch, das mit den Schenkeln an den freien Enden der Wandlerelemente befestigt ist. mit einer Abtastnadel für stereophone Schallplatten, die mit dem Mittelstück des Kopplungsjoches gekuppelt ist. und mit einem zweiten, ebenfalls ein Mittelstück und zwei divergierende Schenkel aufweisenden Kopplungsjoch. mit dessen Mittelstück ein Abtaststift für monaurale Schallplatten gekuppelt ist und dessen Schenkel ebenfalls mit den freien Enden der Wandlerelemente verbunden sind, g e k e η nzcichnel d u r c h eine die Schenkel des zweiten Kopplungsjoches (46. 47) anschließend an das Mittelstück miteinander verbindende Versteifungsanordnung (49).

2. Tonabnehmer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsanordnung aus einem Steg (49) besteht, der die beiden

Schenkel des zweiten Kopplungsjoches anschließend an das Mittelstück verbindet.

3. Tonabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (46, 47) •des zweiten Kopplungsjoches mit Entkopplungsstellen (56, 58) versehen sind, die eine durch das zweite Kopplungsjoch praktisch ungestörte Bewegung der Wandlerelemente (22, 24) erlauben, wenn das erste Kopplungsjoch (30, 31) in Betrieb ist.

4. Tonabnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Schenkeln des zweiten Kopplungsjoches vorgesehenen Entkopplungsstellen aus verhältnismäßig leicht biegsamen

Stücken (56, 58) zwischen dem Versteifungssteg (59) und den an den Wandlerelementen (22, 24) befestigten Schenkelenden bestehen.

5. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kopplungsjoch (46, 47) in derselben Ebene liegt wie das erste Kopplungsjoch (30, 31) und daß die Mittelstücke der beiden Kopplungsjoche auf entgegengesetzten Seiten der Wandlerelemente (22, 24) liegen.

6. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandlerelemente (22, 24) in zueinander parallelen, in der Abtaststellung des Tonabnehmers senkrechten Ebenen angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen