DE1797535A1

DE1797535A1 - Tonabnehmer mit zwei laenglichen piezoelektrischen Wandlerelementen

Info

Publication number: DE1797535A1
Application number: DE19591797535
Authority: DE
Inventors: Laux David Eugene
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1958-10-31
Filing date: 1959-10-31
Publication date: 1971-11-25
Also published as: GB927560A; NL244906A; DE1797535C3; DE1797535B2; DK114159B; CH375155A; SE305755B; DE1422063B2; DK119803B; DE1422063A1; NL132049C; US3102171A; FR1239206A

Description

3593-59A/H 2?. Juli 1970

RCA >xG 267 Di ν. Λ ppi .

Tonabnehmer mit zwei länglichen piezoelektrischen Wandlerelementen

Die Erfindung beti^ifft einen Tonabnehmer mit zwei 'anglichen piezoelektrischen Wandlerelementen rechteckigen Querschnitts, die jeweils an ihrem eiien Ende in einer nachgiebigen Halterung gelagert und mit ihren dauptfLachen in zueinander parallelen, in der Abtaststollung des Tonabnehmers vertikalen Ebenen angeordnet sind, und mit einer die freien Enden der Wandlerelemente miteinander verbindenden Jochanordnung zur Übertragung der Abtastschwingungen.

lis sind stcreophonische Schallplatten bekannt, bei denen in einer lulle zwei Aufzeichnungen untergebracht f-lnd, clic mit einer einzigen Nadel abgetastet werden· Dir beiden Aufzeichnungen liegen rechtwinklig zu^inan-'Or und j eveils in einem bestimmten Winkel, beispielsweise h'j , zur Plattenebene. Beim Schneiden dieser Platten ergeben gleichphasige Signale mit gleichen Aufzeichnuiig.samnlitudcn eine Seitenschrift und gegenphaoige Signale eine Tiefenschrift. Statt dessen können auch fiie beiden Signalarton elektrisch kombiniert und ihre Summe al.s Seitenschrift und ihre Differenz a · .«* fiofenrschrift aufgezeichnet worden· In beiden Füllen enthält die So i f «Miiichrif t den größten Teil der aufgezeichneten

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Signalinformation, so daß man die stereophonische Schallplatte auch mit einem gewöhnlichen Tonabnehmer abspielen kann, der nur für eine einzige Seitenschriftspur bestimmt ist.

In der Zeitschrift "Radio Mentor" Nr. 6/1958, Seite 368 ist bereits ein Tonabnehmer-Kristallsystem mit zwei getrennten, in der Arbeitslage parallel in vertikalen Ebenen angeordneten Piezokristallen beschrieben, die an den freien Enden durch ein V-förmiges Übertragungstück verbunden rind. Am anderen Ende sind sie in einem Befestigungsblock eingespannt, und zwar in der bisher üblichen Weise so fest und starr, daß keine Relativbewegung zwischen den Wandlerelementen und der Befestigungsstelle möglich ist. Man hielt dies bisher für erforderlich, damit Bewegungsverluste beim Ausbiegen der Wandlerelemente durch den Abtaststift vermieden werden.

Ein bei Schallplatten ganz allgemein auftretendes Problem besteht darin, daß sich den nxederfrequenzten Abspielsignalen ein niederfrequentes Störsignal überlagert. Dieses sogenannte Rumpeln wird durch vertikale Vibrationen in den Platt entellerlagern, dem Plattentellermotor, der Antriebsanordnung und dergleichen er-' zeugt. 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 g.gen vertikale Vibrationen unempfindlich macht. Bei Tonabnehmern für stereophonische Schallplatten dagegen muß der Tonabnehmer sowohl auf Tiefenschrift wie auf Seitenschrift ansprechen

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und ist daher für das niederfrequente Rumpeln stärker empfindlich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die störenden vertikalen Modulationskomponenten insbesondere des Rumpeins herabzusetzen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Tonabnehmer der eingangs angegebenen Art dadurch, daß die Elastizität der nachgiebigen Halterung und der von der Halterung auf die Wandlerelemente ausgeübte Druck derart gewählt sind, daß die Wandlerelemente längs ihrer vertikalen Ebenen unilCfel·«· Dämpfung vertikaler Schwingungskomponenten relativ zur Halterung eine leichte Schlupfbewegung ausführen.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Schlupfbewegung, also eine Vernichtung eines Teiles der vertikalen Bewegungsenergie, praktisch nur bei sehr tiefen Frequenzenerfolgt, so daß keine Bewegungsverluste bei der Signalwiedergabe auftreten. Ein Plattenspieler mit einem Tonabnehmer gemäß der Erfindung hat vor allem den Vorteil, daß einfache und billige Plattentellerkonstruktionen ohne aufwendige Maßnahmen zur Unterdrückung des Rumpeins und anderer niederfrequenter Vertikalschwingungen und auch Plattenwechsler verwendet werden können, die sonst für eine einwandfreie Stereo-Wiedergabe ungeeignet waren.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

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Pig. 1 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines

Tonabnehmers für stereophonisch^ Schall-' platten von unten gesehen·

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Ebene 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 stellt einen Schnitt längs der Ebene 3-3 in Fig. 2 dar und

Fig. 4

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

In Fig. i 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 nicht mit dargestellt ist, angebracht ist. Der Tonabnehmer besitzt eine obere und eine untere aus gepresstem Kunststoff bestehende Gehäusehälfte 12 und 14, die durch Nieten l6, 18 und 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 o.dgl. sein. Die größeren Querschnittsabmessungen der Wändlerelemente liegen in vertikalen Ebenen, wenn der Tonabnehmer sich in seiner Arbeitslage befindet. Das eine Ende jedes Wandlerelements ist in einem nachgiebigen Dämpfungsblock oder Halter gelagert. Der Halter 26 kann beispielsweise mit zwei

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geeignet geformten Öffnungen zum Einsetzen der Wandlerelemente versehen werden· Die Abmessungen des Halters 26 sind so gewählt, daß bei Zusammenpressen der Hälften 12 und l4 durch die Nieten l6, l8 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 Dämpfungsmateriales sowohl die Hochfrequenzresonanz 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 l4 heraus. Das Joch 30 besteht aus einem einzigen Stück von beispielsweise Klaviersaitendraht und besitzt zwei divergierende

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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 diesen 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 Elemente 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 Wand!erelemente benutzt werden. GewünschtenfalIs können auch vier solche Klemmen, d.h. zwei für jedes Wandlerelement verwendet werden. Die an die Klemmen 35 bis 37 angeschlossenen Leitungen können 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 am einen Ende abgeflacht ist und dort mit dem Stift verbunden ist. Der Stift 40 kann beispielsweise an

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seiner Spitze einen Radius von 0,018 mm (0,007 Zoll) haben für Schallplatten mit 45 und 33 1/3 Umdrehungen je Minute· Das andere Ende des Trägers 38 ist ebenfalls abgeflacht und an einem Ansatz 42 der Gehäusehälfte 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 U/min benutzt werden soll, wird ein zusätzlicher Tonabnehmerstift, dessen Krümmungsradius an der Spitze 0,076 nun (0,003 Zoll) beträgt, benötigt. Wie in Fig. 1 bis, 3 dargestellt, kann man einen derartigen Stift und die zugehörige Antriebsanordnung durch Anbau eines zusätzlichen Joches 46₉ '17 und Stiftträgers 48 anfügen. Wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt, ist das Joch 46, 47 ähnlich dem Joch 30 ausgebildet, mit der .iusnahme, daß es durch einen Verstärkungsteil 49 versteift ist. Dieser Verstärkungsteil hat die Aufgabe, die Übertragung von vertikalen Vibrationen auf die Wandlerelemente zu verhindern. Das 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 Joch 30, d.h. sie erlauben eine vom zweiten Joch unabhängige Biegebewegung der Wandler, wenn das erste Joch die Schwingungen beim Abspielen einer stereophonen Platte überträgt. Die Entkopplungsteile bestehen gemäß Fig. aus Durchbiegungen des Joches 46, 47. Man kann die

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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 Fig. 4c angedeuteten Richtung* Es wird also 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 beider Tonspuren ist (in Fig. 4a - 4c) mit ausgezogenen Linien eingetragen. Der Stift bewegt sich, wenn nur die Tonspur A-A vorhanden ist, in der Längsrichtung des Jochschenkels
3Oa₁ der mit dem freien Ende des Wandlerelements 22
verbunden ist. Da dieser Jochschenkel 30a in seiner
Längsrichtung steif ist, werden diese Vibrationen
über den Stiftträger 38 und den Jochschenkel 30a auf das freie Ende des Wandlerelements 22 übertragen, so daß dieses Wandlerelement eich in derjenigen Weise

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ausbiegt, wie durch die strichpunktiert gezeichneten Joche und den strichpunktiert gezeichneten Querschnitt des Wandlerelements in Pig· 4c angedeutet ist· Diese Verlagerung des Stiftes 40 findet in einer im ganzen senkrecht zu der Längrichtung des Jochschenkel 30b liegenden Ebene statt· Da der Jochschenkel 30b in dieser Ausweichrichtung biegsam ist, wird keine Bewegungsenergie auf den Stiftträger 38 und somit auch keine Bewegungsenergie auf das Wandlerelement 24 übertragen·

Entsprechendes gilt für die Abtastung einer in der Richtung B-B liegenden Tonspur, bei welcher also Bewegungsenergie auf das Wandlerelement 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 Stiftes 4o statt, deren beide Komponenten die beiden Wandlerelemente 22 und 24 beeinflussen· Wenn beispielsweise die Tonrillenschwingungen vertikal orientiert sind, so bewegt sich der Stift 4O in einer vertikalen Ebene auf und ab· Dies ergibt gleiche in der Richtung der Jochschenkel 30a und 30b liegende Bewegungskomponenten, so daß die freien Enden beider Wandlerelemente 22 und 24 gleich stark ausgebogen werden und entsprechende außerphasige Signale von gleicher Amplitude von den Klemmen 35 und 37 gegenüber der Klemme 36 abgenommen werden können· Wie in Fig. 4b angedeutet, wird durch eine derartige vertikale Bewegung des Stiftes 4o nach aufwärts der Abstand der freien Enden der Wandler-

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elemente 22 und 24 vergrößert, wie durch die strichpunktiert gezeichnete Lage der von einander 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 4o in seitlicher Richtung abgelenkt. Dabei entstehen gleiche Bewegungskomponenten oder Kraftkomponenten in der Richtung der Jochschenkel 30a und 30b, so daß beide Wandlerelemente 22 und 24 in derselben Richtung ausgelenkt werden· Es entstehen also gleich große Signalamplituden von gleicher Phase, die von den Klemmen und 37 gegenüber der Klemme 36 abgenommen werden können. Bei dieser Seitenschrift bleibt der Winkel zwischen den Jochschenkeln 30a und 30b erhalten.

Neben der im vorstehenden beschriebenen Biegnngsbeanspruchung der Wandlerelemente kann man natürlich auch andere Arten von Wandlerelementen verwenden, beispielsweise solche, bei denen eine Torsionsbeanspruchung auftritt. Im letztgenanntenFall 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 Schlüpfens ist eine verringerte Empfindlichkeit des Tonabnehmers ge-

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genüber vertikalen Schwingungen mit Einschluß desjenigen niederfrequenten Grundrauschens, 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 Querschnitt sabmes sung liegen· Da die Hauptflächen, d.h. die größeren Querschnittsabmessungen in vertikalen Ebenen liegen, biegen sich die Wandlerelemente 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 niclr": stereophonisch*^ Schallplatte« Mit 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 U/min 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, 4? für die verschiedenen in Fig· 4a, 4b und 4c dargestellten Lagen der Wandlerelemente derselbe bleibt. Wie in Fig. 4b dargestellt,

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hangt 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·

& Der beschriebene Tonabnehmer wird normalerweise drehbar am Ende des Tonarms 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·

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Claims

Patentanspruch

Tonabnehmer mit zwei länglichen piezoelektrischen Wandlerelementen rechteckigen Querschnitts, die jeweils an ihrem einen Ende in einer nachgiebigen Halterung gelagert und mit ihren Hauptflächen in zueinander parallelen in der Abtaststellung des Tonabnehmers vertikalen Ebenen angeordnet sind, und mit einer die freien Enden der Wandlerelemente miteinander verbindenden Jochanordnung zur Übertragung der Abtastschwingungen, d ad u r c h g e k e η η ζ e i c hn e t, daß die Elastizität der nachgiebigen Halterung (26) und der von der Halterung auf die Wandlerelemente (22,'24) ausgeübte Druck derart gewählt sind, daß die Wandlerelemente, längs ihrer vertikalen Ebenen unter Dämpfung vertikaler Schwingungskomponenten relativ zur Halterung eine leichte Schlupfbewegung ausführen.

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