DE2455400B2

DE2455400B2 -

Info

Publication number: DE2455400B2
Application number: DE19742455400
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Neyagawa Hasegawa (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-11-26
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1980-03-13
Also published as: NL7414924A; FR2252620A1; NL168979C; BE822549A; DE2455400A1; DE2455400C3; NL168979B; GB1494645A; FR2252620B1; CA1012893A

Description

Die Erfindung betrifft einen Tonabnehmer für Schallplatten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Tonabnehmer, die den piezoelektrischen Effekt ausnutzen, waren bisher den Tonabnehmern, die auf elektromagnetischer Induktion beruhen, in bezug auf die Ausgangsspannung überlegen, in bezug auf die Tontreue der Wiedergabe jedoch unterlegen. Der Grund hierfür ist ihre schlechiere Führbarkeit.

Es ist aus der DE-OS 1422083 ein piezoelektrischer Tonabnehmer bekannt, bei dem zur Senkung der Herstellungskosten und zur Verbesserung der Führbarkeit durch Verringerung der schwingenden Masse der Nadelträger die beiden piezoelektrischen Wandler für stereophone Wiedergabe direkt antreibt. Dabei grenzen die beiden piezoelektrischen Wandler mit einer Seitenkante aneinander und der durch die beiden Wandler bestimmte Zweiflächenwinkel beträgt 90°. Die piezoelektrischen Wandler sind in drei Ecken gehaltert, und der Nadelträger befindet sich mit der verbleibenden freitragenden Ecke in treibendem Kontakt. Eine solche Konstruktion kann nicht an unterschiedliche Anforderungen der verschiedenen Benutzer angepaßt werden, die teils mehr Gewicht auf eine hohe Ausgangsspannung, teils auf eine gute Führbarkeit legen. Zudem ist diese Konstruktion nicht auf Vierkanalstereophonie erweiterbar.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen unter Beibehaltung wesentlicher Teile auch auf Vierkanalstereophonie erweiterbaren Tonabnehmer vorzuschlagen, bei dem ohne Änderung der Konstruktion und nur durch Auswechseln weniger Teiie die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und der Nachgiebigkeit des Tonabnehmers frei gewählt werden kann, so daß ein und dieselbe Konstruktion wahlweise entweder eine hohe Ausgangsspannung bei mittlerer Führbarkeit oder eine außerordentlich gute Führbarkeit bei durchschnittlicher Ausgangsspannung erbringt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Tonabnehmer sind die piezoelektrischen Elemente radial in einer Ebene senkrecht zum Nadelarm angeordnet und die Übertragung der mechanischen Schwingungen auf die piezoelektrischen Elemente erfolgt durch Übertragungsglieder. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Übertragungsglieder ist eine Ausführung des Tonabnehmers unter Beibehaltung wesentlicher Teile sowohl für Zweikanal- als auch für Vierkanalstereophonie möglich, da durch die Übertragungsglieder eine Abnahme der Schwingung des Nadelarms in verschiedene Richtungen möglich ist. Dabei ergibt sich insbesondere ein Richtvermögen, das mit den Hauptschwingungsrichtungen einer Matrix mehrkanalschaltbar übereinstimmt, so daß ohne aufwendige Dekodierschaltung das Dekodieren auch von Vierkanalstereoaufzeichnungen nach Matrixart möglich ist. Die erfindungsgemäße Konstruktion vermindert das Nebensprechen und verbessert die Führbarkeit bei hohen Frequenzen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die in den Ansprüchen 2 bis 4 aufgeführten verschiedenen Ausgestaltungen der Übertragungsglieder und der Halter für die piezoelektrischen Elemente kann der Tonabnehmer im Hinblick auf niedrige Gestehungskosten, hohe Ausgangsspannung oder hervorragende Führbarkeit optimiert werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand von Zeichnungen näher be- «chrieber!. Es zeigi

Fig. 1 das bei der Erfindung verwendete Prinzip der Anordnung von Tonabnehmer, Nadelarm und

piezoelektrischem Element,

Fig. 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform des in Fig. 1 veranschaulichten Anordnungsprinzips,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Tonabnehmers für Stereo,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von Teilen des Tonabnehmers nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Tonabnehmers mit einer entfernbaren Nadelanordnung,

Fig. 6a eine Veranschaulichung des Arbeitsprinzips eines Tonabnehmers für eine Zweikanal-Schallplatte,

Fig. 6b eine schematische Veranschaulichung der Bewegung der Nadelspitze relativ zum Querschnitt der Tonrille einer Zweikanal-Schallplatte,

Fig. 7 eine Vorderansicht eines Teils eines Tonabnehmers für eine Vierkanal-Schallplatte,

Fig. 8, eine diagrammatische Darstellung des Richtungsvermögens des Tonabnehmers für eine Matrix-Vierkanal-Schallplatte,

Fig. 9 eine Veranschaulichung der Arbeitsprinzipien des Tonabnehmers beim Betrieb nach Fig. 8 und

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Bewegung der Nadelspitze des Tonabnehmers beim Betrieb nach Fig. 8 relativ zum Querschnitt durch die Tonrilie der Matrix-Vierkanal-Schallplatte.

Zur Grundkonstruktion des erfindungsgemäßen Tonabnehmers gehören eine Nadel 1, ein Tonabnehmer-Arm 2, ein Antriebs- oder Übertragungsglied 3, das auf dem Arm 2 sitzt, ein piezoelektrisches Element 4 und ein Träger 5 (Fig. I). Beim Abtasten einer Schallplattenrille erzeugte Schwingungen F werden über den Arm 2 zum Übertragungslied 3 übertragen und lassen dieses schwingen. Der Abstützpunkt des Arms 2 wird von einem Armhalter 8 gebildet. Der Tonabnehmer-Arm 2 und das piezoelektrische Element 4 sind in der dargestellten Weise so angeordnet, daß sie in der gleichen Ebene schwingen, so daß die Schwingungen F als Schwingungen / des piezoelektrischen Elements 4 übertragen werden. Schwingen gemäß Fig. 1 die Nadel 1, der Arm 2 und das piezoelektrische Element 4 in der Ebene, die zu der des piezoelektrischen Elements 4 normal verläuft, so werden keine überflüssigen Schwingungen erzeugt und die von der Nadel 1 beim Abtasten der Tonrille durchgeführten Schwingungen werden genau zum piezoelektrischen Element 4 übertragen. Die Ausgangsspannung wächst zwar mit dem Ansteigen der Schwingungsamplitude, jedoch wächst der mechanische Widerstand um ebensoviel. Anders ausgedrückt, gibt es eine festgelegte Beziehung zwischen den beiden Charakteristiken, und es ist nicht möglich, nur eine der beiden zu verbessern.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Tonabnehmers. Die Figur zeigt wiederum die Nadel 1, den Tonabnehmer-Arm 2, das Übertragungsglied 3, das piezoelektrische Element 4, den Halter 5 für das piezoelektrische Element und den Armhalter #. An der Oberfläche des piezoelektrischen Elements 4 sind Elektroden 6 gebildet. Zum Tonabnehmer gehören weiterhin ein elastisches Glied 7 oder ein Dämpfer, ein Rahmen 9, Leitungen 10, die von (Jen Elektroden 6 zu jeweiligen Klemmen 11 führen, ein Übertragungsstück 12 am Übertragungsglied 3 und ein Übertragungsstückhalter 13, der einstückig mit dem Übertragungsglied 3 ausgebildet sein kann, ferner ein Dämpierhalter 14, eine entfernbare Führung 15 und ein Deckel 16.

Bei diesem Tonabnehmer sind der Arm 2 und das piezoelektrische Element 4 so angeordnet, daß sie einen Winkel von 90° einschließen, um zu Schwingungen des vom Armhalter 8 gebildeten Befestigungspunkts umzuwandeln. Die mechanische Schwingungscharakteristik des Arms 2 wird von der Elastizität des Übertragungsstücks 12 und dem Hebelverhältnis des Arms 2 bestimmt.

Beim Tonabnehmer nach Fig. 3 sind zwei piezoelektrische Elemente 4 und 4' entsprechend der 45 °-45 "-Stereo-Schallplatte angeordnet. Hiebe: kann den Änderungen der Tonrille mit Hilfe einer sehr einfachen Konstruktion genau gefolgt werden. die die beiden piezoelektrischen Elemente 4 und 4' verwendet, welche in Übereinstimmung mit den Schwingungsrichtungen der Nadel angeordnet sind, entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfindung.

Fig. 4 zeigt die wesentlichen Teile des Tonabnehmers nach Fig. 3. Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Beispiel einer Tonabnehmerkonstruktion, die auf der grundsätzlichen Anordnung nach F i g. 4 beruht, indem Herstellung und Bedienung in Betracht gezogen werden. Diese Konstruktion gleicht im wesentlichen derjenigen nach den Fig. 1 bis 4, jedoch sind hier die einzelnen Teile der sogenannten Nadelanordnung, nämlich die Nadel 1, der Tonabnehmer-Arm 2, das Übertragungsglied 3, der Übertragungsstückhalter 13. das Übertragungsstück 12 und der Armhalter 8, in bezug zum Tonabnehmerkörper entfernbar. Durch Anwendung dieser Konstruktion ist es möglich, die Anpassung an eine Vielzahl von Zwecken zu erleichtern. Wird beispielsweise eine hohe Ausgangsspannung gefordert, so kann für das Übertragungsstück 12 ein hartes Material verwendet werden, während die Notwendigkeit eines hervorragenden Verhaltens der Spurfolgungdurch die Verwendung eines weichen Materials für das Übertragungsstück 12 und die Verwendung einer Nadel mit einer kleinen äquivalenten Nadelspitzenmasse und einer niedrigen Nadelspitzenkrümmung zufriedengestellt wird. Um eine Vielzahl von Anforderungen der Benutzer mit einer Anzahl von für die verschiedenen Zwecke vorbereiteten austauschbaren Nadelanordnungen zu erleichtern, dient die Führung 15 als der Halter für den Befestigungspunkt und als Befestigung für die austauschbare Nadelanordnung.

Im folgenden wird eine der wesentlichsten Eigenschaften der Schwingungscharakteristik des erfindungsgemäßen Tonabnehmers beschrieben. Fig. 6a zeigt einen Querschnitt durch eine Tonrille einer bekannten Zweikanal-Schallplatte. In der Figur sind die Änderungen der Schallrille entsprechend der Modulation nur des R-Kanals gestrichelt eingezeichnet. Bei diesen Änderungen wird die Nadelspitze Schwingungen in einer Richtung A (Fig. 6a) unterworfen und das piezoelektrische Element 4' auf der (in der Zeichnung) linken Seite des Arms 2 wird in der zur Erzeugung von Elektrizität beitragenden Richtung, also in Richtung der Dicke, Schwingungen ausgesetzt, so daß es eine Ausgangsspannung entsprechend den Änderungen <W Tonriüe erzeugt, in diesem Tal! schwingt das piezoelektrische Element 4 auf der (in der Zeichnung) rechten Seite des Arms 2 um den Arm in Richtung seiner Breite, also in einer Richtung, die nicht zur Erzeugung von Elektrizität für den L-Kanai bei-

tragt. Dies kommt daher, daß das piezoelektrische Element 4 in einem Winkel von 45° in bezug zur Schallplattenebene der üblichen Stereo-Schallplatte angeordnet ist und nur dann als Hebel wirkt, wenn Schwingungen des Tonabnehmer-Arms 2 um den Armhalter 8 in der Richtung normal zur L-Kanal-Wand der Tonrille übertragen werden. In Verbindung mit Fig. 5 dargestellt, wandelt mit den Schwingungen A das Ubertragungsstück 12 diese Schwingungen in eine 9()°-Konversion zur Erzeugung von Schwingungen des Elements 4 in Richtung der Dicke um. Zu dieser Zeit schwingt das Übertragungsstück 12', das in Normalrichtung zum Übertragungsstück 12 angeordnet ist, um den Armhalter 8 in einer auf der Schriittebene yon Fiⁿ *i senkrechten Ebene N4it dem halbkreisförmigen Schnittprofil des Übertragungsstücks 12' gemäß Fig. 5 hat die R-Kanal-Komponentc/4/? der Schwingung A (F ig. da) eine der Amplitude der Änderung der R-Kanal-Wand der Tonrille (Fig. 6b) proportionale Amplitude, während die L-Kanal-Komponente AL eine Winkelbewegung darstellt, die keine auf das piezoelektrische Element 4 ausgeübte Kraft zur Folge hat. Der Krümmungsradius des erwähnten halbkreisförmigen Schnittprofils ist so gewählt, daß er mit der Krümmung der Winkelbewegung der Übertragungsstücke 12 und 12' übereinstimmt, um die piezoelektrischen Elemente 4 und 4' in genauem Linienkontakt mit den jeweiligen Übertragungsstücken 12 bzw. 12' zu halten, wodurch ein Nebensprechen auf ein Minimum reduziert werden kann. Durch Anwendung dieses Prinzips ist es möglich, die aufgrund der Torsionsschwingung bewirkte Verzerrung und hieraus resultierendes Nebensprechen, wie sie bei üblichen piezoelektrischen Tonabnehmern vorkommen, zu minimalisieren, und es ergeben sich unter diesem Prinzip die besten Konstruktionen für Auslenkungs-Tonabnehmer. Außerdem kann dieses Prinzip sehr vorteilhaft für die Wiedergabe von Mehrkanalaufnahmen mit mehr als zwei Kanälen Anwendung finden.

Fig. 7 zeigt eine schematische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und zwar zur Verwendung mit einer 4-KanaI-SchalIpIatte nach dem Matrix-System. Hier sind vier piezoelektrische Elemente 4-1 bis 4-4 innerhalb der gleichen Ebene in Übereinstimmung mit den Richtungen der Tonrillenmodulation gemäß Fig. 8 radial angeordnet. Bei der Vielkanalmodulation nach Matrixart kann die prinzipielle Modulationskomponente durch den Winkel des Schnitts durch die Tonrille angegeben werden Fig. 8 zeigt die Bewegungsrichtungen der Nadel füi die jeweiligen Kanäle der Matrix-4-Kanal-Schall platte. Pfeile geben die Vektoren der Nadelbewegunj entsprechend den jeweiligen Kanälen an. Die Vektoren LT und RT sind die für links und rechts kodierter Gesamtvektoren, die für Zwei-Kanal-Übertragungssysteme zusammengefaßt sind. Die Vektoren LF, LB RF und RB entsprechen den jeweiligen Kanälen dei Quadrophonie. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, hat die 4-Kanal-Stereopolatte der Matrixart ein gegebene; Richtungsvermögen der Vektorenbewegung der Nadeln in bezug zum Schnitt durch die Tonrille. Die Demodulation der Aufzeichnung dieses Systems ist möglich, indem die piezoelektrischen Elemente se angeordnet werden, daß sie mit diesem Richtungsvermögen übereinstimmen. Hierfür sind die piezoelektrischen Elemente in der Art nach Fig. 9 angeordnet Die Bewegung der Nadel in bezug zum Querschniti durch die Tonrille wird nun unter Bezugnahme aiii Fig. 10 beschrieben.

In Fig. 10 ist die Modulation der Tonrille gestrichelt angedeutet, und das Nadelzentrum bewegt sich entlangeiner Bahn, die Punkte O₁, O₁ und O, miteinander verbindet. Hierbei verläuft die Schwingungsrichtung A' der Nadel in einem Winkel von O, ir bezug zur Nadel-Mittellinie. Diese Richtung ist. die gleiche wie die Richtung des Signals CH ₄ gemäU Fig. 9. Hierdurch wird die Art und Weise verdeutlicht, wie nur das Signal CW₄ oder mehr allgemein jedes der Signale CW₁ bis CW₄ aus den Gesamtvektoren LT und RT als elektrisches Ausgangssignal herausgenommen werden. Im Fall nach Fig. 9 erhält nut das Signa! CW₄ eine große Amplitudenmodulation Beim Signal CW₁, dessen Vektor auf dem Vektor de* Signals CW₄ senkrecht steht und dessen piezoelektrisches Element 4 Schwingungen in Richtung seinei Breite ausgesetzt ist, wird überhaupt kein Nebensprechen eingeführt. Der Vektor des Signals CW₄ verursacht geringe Vektorkomponenten in der Richtung der Breite der piezoelektrischen Elemente für die Signale CW₁ und CW₃, wobei die mittlere Trennung etwa —3 db beträgt.

Die Konstruktion nach Fig. 7 ermöglicht das Dekodieren der 4-Kanal-Stereoaufzeichnung nach Matrixart mit dem einzigen Tonabnehmer ohne das Erfordernis einer Dekodierschaltung; sie stellt also eine wirksame Maßnahme zum Vermindern der Kosten des 4-Kanal-Stereophoniesystems dar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tonabnehmer für Schallplatten mit einer im Tonabnehmereinsatz an einem Nadelarm (2) an- ^r· geordneten Nadel (1), deren mechanische Schwingungen beim Abtasten der Tonrille einer Schallplatte jeweils auf ein Ende von zwei piezoelektrischen Elementen (4,4') übertragen und von diesen in elektrische Signale umgesetzt werden, "> wobei die piezoelektrischen Elemente (4,4') symmetrisch zum Nadelarm (2) angeordnet und mit diesem jeweils über ein Übertragungsglied an einem Übertragungsgliedhalter (3, 13) verbunden sind und jeweils mit ihrem anderen Ende am Rah- ι ■> men (9) des Tonabnehmereinsatzes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente (4, 4') rrdial in einer Ebene senkrecht zum Nadelarm (2) angeordnet sind und daß die Übertragungsglieder (12, 12') halbkreis- ■!< > förmigen Querschnitt aufweisen und jeweils mit ihrer halbkreisförmigen Oberfläche in Linienkontakt mit einem Ende des jedem Übertragungsglied (12, 12') zugeordneten piezoelektrischen Elements (4, 4') stehen. 2'>

2. Tonabnehmer nach Anspruch 1 mit zwei oder vier piezoelektrischen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ausrichtung der piezoelektrischen Elemente mit jeweils eine der möglichen Modulationsrichtungen der Tonrille in zusammenfällt.

3. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsglieder (12, 12') und die Übertragungsgliedhalter (3, 13) ein einziges Gußstück aus elastischem Material bil- r> den.

4. Tonabnehmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes piezoelektrische Element (4,4') an seinem einen Ende am Rahmen (9) über einem aus elastischem Material bestehen- κι den Halter (5) befestigt ist.

5. Tonabnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich jedes piezoelektrische Element (4, 4') zwischen seinen Enden über ein zweites elastisches Glied (7) am Rahmen (9) 4^r> abgestützt ist.

6. Tonabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelarm (2) an seinem einen Ende lösbar am Rahmen (9) befestigt ist. ^r>o

7. Tonabnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (9) des Tonabnehmereinsatzes eine Aussparung aufweist, der ein Deckel (16) zugeordnet ist, wobei die Aussparung und der Deckel (16) mit Nuten zum Einsetzen des r> Halters (5) und des elastischen Gliedes (7) versehen sind.