DE2455400C3 - Tonabnehmer für Schallplatten mit zwei symmetrisch zum Nadelarm angeordneten piezoelektrischen Elementen - Google Patents

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 Tonireue der Wiedergabe jedoch unterlegen. Der Grund hierfür ist flire schlechtere 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

ί ο 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 Teile 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 pie-

zoelektrischen 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 beschrieben. Es zeigt

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

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piezoelektrischem Element, bare Führung 15 und ein Deckel 16.

1 Fig. 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform Bei diesem Tonabnehmer sind der Arm 2 und das

I des in Fig. 1 veranschaulichten Anordnungsprinzips, piezoelektrische Element 4 so angeordnet, daß sie ei-

SJ- Fig. 3 eine Vorderansicht eines Tonabnehmers für nen Winkel von 90° einschließen, um zu Sehwingun-

i Stereo, 5 gen des vom Armhalter 8 gebildeten Befestigungs-

f Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von Teilen des punkts umzuwandeln. Die mechanische Schwin-

I Tonabnehmers nach Fig. 3, gungscharakteristik des Arms 2 wird von der Elastizi-

I Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer wei- tat des Übertragungsstücks 12 und dem Hebelverhält-

% teren Ausführungsform des Tonabnehmers mit einer · nis des Arms 2 bestimmt

\ entfernbaren Nadelanordnung, io Beim Tonabnehmer nach Fig. 3 sind zwei piezo-

f- Fig. Oa eine Veranschaulichung des Arbeitsprin- elektrische Elemente 4 und 4' entsprechend der

I zips eines Tonabnehmers für eine Zweikanal-Schall- »45 °-45"-Stereo-Schallplatte angeordnet. Hiebei

f platte, kann den Änderungen der Tonrille mit Hilfe einer

I Fig. 6b eine schematische Veranschaulichung der sehr einfachen Konstruktion genau gefolgt wer-

I Bewegung der Nadelspitze relativ zum Querschnitt 15 den, die die beiden piezoelektrischen Elemente 4

=* der Tonrille einer Zweikanal-Schallplatte, find 4' verwendet, welche in Übereinstimmung mit

ι Fig. 7 eine Vorderansicht eines Teils eines Tonab- den Schwingungsrichtungen der Nadel angeordnet

I nehmers für eine Vierkanal-Schallplatte, sind, entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfin-

f Fig. 8, eine diagrammatische Darstellung des dung.

Richtungsvermögens des Tonabnehmers für eine Ma- 20 Fig. 4 zeigt die wesentlichen Teile des Tonabnehtrix-Vierkanal-Schallplatte, mers nach Fig. 3. Fig. 5 zeigt einen schematischen Fig. 9 eine Veranschauh'chung der Arbeitsprinzi- Querschnitt durch ein Beispiel einer Tonabnehmerpien des Tonabnehmers beim Betrieb nach Fig. 8 und konstruktion, die auf der grundsätzlichen Anordnung Fig. 10 eine schematische Darstellung der Bewe- nach Fig. 4 beruht, indem Herstellung und Bedienung gung der Nadelspitze des Tonabnehmers beim Betrieb 25 in Betracht gezogen werden. Diese Konstruktion nach Fig. 8 relativ zum Querschnitt durch die Tonrille gleicht im wesentlichen derjenigen nach den Fig. 1 der Matrix-Vierkanal-Schallplatte. bis 4, jedoch sind hier die einzelnen Teile der soge-Zur Grundkonstruktion des erfindungsgemäßen nannten Nadelanordnung, nämlich die Nadel 1, der Tonabnehmers gehören eine Nadel 1, ein Tonabneh- Tonabnehmer-Arm 2, das Übertragungsglied 3, der mer-Arm 2, ein Antriebs- oder Übertragungsglied 3, 30 Übertragungsstückhalter 13, das Übertragungsstück das auf dem Arm 2 sitzt, ein piezoelektrische j EIe- 12 und der Armhalter 8, in bezug zum Tonabnehmerment 4 und ein Träger 5 (Fig. 1). Beim Abtasten ei- körper entfernbar. Durch Anwendung dieser Konner Schallplattenrille erzeugte Schwingungen F wer- struktion ist es möglich, die Anpassung an eine Vielden über den Arm 2 zum Übertragungslied 3 zahl von Zwecken zu erleichtern. Wird beispielsweise übertragen und lassen dieses schwingen. Der Abstütz- 35 eine hohe Ausgangsspannung gefordert, so kann für punkt des Arms 2 wird von einem Armhalter 8 gebil- das Übertragungsstück 12 ein hartes Material verdet. Der Tonabnehmer-Arn 2 und das piezoelektri- wendet werden, während die Notwendigkeit eines sehe Element 4 sind in der dargestellten Weise so hervorragenden Verhaltens der Spurfolgung durch die ϊ angeordnet, daß sie in der gleichen Ebene schwingen, Verwendung eines weichen Materials für das Über- i so daß die Schwingungen F als Schwingungen / des 40 tragungsstück 12 und die Verwendung einer Nadel 1 piezoelektrischen Elements 4 übertragen werden. mit einer kleinen äquivalenten Nadelspitzenmasse 1 Schwingen gemäß Fig. 1 die Nadel 1, der Arm 2 und und einer niedrigen Nadelspiteenkrümmung zufriejj das piezoelektrische Element 4 in der Ebene, die zu dengestellt wird. Um eine Viefaiahl von Anforderun- ! der des piezoelektrischen Elements 4 normal verläuft, gen der Benutzer mit einer Anzahl von für die ver-5 so werden keine überflüssigen Schwingungen erzeugt 45 schiedenen Zwecke vorbereiteten austauschbaren i und die von der Nadel 1 beim Abtasten der Tonrille Nadelanordnungen zu erleichtern, dient die Führung I durchgeführten Schwingungen werden genau zum 15 als der Halter für den Befestigungspunkt und i piezoelektrischen Element 4 übertragen. Die Aus- al« Befestigung für die austauschbare Nadelanord-I gangsspannung wächst zwar mit dem Ansteigen der nung.

I Schwingungsamplitude, jedoch wächst der mechani- 50 Im folgenden wird eine der wesentlichsten Eigen-' sehe Widerstand um ebensoviel. Anders ausgedrückt, schäften der Schwingungscharakteristik des erfin- \ gibt es eine festgelegte Beziehung zwischen den bei- dungsgemäßen Tonabnehmers beschrieben. Fig. 6a den Charakteristiken, und es ist nicht möglich, nur zeigt einen Querschnitt durch eine Tonrille einer beil eine der beiden zu verbessern. kannten Zweikanal-Schallplatte. In der Figur sind die I Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausfüh- 55 Änderungen der Schallrille entsprechend der Modu-I rungsform des Tonabnehmers. Die Figur zeigt wie- lation nur des R-Kanals gestrichelt eingezeichnet. Bei I derum die Nadel 1, den Tonabnehmer-Arm 2, das diesen Änderungen wird die Nadelspitze Schwingun-] Übertragungsglied 3, das piezoelektrische Element 4, gen in einer Richtung^ (Fig. 6 a) unterworfen und 1 den Halter 5 für das piezoelektrische Element und den das piezoelektrische Element 4' auf der (in der Zeich-

• Armhalter 8. An der Oberfläche des piezoelektri- 60 nung) linken Seite des Arms 2 wird in der zur Erzeu-

• sehen Elements 4 sind FJr^roden 6 gebildet. Zum gung von Elektrizität beitragenden Richtung, also in Tonabnehmer gehören weiterhin ein elastisches Richtung der Dicke, Schwingungen ausgesetzt, so daß

I, Glied 7 oder ein Dämpfer, ein Rahmen 9, Leitungen es eine Ausgangsspannung entsprechend den Ände-

I 10, die von den Elektroden 6 zu jeweiligen Klemmen rungen der Tonrille erzeugt. In diesem Fall schwingt

; 11 führen, ein Übertragungsstück 12 am Übertra- 65 das piezoelektrische Element 4 auf der (in der Zeich-

i gungsglied 3 und ein Übertragungsstückhalter 13, der nung) rechten Seite des Arms 2 um den Arm in Rich-

I einstückig mit dem Übertragungsglied 3 ausgebildet tung seiner Breite, also in einer Richtung, die nicht

g sein kann, ferner ein Dämpferhalter 14, eine entfern- zur Erzeugung von Elektrizität für den L-Kanal bei-

trägt. 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 Übertragungsstück 12 diese Schwingungen in eine 90°-Konversien 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 Schnittebene von Fig. 5 senkrechten Ebene. Mit dem halbkreisförmigen Schnittprofil des Übertragungsstücks 12' gemäß Fig. 5 hat die R-Kanal-Komponente/1/? der Schwingung A (Fig. 6a) 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-Kanal-Schallplatte 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 Bewegungsrichrungen der Nadel für die jeweiligen Kanäle der Matrix-4-Kanal-Schallplatte. Pfeile geben die Vektoren der Nadelbewegung entsprechend den jeweiligen Kanälen an. Die Vektoren LT und RT sind die für links und rechts kodierten Gesamtvektoren, die für Zwei-Kanal-Übertragungssysteme zusammengefaßt sind. Die Vektoren LF, LB, RF und RB entsprechen den jeweiligen Kanälen der

ίο Quadrophonie. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, hat die 4-Kanal-StereopoIatte der Matrixart ein gegebenes Richtungsvermögen der Vektorenbewegung der Nadeln in bezug zum Schnitt durch die Tonrille. Die Demodulation der Aufzeichnung dieses Systems ist möglieh, indem die piezoelektrischen Elemente so 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 Querschnitt durch die Tonrille wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.

In Fig. 10 ist die Modulation der Tonrille gestrichelt angedeutet, und das Nadelzentrum bewegt sich entlang einer Bahn, die Punkte O₁, O₂ und Oj mitein-

ander verbindet. Hierbei verläuft die Schwingungsrichtung A' der Nadel in einem Winkel von O₂ in bezug zur Nadel-Mittellinie. Diese Richtung ist die gleiche wie die Richtung des Signals CH₄ gemäß Fig. 9. Hierdurch wird die Art und Weise verdeutlicht, wie nur das Signal CH₄ oder mehr allgemein jedes der Signale CH₁ bis CH₄ aus den Gesamtvektoren LT und RT als elektrisches Ausgangssignal herausgenommen werden. Im Fall nach Fig: 9 erhält nur das Signal CH₄ eine große Amplitudenmodulation.

Beim Signal CH₁, dessen Vektor auf dem Vektor des Signals CH₄ senkrecht steht und dessen piezoelektrisches Element 4 Schwingungen in Richtung seiner Breite ausgesetzt ist, wird überhaupt kein Nebensprechen eingeführt. Der Vektor des Signals CH₄ verursacht geringe Vektorkomponenten in der Richtung der Breite der piezoelektrischen Elemente für die Signale CH₂ und CH₃, 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 (7)

1 ι I I .j 1 Patentansprüche:

1. Tonabnehmer für Schallplatten mit eineT im Tonabnehmereinsatz an einem Nadelann {2) angeordneten 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 Nadelann (2) angeordnet und mit diesem jeweils über ein Übertragungsglied an einem Übertragungsgliedhalter (3, 13) verbunden sind und jeweils mit ihrem anderen Ende am Rahmen (9) des Tonabnehmereinsatzes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente (4, 4') radial in einer Ebene senkrecht zum Nadelarm (2) angeordnet sind und daß die Übertragungsglieder (12,12') halbkreisförmigen 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. 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 zusammenfällt.

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

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 bestehenden 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) 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.

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 Halters (5) und des elastischen Gliedes (7) versehen sind.