DE2606495B2

DE2606495B2 - Stereotonabnehmer

Info

Publication number: DE2606495B2
Application number: DE19762606495
Authority: DE
Inventors: Takuyo; Hasegawa Kyoichi; Neyagawa; Sato Ryozi Hirakata; Yamada Tetsuzo Moriguchi; Kogure (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1977-08-18
Also published as: DE2606495A1; DE2606495C3; CA1045559A; FR2301891B1; GB1523364A; FR2301891A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stereotonabnehmer mit zwei stabförmigen piezoelektrischen Wandlerelementen und mit einer Nadel, die an einem Ende eines Nadelarms befestigt ist, dessen anderes Ende in ein an die Wandlerelemente angreifendes Koppelglied eingreift.

Es sind schon Tonabnehmer bekannt (DT-OS 47 115), bei denen piezoelektrische Wandlerelemente Verwendung finden. Um die beiden Modulationen einer stereophonen Aufzeichnung abtasten zu können, die zueinander senkrecht stehen und mit der Hauptebene des Aufzeichnungsträgers einen Winkel von 45° Bilden, werden die Schwingungen der am Ende eines Nadelarms befestigten Nadel auf die Wandlerelemente durch ein am anderen Ende des Nadelarms befestigtes Koppelglied übertragen. Als Koppelglied ist ein V-förmiges Glied vorgesehen, auf dem die pezoelektrischen Wandlerelemente derart nachgiebig befestigt sind, daß sie in der Richtung der Längsarme des V-förmigen Gliedes in Abhängigkeit von den Schwingungen der Nadel zusammengedrückt und gedehnt werden können. Dabei wird jeweils in Abhängigkeit von den Modulationen, die in einer Ebene der Rille aufgezeichnet sind, der eine Arm in der Richtung seiner Längsachse zusammengedrückt bzw. gedehnt, während diese Schwingungen dew anderen Arm in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsachse auslenken. Die piezoelektrischen Wandlerelemente sind U-förmig und in die Arme des V-förmigen Gliedes eingebettet oder auf diese aufgeklebt.

Derartige Stereotonabnehmer vermögen zwar die auf die die Aufzeichnung abtastende Nadel übertragenden mechanischen Schwingungen mit hohem Wirkungsgrad und hoher Wiedergabetreue in elektrische Signale umzusetzen. Insbesondere bei der Verwendung piezoelektrischei Wandlerelemente, die aufgrund der erzeugten hohen Ausgangsspannung, des einfachen Aufbaus und der leichten Herstellung vorteilhaft sind, ist jedoch die Spurfolgefähigkeit; (Tracking) gering. Eine gute Spurfolgefähigkeit ist aber insbesondere für die gute Wiedergabe des Hochfrequenzbereiches bei Vierkanali;s schallplatten unerläßlich.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, für den Tonabnehmer einen Aufbau vorzuschlagen, der eine verbesserte Spurfolgefähigkeit ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß das Koppelglied eine im wesentlichen zylindrische,

langgestreckte Form mit einem Mittenbereich größeren

Durchmessers als die beiden Endbereiche hat, sowie einends auf das nadelferne Ende des Nadelarms koaxial aufgesteckt und mit dem anderen Ende am Tonabnehmergehäuse befestigt ist, und daß die Wandlerelemente in einer zur Achse des Nadelarms normalen Ebene, radial von der Achse wegweisend, angeordnet sind und einends am Mittenbereich des Koppelglieds angreifen'.

Eine soiche Ausbildung und Anordnung von Koppelglied und Wandlerelementen im Tonabnehmer erbringt nicht nur die bekannten Vorteile der Verwendung piezoelektrischer Wandlerelemente. Es wird vielmehr auch eine Hifi-Wiedergabe von Stereotonaufzeichnungen ermöglicht. Das gilt ganz besonders auch für Vierkanalschallplatten. Übersprecherscheinungen sind vermieden. Eine hohe Ausgangsspannung ist erzielt Insbesondere ergibt sich eine hohe Tontreue, und zwar auch im Hochfrequenzbereich.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines bekannten piezoelektrischen Wandlerelementes,

Fig.2 schematisch die in Abhängigkeit von einer Schwingung /erzeugte Spannung V,
Fig.3 eine Ansicht des grundsätzlichen Aufbaus gemäß der Erfindung,

Fig.4a eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform,

F i g. 4b einen Schnitt bei Linie Χ-ΛΓ'νοη F i g. 4a,
Fig. 4c einen Schnitt bei Linie Y- Y' von F i g. 4a,

Fig.4d eine Explosionsansicht der ersten Ausführungsform,

Fig.4e in größerem Maßstab eine perspektivische Ansicht des Halters nach der ersten Ausführungsform,
F i g. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform,

F i g. 6a und 6b vergrößert ein Koppelglied nach der ersten Ausführungsform,

F i g. 7a und 7b vergrößert ein Koppelglied nach einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 8a und 8b vergrößert ein Koppelglied nach einer dritten Ausführungsform,

F i g. 9a und 9b vergrößert ein Koppelglied nach einer vierten Ausführungsform,

*>5 Fig. 10 eine Ansicht zur Darstellung der einzelnen Kanäle und der Modulationsrichtungen an einer Vierkanal-Schallplatte,

F i g. 11 eine Ansich: der Schwingungsrichtungen der

Nadel und der Modulationsrichtungen Tür die einzelnen Kanäle und

Fig. 12 eine Darstellung der Modulation für jeden Kanal bei einer Vierkanal-Schallplatte.

F i g. 1 zeigt ein piezoelektrisches Wandlerelement s zum Umsetzen mechanischer Schwingungen in elektrische Signale. Das Wandlerelement hat die Form eines symmetrisch aufgebauten Schwingungselementes mit Auslegerarm. Plattenförmige piezoelektrische Wandlerelemente 1, 2 sind in Dickenrichtung polarisiert. Sie ι ο sind jeweils an einem elastischen Teil 3 befestigt und mit Ausgangsklemmen 4 verbunden.

Wenn auf die Spitze dieser Anordnung in Richtung des Pfeils ein Druck P ausgeübt wird, wird eine Spannung Verzeugt, die zum Druck Pproportional ist Die Beziehung zwischen Vund Pwird bestimmt durch

worin gi\ eine piezoelektrische Konstante, / die Länge des Zweielementenkristalls, b seine Breite und t seine Dicke ist.

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm die in Abhängigkeit von der Schwingung / erzeugte Spannung. Bei dieser Anordnung wird keine Spannung erzeugt, wenn eine Kraft in einer Richtung senkrecht zu derjenigen Richtung einwirkt, die die höchstempfindliche Achse des Zweielementenkristalls darstellt und durch die Richtung VV angegeben wird. Ebenso erscheint keine Spannung, wenn eine Torsionskraft in Richtung der Breite an der Spitze des symmetrischen Zweielementenkristalls angreift.

Es soll nun ein piezoelektrisches Schwingelement mit den vorerwähnten Eigenschaften als Tonabnehmereinsatz für Plattenspieler verwendet werden.

F i g. 3 dient zur Erläuterung der zugrunde liegenden Prinzipien. Eine Schwingung F wird von einer Nadel 5 der Spitze eines Nadelarms 6 übertragen. Die Schwingung wird weiter nach den Hebelgesetzen auf ein Koppelglied 7 übertragen, das senkrecht zum Nadelarm 6 angeordnet ist. Die Schwingungsübertragung erfolgt dabei an einem Hebelpunkt A. Ein piezoelektrisches Wandlerelement 8 ist derart angeordnet, daß es in der Ebene des Koppelgliedes 7 liegt und mit einem Ende mit dem Koppelglied 7 in Berührung steht, so daß die diesem übertragene Schwingung F' auf das piezoelektrische Wandlerelement 8 in Richtung seiner Dicke angekoppelt wird, wodurch man den entsprechenden elektrischen Ausgang erhält. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen der Schwingung F', die auf das piezoelektrische Wandlerelement 8 ausgeübt wird und der Schwingung F, die auf die Spitze des Nadelarms 6 ausgeübt wird, gegeben durch

- = (HL)F

(2)

55

worin L der Abstand des Spitzenendea des Nadelarms vom Schwingungs-Hebelpunkt desselben ist und / der Abstand zwischen dem Schwingungs-Hebelpunkt und dem Ende des Koppelgliedes 7, das in Berührung mit dem piezoelektrischen Wandlerelement 8 steht.

Der grundsätzliche Aufbau besteht also darin, daß das piezoelektrische Wandlerelement 8 in einer zum Schwingungs-Hebelpunkt normalen Ebene liegt, wobei der Schwingungs-Hebelpunkt im die Nadel 5 tragenden Nadelarm 6 koaxial zu diesem liegt und das eine Ende 6s des piezoelektrischen Wandlerelementes in Berührung mit dem Außenumfang des Koppelgliedes 7 steht Die der Nadel 5 von der Tonrille übertragene Schwingung F wird also exakt auf das piezoelektrische Wandlerelement 8 übertragen, ohne daß dabei irgendwelche unnötigen Schwingungen entstehen.

Fig.4a bis 4e zeigen ein Gehäuse 10, von dem Anschlußklemmen 11a bis Md vorstehen. Die Vorderseite des Gehäuses 10 weist zueinander senkrechte Nuten 12a und 126 auf, in denen piezoelektrische Wandlerelemente 13a und 136 angeordnet sind, die jeweils aus zwei piezoelektrischen Platten bestehen, die übereinander gestapelt sind und in Richtung ihrer Dicke polarisiert wurden. Die Wandlerelemente 13a und 13Z: sind in die Nuten 12a und 12b des Gehäuses 10 zusammen mit elastischen Teilen 14a, 14Z> und 115a, 15i eingesetzt, die auf die Wandlerelemente 13a und 13/: aufgezogen werden. Anschlußdrähte 16a, 166 und 17a 17Z> sind von den oberen bzw. unteren Oberflächen der Elemente 13a und 136 zu den jeweiligen Ausgangs-Anschlußklemmen llabzw. Ungeführt. Auf die Vorderseite des Gehäuses 10 ist ein Deckel 18 aufgesetzt.

Ein Halter 19 weist, wie in Fig.4e gezeigt, drei Eingriffsteile 20a bis 20c auf. Der Halter 19 ist so ausgebildet, daß er vom Gehäuse 10 getragen wird, wenn er in den unteren Abschnitt des Gehäuses 10 eingesetzt wird. Der Halter 19 weist einen mit ihm einstückigen Vorsprung 21 auf, der auf die in der Figur gezeigte Weise über sein Vorderende vorsteht und auf den ein Koppelglied 22 aus elastischem Material aufgesetzt wird. Das Koppelglied 22 weist einen Mittenabschnitt 23 vergrößerten Durchmesers auf. In seinen anderen Endabschnitt ist ein Nadelarm 24 eingepaßt, der an seiner Spitze eine Nadel 25 aufweist Alle Einzelheiten können der Fig.4d entnommen werden. Wenn der den Nadelarm 24 über das Koppelglied 22 tragende Halter 19 in das Gehäuse IC von seiner Unterseite her eingesetzt wird, so wird der Außenumfang des Mittenabschnitts 23 mit der Wandlerelementen 13a und i3öin Berührung gebracht.

Diese Ausführungsform ist für die Anwendung aul einen Tonabnehmer für das 15-45-SyStCm stereophoner Schallplatten bestimmt.

Fig.5 soll im folgenden zur Erläuterung der Betriebsweise dienen. Wenn die gezeigte Tonrille durch ein aufgezeichnetes Signal moduliert ist, so erfährt die Nadel 25 Schwingungen in Richtung des Pfeils F Deshalb führt das Koppelglied 22, das in einer Eben« liegt, die normal zum Nadelarm 24 ist und desser Schwingungs-Hebelpunkt kreuzt, Drehbewegungen urr eine Achse R-R' durch. Auf diese Weise wird ein« Translationsbewegung des Koppelgliedes 22 längs dei Achse L-L' senkrecht zur modulierten Tonrille hervor gerufen, während eine Rotationsbewegung des Treib Stückes um die Achse R-R' parallel zur modulierter Tonrille erfolgt.

Das führt dazu, daß dasjenige Wandlerelement, dai sich längs der Achse L-L' des Koppelgliedes 2i erstreckt, in Richtung seiner Dicke schwingt und eint Spannung erzeugt, die den Stellungsschwankungen dei Nadel entspricht Das Wandlerelement, das sich läng! der Achse R-R' erzeugt, führt eine Kreisbewegung ir bezug auf seine Breitenrichtung durch und erzeug daher kein elektrisches Signal. Man erkennt, daß ein« einfache Konstruktion, in der die Wandlerelementi beide in der gleichen Ebene wie das Koppelglied 22 un< auf sich senkrecht zu der Tonrille erstreckenden Achsei derart angeordnet sind, daß sie mit dem Koppelglied 2. in Berührung stehen, einen Stereotonabnehmer zui Verfugung stellt, der nur sehr wenig zu Deformationei oder Übersprechen neigt.

Weiter genügt es bei diesem Aufbau, die Härte des Materials des Koppelgliedes 22 zu ändern, um eine ganze Anzahl austauschbarer Tonabnehmereinsätze zu erhalten, die an ein weites Spektrum von Anforderungen des Benutzers angepaßt sind, wobei einmal mehr Gewicht auf die Ausgangsspannung, einmal mehr Gewicht auf die Spurfolgefähigkeit gelegt werden kann, die jedoch immer verbessert ist.

Fig.6a und 6b zeigen vergrößert das Koppelglied nach der oben erläuterten Ausführungsform. Die F i g. 7a, 7b, 8a, 8b und 9a bzw. 9b zeigen abgewandelte Ausführungsformen.

Das Koppelglied 22 nach den F i g. 7a und 7b besteht aus einem Hohlzylinder 26 großen Durchmessers und einem Zylinder 27 kleinen Durchmessers. Dabei ist der Zylinder 27 kleinen Durchmessers in die Bohrung des Hohlzylinders 26 großen Durchmessers eingesetzt und hier befestigt.

Das Koppelglied 22 nach den F i g. 8a und 8b besteht aus zwei abgestuften Zylindern 28 und 29, die jeweils einen Abschnitt größeren Durchmessers haben und miteinander verklebt sind.

Das Koppelglied 22 nach den Fig.9a und 9b hat einen Abschnitt 30 größeren Durchmessers und ein axiales Sackloch 32, das nach vorne offen ist und in das der Nadelarm 24 eingepaßt ist. Rückwärts ist ein Vorsprung 31 vorgesehen, der in eine Bohrung 33 des Halters 19 eingepaßt ist.

Derartige Aufbauten können sehr vorteilhaft für die Wiedergabe von Vielkanalschallplatten mit mehr als zwei Kanälen benützt werden. Als Beispiel wird die Anwendung auf eine Vierkanalschallplatte (Matrixtyp) anhand der F i g. 10,11 und 12 erläutert.

Fig. 10 zeigt einzelne Kanäle und Modulationsrichtungen (oder Richtungen der Nadelbewegung) für die einzelnen Kanäle einer Vierkanal-Schallplatte vom Matrixtyp. Die Pfeile stellen die Vektoren der Nadelbewegung für die einzelnen Kanäle dar. Man erkennt Totalvektoren Lt und Rt des linken bzw. rechten codierten Signals, die für ein Zweikanalübertragungssystem zusammengesetzt sind. Man erkennt weiter Vektoren Lf, L& Rf und Rb für die einzelnen Kanäle einer Vierkanal-Stereophon-Aufzeichnung. Aus Fig. 10 kann entnommen werden, daß eine derartige Vierkanal-Stereophon-Schallplatte eine feste Richtungsabhängigkeit entsprechend den Bewegungsvektoren der Nadel im Querschnitt der Tonrille aufweist. Die Demodulation der Aufzeichnung dieses Typs ist somit möglich, wenn man die Wanderlelemente entsprechend dieser Richtungsabhängigkeit anordnet. Zu diesem Zweck werden die Wandlerelemente beide in der gleichen Ebene des Koppelgliedes 7 und auch entsprechenden Achsen ch\, c/>₂, ch₃ und chi angeordnet, wie das in F i g. 11 zu sehen ist. Das bedeutet, daß die Wandlerelemente derart angeordnet sind, daß ihre Ausrichtung den jeweiligen Modulationsrichtungen in

ίο der Tonrille entspricht, wie sie in F i g. 10 gezeigt sind.

Fig. 12 dient zur Erläuterung der Arbeitsweise des Tonabnehmers. In der Figur ist allein die Modulation der Achse ch* (entsprechend Rb in Fig. 10) einer Vierkanal-Schallplatte vom Matrixtyp gezeigt. Dabei ist die Modulation der Tonrille durch strichpunktierte Linien angedeutet. Der Mittelpunkt der Bahn des Zentrums der Nadelspitze verändert seine Lage, wie bei O\, O₁ und O₃ gezeigt und die Richtung C" der Schwingung der Nadelspitze bildet mit der vertikalen

Mittelpunktslinie ß-Beinen Winkel θι.

Man erkennt aus F i g. 11, daß die Schwingung C der Nadel 5 über den Nadelarm 6 auf das Koppelglied 7 übertragen wird. Dadurch entsteht eine Kreisbewegung um die Achse c/fe, die einen Winkel von 90° mit der Achse chi bildet. Dadurch werden die Wandlerelemente, die auf der cfo-Achse angeordnet sind, zu einer Schwingung in Dickenrichtung veranlaßt und erzeugen eine Ausgangsspannung. Auf der anderen Seite werden Wandlerelemente auf der c/ii-Achse in Richtung ihrer Breite schwingungsbeaufschlagt, so daß es nicht zu Übersprech-Erscheinungen kommt. Betrachtet man die anderen Kanäle cfc und chi, so ergibt sich eine Schwingung für jeden dieser Kanäle als Resultierende einer Schwingungskomponente in Dickenrichtung und einer Schwingungskomponente in Breitenrichtung. Der Mittelwert der Trennung beträgt üblicherweise -3 Decibel.

Es ist klar, daß die oben beschriebene Betriebsweise bezüglich der Gewinnung des cAi-Signals alleir äquivalent zur Trennung der Signale ch\ bis ch* von· zusammengesetzten elektrischen Signalausgang Lt unc Rt ist.

Auf diese Weise kann die Demodulation einei Vierkanal-Stereophon-Aufzeichnung des Matrixtyp:

mit einem einzigen Tonabnehmer bewirkt werden, ohn< daß irgendeine Demodulierschaltung erforderlich wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stereotonabnehmer mit zwei stabförmigen piezoelektrischen Wandlerelementen und mit einer Nadel, die an einem Ende eines Nadelarms befestigt ist, dessen anderes Ende in ein an die Wandlerelemente angreifendes Koppelglied eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (7, 22) eine im wesentlichen zylindrische, langgestreckte Form mit einem Mittenbereich größeren Durchmessers als die beiden Endbereiche hat, sowie einends auf das nadelferne Ende des Nadelarms (6, 24) koaxial aufgesteckt und mit dem anderen Ende am Tonabnehmergehäuse befestigt ist, und daß die Wandlerelemente (1, 2; 13a, 13b) in einer zur Achse des Nadelarms normalen Ebene, radial von der Achse wegweisend, angeordnet sind und einends am Mittenbereich des Koppelgliedes angreifen.

2. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (22) aus einem Hohlzylinder (26) großen Durchmessers und einem längeren Zylinder (27) kleinen Durchmessers besteht, der in den Zylinder großen Durchmessers eingesetzt ist (F i g. 7a, F i g. 7b).

3. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (22) aus zwei abgestuften Zylindern (28, 29) besteht, deren Abschnitte großen Durchmessers zur Bildung des Mittenbereichs (23) Endfläche an Endfläche miteinander verbunden sind (F i g. 8a, F i g. 8b).

4. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Koppel glieds am Tonabnehmergehäuse über einen lösbar in das Gehäuse (10) eingepaßten Halter (19) erfolgt (Fig.4d,4e).