DE2745919A1

DE2745919A1 - Einrichtung zum elektromechanischen aufzeichnen von signalen

Info

Publication number: DE2745919A1
Application number: DE19772745919
Authority: DE
Inventors: Jerome Barth Halter
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1978-04-20
Also published as: JPS5348701A; AU514622B2; US4060831A; FR2371744B1; IT1087770B; AT370272B; ATA726777A; SE438229B; FR2371744A1; NL7711150A; BE859549A; CA1106497A; SU1179953A3; PL201472A1; GB1586715A; ES463128A1; AU2941077A; SE7711250L; PL115442B1

Description

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RCA 71140

US-Ser. No. 7'1,204

Filed: October 12, 1976

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RCA Corporation

New York, N.Y. (V.St.A.)

Einrichtung zum elektromechanisch*:.ι Aufzeichnen von Signalen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektromechanischen Aufzeichnen von in ihrem x'TequeriKspektruiri einen Bereich relativ hohen Energiepegels aufweisenden Signalen auf einer Vaterplatte.

In der Ui ,-Patentschrift 3 842 194 ist e a ^ildplattensystem beschriebe.ι, bei dem eine Informations.-jpur aus geometrischen Änderungen im Boden einer auf der Obt -fläc} ■ einer Aufzeichnungsplatte angebrachten glatten Spirulrille begeht. Beim Abspielen wird durch Erfassen dieser Änderungen während der Umdrehung der Platte auf einem trag-nden ,'lattenteller die aufgezeichnete Information wiedergewonnen,

Gemäß einem besonders bewährten Format fir die dortige Informations&jjur sind abwechselnd quer über dsn Rillenboden verlaufende Eintiefu^en und nicht-eingetiefts Bereiche vorgesehen, wobei die Alternationsfrequenz zwischen diesen

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Bereichen sich entsprechend der Amplitude der aufgezeichneten Videoinformation ändert. Die Aufzeichnungesignale können somit die Form eines über einen Frequenzhubbereich entsprechend der Videoinformation frequenzmodulierten Trägern haben. Bestimmte praktische Überlegungen hinsichtlich des Aufzelchnungs- md Abspielverfahrens haben dazu geführt, daß man für den Frequenzhub einen Bereich von 4,3 - 6,3 MHz festlegte und die Basisband-Videoinformation auf z.B. 3 MHz beschränkte. Bei dieser beispielsweisen Wahl der Parameter liegt die höchste signifikante Frequenzkomponente des Aufzeichnungssignals bei 9,3 MHz (d.h. 6,3 + 3,0 MHz).

Um bei einem derartigen System für die beim Abspielen von der Aufzeichnungsplatte gewonnenen Signale eine angemessene Bandbreite zu erhalten, dreht man die Platte mit relativ hoher Abspielgeschwindigkeit (z.B. 450 U.p.M.) und macht man die Modulationswellenlänge in der Plattenrille verhältnismäßig kurz (z.B. 0,6 - 1,6 Mikrometer), verglichen mit herkömmlichen Schallplattenaufzeichnungen. Ferner macht man bei derartigen Bildplattensystemen, um eine annehmbare Bildqualität und eine vernünftige Abspielzeit zu erhalten, den Rillenabstand relativ dicht (z.B. 861 Rillen/cm (5,555 gpi)).

Es sind eine Reihe von verschiedenen Methoden für die Plattenaufzeichnung bekannt. Beispielsweise kann man für die Hauptresonanzfrequenz des Sehneidkopfes oder -stichela einen Wert wählen, der wesentlich höher liegt als die höchste signifikante Frequenzkomponente des Aufzeichnungssignals, so daß man einen relativ flachen Frequenzgang gegenüber dem Frequenzspektrum des Aufzeichnungssignals erhält. Sollen nach dieser Methode Videosignale in dem genannten Format (d.h. mit höchster signifikanter Frequenzkomponente bei 9,3 MHz) aufgezeichnet werden, so muß man die Aufzeichnungssignale derart "verlangsamen", d.h. in der Frequenz heruntertransformieren, daß die höchste signifikante Frequenzkomponente im Aufzeichnungssignal auf eine Frequenz, die wesentlich niedriger ist als oie Haupt-

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resonanzfrequenz des Schneidkopfes, verschoben wird, bevor die Aufzeichnung auf einer Vaterplattr, die ebenfalls mit entsprechend verringerter Geschwindigkeit gedreht wird, erfolgt. Um beispielsweise Signale von bis zu 9,3 MHz mit einem Schneidkopf, der einen relativ gleichförmigen Frequenzgang bis 31 KHz aufweist (z.B. Hauptresonanzfrequenz 75 KHz), aufzuzeichnen, muß man den Aufzeichnungsvorgang um den Faktor 300 verlangsamen oder heruntertransformieren (d.h. 9,3 MHz/31 KHz). Mit andern Worten, die Aufzeichnung eines 30 Minuten lang· η Programmes würde annäherna 150 Stunden Aufzeichnungszeit beanspruchen. Eine solche außerordentlich lange Aufzeichnungszeit ist für die Herstellung von Bildplatten für den Heimgebraueh unpraktikabel und zu koetspielig,

Die Aufzeichnungszeit für Videosignale läßt sich dadurch verkürzen, daß man die Bandbreite des Schneidkopfes erhöht. Dies wiederum läßt sich durch eine entsprechende Formgebung sowie eine Verkleinerung der Abmessungen d. s Schneidkopfes erreichen. Einen dahingehend;: » Lösungsvorschlag gibt die USA-Patentschrift 3 fau|> 997.

Eine weitere Erhöhung der Bandbreite des S_chneidkopfes erzielt man, wenn man für das Einschneiden von Signalen in eine metallene Vaterplatte einen unerhitzten Schneidstichel verwendet. Ein entsprechendes Verfahren ist in der DT-OS 26 29 492 (j.B. Halter) erläutert.

Dabei ist ein Schneidkopf mit einer Dicke (ausschließlii 1 Stichel oder Nadel) in der Größenordnung von 0,0079 cm (0,020") vorgesehen. Dieser Schneidkopf hat einen relativ flachen Frequenzgang bis 1,0 MHz und eine Hauptresonanzfrequenz bei 2,5 MHz. Damit lassen sich Videosignale im genannten Format (d.h. höchste signifikante Frequenzkomponente bei 9,3 MHz) mit einer um einen Faktor von nur ungefähr 9 heruntergesetzten Geschwindigkeit (d.h. 9,3 MHz/1,0 MHz) aufzeichnen. Obwohl dies eine sehr erhebliche Vebesserung gegenüber der früheren elektromechanischen Aufzeichnungszeit bedeutet, ist aus offensichtlichen Gründen eine noch weitere Verringerung der Aufzeichnungszeit wünschenswert.

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Man kann, um die Hauptresonanzfrequenz noch weiter zu erhöhen, den Schneidkopfwandler in Beinen Abmessungen noch mehr verkleinern. Um beispielsweise Signale der oben definierten Art nach der angegebenen Methode mit zweifach-verlangsamter Geschwindigkeit (2x-Verlangsamung) aufzuzeichnen, könnte m-n den für die Aufzeichnung mit 9x-Verlangsamung verwendeten Wandler um den Faktor 4,5 verkleinern· Dies ist jedoch aus einer Reihe von sehr wichtigen Gründen nicht wünschenswert. Zwar sind die für die Erzielung einer Aufzeichnung mit 9x-Verlangaamung nach der genannten Methode verwendeten Wandler in ihren Abmessungen durchaus mit anderen in der Fabrikation befindlichen Einheiten (z.B. Tonabnehmern) vergleichbar, doch würde eine weitere Verkleinerung dieser Wandler zu ernsten Miniaturieierungeproblemen führen.

Zahlreiche Messungen von Video-Aufzeichnungen haben ergeben, daß bei einer Spitze-Spitze-Wegamplitude des Schneidstichele von 1,34 x 10 cm (3>4 Microineh) eine zufriedenstellende Aufzeichnung von Videosignalen (z.B. mit einem Stör/Iutzverhältnis von 54 db) erhalten wird. Es wurde ferner gefunden, daß bei Betriebefrequenzen beträchtlich unterhalb der Hauptresonanzfrequenz des Schneidkopfes ein Signalpegel von 175 V eff. «ine Spitze-Spitze-Schneidstichel-Wegamplitude von 1,54 x 10~⁶ em (3,4 Microineh) ergibt. Zu beachten ist, daß im allgemeinen die Schneidkopfempfindlichkeit beträchtlich unterhalb der Hauptreeonanzfrequens (d.h., Wegamplitude/Spannung) unabhängig ist von der Dicke des im Schneidkopf verwendeten piezoelektrischen Elements, da nämlich dl« Weg- oder Aussehlagamplitude eines piezoelektrischen Elements dem Produkt aus der auf das Element ausgeübten Kraft und dem Auelenkwert des Elemente proportional ist. Die auf da· Element ausgeübte Kraft wiederum 1st der elektrischen Feldstärke (d.h. V/cm) proportional, die ihrerseits der Dicke dee Elemente umgekehrt proportional ist, während andererseits der Auslenkwert der Sicke des Elements proportional ist, so daß also der Dickefaktor sich aufhebt und die Schneidkopf-Ausgangegröße unabhängig von der Größe des Schneidkopfes der

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Treiberspannung (= Signalpegel) proportional ist (Schneldkopf-Ausgangsgröße « Sehneidstichel-Wegamplitude).

Eine Verkleinerung von Wandlern ist außerdem deshalb unwünsehenewert, weil für einen gegebenen das piezoelektrische Element dee Sehneidkopfes beaufschlagenden Signalpegel (z.B. 175 V eff.) die am piezoelektrischen Element auftretende Feldstärke (z.B. V/cm) umso größer wird, Je kleiner das piezoelektrische Element ist. Es ist wünschenswert, für jede gegebene Art von verwendetem Piezoelektrikum die das piezoelektrische Element beaufschlagende Feldstärke auf einen bestimmten kritischen Wert zu begrenzen, da die dielektrischen Verluste im Piezoelektrikum mit zunehmender Feldstärke ansteigen. Die dielektrischen Verluste führen, zusammen mit anderen (z.B. mechanischen) Verlusten,zu einer Erhitzung des piezoelektrischen Elements. Übermäßige Temperaturanstiege im piezoelektrischen Element würden ein thermisches "Durchgehen" und/oder eine Depolarisierung des piezoelektrischen Materials und damit eine Zerstörung seiner piezoelektrischen Eigenschaften zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Aufzeichnungesystem mit einer für die Aufzeichnung von Signalen mit höckerartig verteiltem Energieverlauf (z.B. in Form einer über einen gegebenen Frequenzhubbereich mit Videoinformation frequenzmodulierten Trägerschwingung) geeigneten elektromechanischen Schneidkopfanordnung su schaffen, das eine erhebliehe Vergrößerung der Bandbreite des Schneidkopfes ohne Verringerung seiner Ausgangsgröße (z.B. Sehneidstichel-Wegamplitude) ermöglicht.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art 1st erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen breitbandlgen Schneidkopf, der die Signale auf der Vaterplatte bei Relativbewegung zwischen dieser und ihm aufzeichnet und dessen Frequenzcharakteristik einen Bereich relativ größerer Empfindlichkeit beiderseits seiner Resonanzfrequenz aufweist; durch eine Signalzuleitanordnung,

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welche die Signale dem Schneidkopf zuleitet, derart, aaß dieser den Signalen entsprechende Aueschwingungen vollführt; und durch eine «wischen die die Signale liefernde Signalquelle und die Signalzuleitanordnung eingeschaltete Signalverarbeitungsanordnung, welehe die Signale selektiv behandelt und deren Frequenzcharakteristik einen dem Bereich größerer Empfindlichkeit in der Frequenzcharakteristik des Sehneidkopfes entsprechenden Bereich relativ größerer Dämpfung aufweist, derart, daß sich eine über das Signalfrequenzspektrum verhältnismäßig gleichförmige Gesamtfrequenzcharakteristik ergibt, wobei der Schneidkopf und die Signalverarbeitungsanordnung so ausgebildet sind, daß die Frequenzcharakteristik der Si^nalverarbeitungsanordnung in ihrer Form komplementär zur Energieverteilungscharakteristik der Signale im Frequen^apektrumsbereich relativ hohen Energiepegels ist, derart, daß die hoehpegeligen Signalkomponenten vor der Zuleitung an den Schneidkopf in ihrem Energiepegel erheblich herabgedrückt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine beträchtliche Erweiterung des (Bandbreite χ Ausgangsgröße)-Produktes des Sehneidkopfes bei gegebener Schneidkopfgruüe. Die Größe des Schneidkopfes wird so gewählt, daß das elektrische Feld am piezoelektrischen Element des Schneidkopfes geringer ist als der kritische Feldstärkewert (bestimmt durch die Bedingungen für ein thermisches Durchgehen des Piezoelektrikums) für einen gegebenen Signalpegel (bestimmt durch das gewünschte Stör/Nutzverhältnis),

Der für die Aufzeichnung der eine höckerartige Energieverteilung aufweisenden Signa]β verwendete Schneidkopf 1st so ausgebildet, daß seine Ansprechung auf Signalkomponenten sich mit der Frequenz im wesentlichen entsprechend der Energieverteilung der Signalkomponenten im Höckerbereich ändert. Die Signalverarbeitungsanordnung dient einem doppelten Zweck: einerseits liefert sie zusammen mit dem Schneidkopf eine verhältnismäßig flache Gesamtcharakteristik, und zum anderen drückt sie den Energiepegel

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der Signalkomponenten im Höckerbereich vor deren Zuleitung an den Schneidkopf herab. Die Abschwächung oder Dämpfung der zugeleiteten Energie ermöglicht die Verwendung eines Schneidkopfes mit kleineren Abmessungen,als es andernfalls möglieh wäre. Ein Schneidkopf mit kleineren Abmessungen wiederum ergibt eine relativ große Schneidkopi -Bandbreite.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltschema eines erfindungsgemäßen

Aufzeichnungsgerätes;
Fig. 2 eine höekerartige Energieverteilungskurve von für

die Realzeitaufzeichmmg geeigneten Signalkomponenten; Fig. 3 eine höekerartige Energieverteilungskurve von Signalkomponenten mit Eignung für Aufzeichnung mit

2x-Verlangsamung;
Fig. 4 die Frequenzcharakteristik eines Schneidkopfes (ausgezogene Kurve A) mit Eignung für das Gerät

nach Fig. 1 zum Aufzeichnen von Signalkomponenten

mit 2x-Verlangsamung;
Fig. 5 die Frequenzcharakteristik einer Ausgleichsschaltung

im Gerät nach Fig. 1;
Fig. 6 die Gesamtfrequenzeharakteristik des Schneidkopfes

und der Ausgleichsschaltung nach Fig. \; und Fig. 7 die Energieverteilungskurve von Signalen am Eingang des Schneidkopfes nach Fig. ^.

Bei dem elektromechanischen Aufzeichnungsgerät nach Fig. 1 liefert eine Videosignalquelle 10 an einen Videoverlangsamungs-Pozessor 12 ein Videosignalgemisch, das Leuchtdichte- und kodierte Farbartinformation einer Folge von für die Aufzeichnung abgetasteten Farbbildern enthält. Das angelieferte Farbvideosignalgemisch kann vorteilhafterweise im "Farbträgereingrabungs^M-Format gemäß der USA-Patentschrift 3 872 498 vorliegen.

Gemäß den dortigen Lehren ist der modulierte Farbträger (beispielsweise von der allgemeinen Form nach NTSC) nicht

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wie beim NTSC-Verfahren am hohen oder oberen Ende des Leuchtdiehtesignal-Videobandes angeordnet, eondorn Im Videoband gewiesermaßen "eingegraben" . Zum Beispiel wählt man für den Parbträger eine Frequenz in der Nabe von 1,53 MHz mit Seitenbändern von + 500 KHz und einem bis 3 MHz reichenden Leuchtdichtesignal-Videoband.

Im Videoverlangsamungs-Frozessor 12 wird das Ausgangssignal der Videosignalquelle 10 verlangsamt oder heruntertransformiert, und zwar bei der vorliegenden Ausführungsform um den Faktor 2 (d.h. auf einen Videobandbereich bis 1,5 MHz),

An den Ausgang des Prozessors 12 ist ein HF-Frequenzmodulator 16 angekoppelt, der eine geeignete Quelle von HF-Schwingungen enthält und an seinem Ausgang ein frequenzmoduliertes Bildträgersignal erzeugt, dessen Nomentanfrequenz sich über einen vorbestimmten HF-Hubbereich (z.B. 4,3/2 bis 6,3/2 MHz) entsprechend der Amplitude des von der Signalquelle 10 gelieferten, verlangsamten Videosignalgemischs (z.B. bis 1,5 MHz) ändert. Bei dieser Wahl der Parameter liegt die höchste signifikante Frequenzkomponente des am Ausgang des Frequenzmodulators 16 erzeugten Signalee bei 4,65 MHz (3,15 + 1,50 MHz).

Bas elektromechanische Aufzeichnungsgerät nach Fig. 1 enthält ferner eine Audiosignalquelle 18, die einen Audioverlangsamungs-Prozessor 20 mit einem den gewünschten Begleitton für die aufzuzeichnenden Farbbilder entsprechenden Audiosignal beliefert. Der Audioverlangeamungs-Prozeesor 20 verlangsamt das Auegangssignal der Audiosignalquelle 18 ebenfalls (z.B. um den Faktor 2), damit das aufzuzeichnende Audiosignal in Korrelation zum verlangsamten Videosignal gebracht wird.

In einem an den Ausgang des Prozessors 20 angekoppelten NF-Frequenzmodulator 22 wird ein verlangsamter NF-Träger über einen NF-Hubbereich (z.B. 716/2 + 25 KHz) entsprechend der Amplitude des verlangsamten Audiosignale (z.B. bis 10 KHz

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reichend) vom Audioverlangsamungs-Prozessor frequenzmoduliert.

Die Ausgangssignale des HF-Frequenzmodulators 16 und des NF-Frequenzmodulators 22 werden in einer Modulatoranordnung 24 vereinigt und von dort einer Ausgleichsschaltung 26 zugeleitet, wo die Energiepegel der am Ausgang der Modulatoranordnung erzeugten Signalkomponenten selektiv erniedrigt werden. Das Ausgangesignal der Ausgleichsschaltung 26 gelangt Über einen Leistungsverstärker 28 und eines Anpassungstransformator 50 zum Schneidkopf 14.

Der Schneidkopf 14, der auf ein relativ hochfrequentes Signal am Ausgang deb Anpassungstransformators 50 (mit z.B. höchstfrequenter Signalkomponente bei 4,65 MHz) anspricht, zeichnet die Signalkomponenten auf einer drehbar auf einem Plattenteller 54 gelagerten Vaterplatte 52 auf, die mit einer verlangsamten Aufzeichnungsgeschwindigkeit (z.B. 450/2 U.p.M.) gedreht wird, während zugleich der Schneidkopf 14 in Korrelation zur Drehbewegung der Platte radial zu dieser verschoben wird, so daß die Aufzeichnung längs einer Spiralepur 56 auf der Vaterplatte erfolgt.

Bei Aufzeichnung eines Signals des erwähnten Formates in Echt- oder Realzeit würden der Video- und der Audioverlangsamungs-Prozessor 12 bzw. 20 entfallen, der Hubbreich des hochfrequenten FM-Trägers bei 4,5 - 6,5 MHz und der Hubbereich dea niederfrequenten FM-Trägers bei 716 + 50 KHz liegen und die Drehgeschwindigkeit des Plattentellers 450 U.p.M. betragen.

Verschiedene alternative Betriebsweisen für die Modulatoranordnung 24 sind möglich. Beispielsweise bei der in der USA-Patentschrift 5 911 476 beschriebenen Betriebsweise liefert die Modulatoranordnung 24 an ihrem Ausgang eine Impulsfolge, deren Folgefrequenz der Frequenz des hochfrequenten FM-Trägers (d.h. des Bildträgers) entspricht und deren Tastverhältnis sich mit der Frequenz des

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niederfrequenten FM-Trägers (d.h. dee Tonträgers) und Im Einklang damit ändert.

Gemäß einer anderen Betriebsweise der Modulatoranordnung 24 werden die negativen Spitzenamplituden des hochfrequenten FM-Trägers (Bildträgere) entsprechend dem niederfrequenten FM-Träger (Tonträger) moduliert, während die positiven Spitzenamplituden des hochfrequenten FM-Trägers auf einem konstanten Wert gehalten werden. Die vertikale Auslenkung des aufzeichnenden Schneidstichels hat die gleiche relative Polarität wie die des modulierten hochfrequenten FM-Trägers. Die positiven Spitzen des hochfrequenten FM-Trägers werden auf einem konstanten Pegel gehalten, um zu verhindern, daß die Abspielnadel sich beim Abspielen von Signalaufzeichnungen dieses Formats in Vertikalrichtung bewegt. Ein Verfahren, das sich einer solchen "Negativspitzen-Amplitudenmodulation" bedient, ist In der USA-Patentanmeldung Serial No. 591,968 beschrieben.

Die "Negativspitzen-Amplltudenmodulation" erfordert für eine zufriedenstellende Signalaufzeichnung auf der Vaterplatte zwar eine einigermaßen gute Amplitudenlinearität beim Schneidkopf, kommt aber andererseits mit einer verhältnismäßig geringeren Bandbreite für den Schneidkopf aus. Dieses Verfahren der Vereinigung der Ausgangsgrößen der beiden Modulatoren 16 und 22 ist daher besonders für die elektromechanische Aufzeichnung geeignet.

Der Schneidkopf 14 enthält ein zwischen dem Schneidstichel 40 und einem Sockel 42 angeordnetes piezoelektrisches« Element 38. Der Sockel 4t ist an einem bewegbar an einem Gestell 46 gelagerten Schlitten 44 befestigt, der, wie erwähnt, in Korrelation mit der Drehbewegung der Vaterplatte 32 längs einer Geraden durch den Drehpunkt der Vaterplatte verschoben wird, damit die Aufzeichnung längs einer Spiralspur auf der Plattenoberfläche erfolgt. Eine geeignete Schneidkopfaueführung ist z.B. in der obengenannten DT-OS 26 29 492 beschrieben.

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Fig. 2 zeigt eine mittlere Spektralkurve für die nach dem Verfahren gemäß dieser USA-Patentanmeldung codierten Signale, wie sie am Ausgang der Modulatoranordnung 24 bei Abwesenheit der Verlangsamungs-Prozessoren 12 und 20 erscheinen würden« Wie erwähnt, werden bei Realzeitaufzeichnung diese beiden Prozessoren 12 und 20 nicht benötigt, während der HP-Hubbereich bei 4,3 - 6,3 HHz und der NF-Hubbereich bei 716 + 50 KHz liegen und der Plattenteller mit 450 U.p.M. gedreht wird.

Man sieht aus Fig. 2, daß der Energiepegel der videosignale unterhalb 4,3 MHz und oberhalb 6,3 MHz sehr rasch abfällt, was zugleich die Grenzwerte des HP-Hubbereiches für Realzeitaufzeichnung sind. Die Energiespektren der codierten Videosignale ändern sich natürlich ständig mit den Änderungen der Bildinformation. Jedoch bleibt unabhängig von diesen Bildinformationsänderungen der Hauptanteil der hochpegeligen Energiekomponenten der codierten Videosignale in diesem 4,3 - 6,3 MHz-Bereich massiert.

Fig. 3 zeigt eine mittlere Spektralkurve für die nach dem Verfahren gemäß Jener USA-Patentanmeldung codierten Videosignale, wie sie am Ausgang der Modulatoranordnung bei Verwendung der Verlangsamungs-Prozessoren 12 und 20 zwecke Gewinnung von für die Aufzeichnung mit 2x-Verlangsamung geeigneten Signalen erscheinen. Bei 2x-verlangsamter Aufzeichnungsgeschwindigkeit ist der größte Anteil der Videoenergie im Bereich von 2,15 MHz (4,3/2) bis 3,15 MHz (6,3/2) konzentriert.

Die auegezogene Kurve in Fig. 4 gibt den Frequenzgang oder die Frequenzcharakteristik eines für die Aufzeichnung von Signalkomponenten mit 2x-Verlangsamung geeigneten Schneidkopfes 14 wieder. Erfindungsgemäß ist die Resonanzfrequenz des Schneidkopfes so gewählt, daß sie mitten in dem Frequenzband liegt, wo der Hauptanteil der codierten Videosignalkomponenten auftritt (d.h. 5,3/2 MHz). Ferner sieht man beim Vergleich der Kurv.i nach Fig. 3 mit der ausgezogenen Kurve A in Fig. 4, daß die Form der Ausgangsansprechung

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des Schneidkopfes 14 (d.h. dee Schneid.itichel-Au^lenkweges) auf Signalkomponenten im Bereich der Resonanzfrf uenz des Schneidkopfes sich mit der Frequenz in einer Weise ändert, die der Weise der Änderung der Energiepegel der Signalkomponenten in diesem Bereich entspricht. Dagegen geben die gestrichelte Kurve B und die gestrichelte Kurve C Ansprechcharakteristiken wieder, die nicht dem oberen Teil der Spektralverteilungskurve des Aufzeichnungssignals in diesem Bereich angepaßt sind, obwohl die Maxima dieser Kurven in der Frequenz mit den Maxima der Spektralverteilungskurve zusammenfallen. So weist z.B. die Charakteristik gemäß der gestrichelten Kurve B zwar eine größere Empfindlichkeit bei Resonanz auf, Jedoch ist sie zu schmal, um der Spektralverteilungskurve des Aafzeichnungssjgnals angepaßt zu sein, während andererseits die Charakteristik gemäß der gestrichelten Kurve C keine ausreichende Empfindlichkeit bei Resonanz aufweist und außerdem für eine Anpassung an die Spektralverteilungskurve zu breit ist. Der Vorteil der Ausrichtung der S_chneidkopfansprechung auf das Energiespektrum der codierten Signale wird aus der nachstehenden Erörterung ersichtlich.

Fig. 5 zeigt die Frequenzcharakteristik der Ausgleichsschaltung 26 in Fig. 1. Ein Vergleich der Figuren 3, 4 und 5 zeigt, daß die Frequenzcharakteristik der Ausgleichsschaltung 26 zur Frequenzcharakteristik des Schneidkopfes 14 und zur Spektralverteilung der hochenergiepegeligen Komponenten der codierten Videosignale komplementär ist.

Die Ausgleichsschaltung 26 dient erfindungsgemäß einem doppelten Zweck. Einmal ergibt sie zusammen mit dem Schneidkopf 14 eine Frequenzcharakteristik, die über den von den Komponenten des codierten Videosignals besetzten Bandbereich verhältnismäßig flach ist (Fig. 6). Zum anderen drückt oder dämpft sie den Energiepegel von im Bereich des Hauptanteils der Energie des codierten Videosignals liegenden Signalkomponenten (Fig. 7) herab, so daß der Schneidkopf gegen die Beaufschlagung mit übermäßig starken elektrischen

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Feldern geschützt wird. Durch diese Abschwächung oder Bedämpfung der angelegten Energie kann man einen Schneidkopf mit kleineren Abmessungen verwenden, als es andernfalls möglich wäre. Durch die kleineren Abmessungen wird wiederum eine relativ große Bandbreite des Schneidkopfes erzielt.

Wie erwähnt, stellt man, wenn bei Frpquenzen beträchtlich unterhalb der Hauptresonanzfrequenz des Schneidkopfes gearbeitet wird, den Bildträgerpegel (d.h. den Pegel des hochfrequenten FM-Trägers) auf 175 V eff. ein, um ein annehmbares Stör/Nutzverhältnis für die Aufzeichnung zu erhalten (z.B. 54 db). Erfindungngemäß (bei Ausrichtung der Schneidkopfansprechung auf das Energiesp«»ktrum des codierten Signals) ist, wenn der Bildträgerpegel am Eingang der Ausgleichsschaltung 26 so eingestellt ist, daß sich der gleiche Schneidkopf-Aufzeichnungspegel für die Aufzeichnung von Videosignalen mit der Spektralverteilung nach Fig. "*> ergibt, die maximale Spannung am Schneidkopf 14 wesentlich verringert (z.B. auf 55 V eff.). Entsprechend ist auch das elektrische FjId am Schneidkopf 14 verringert. Beispielsweise ist die elektrische Feldstärke am für die Aufzeichnung mit 2x-Verlangsamung geeigneten Schneidkopf (z.B. einem Schneidkopf mit einer Dicke, ausschließlich Stichel und Sockel, von ungefähr 0,025 cm - 0,010 Zoll) um den Faktor 3 herabgesetzt (von 17500 V eff. auf 5500 V eff. pro 2,54 cm), was in der Tat eine erhebliche Verbesserung bedeutet. Je nach der Art des verwendeten Piezoelektrikums liegen die Grenzen für d±e besten Treiberelektrika, um thermische Uurchgehschwierigkeiten zu vermeiden, bei ungefähr 10000 bis 30000 V eff. pro 2,^4 cm. Die Herabsetzung der Feldstärke am Schneidkopf ist noch wichtiger, wenn in Realzeit aufgezeichnet wird, wobei die Schneidkopfdicke, ausschließlich Stichel und Sockel, voraussichtlich noch kleiner ist. Außerdem werden bei Realzeitaufzeichnung die mechanischen Verluste bedeutsamer, da sie wegen der erhöhten Geschwindigkeiten des aufzeichnenden Stichels mit zunehmenden Signalkomponentenfrequenzen relativ höher werden.

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Würde man für die Aufzeichnung des codierten Videosignals gemäß der genannten USA-Patentanmeldung Serial No. 591,968 die höchste signifikante Frequenzkomponente des Aufzeichnungssignals auf einen Wert beträchtlich unterhalb der Resonanzfrequenz des Schneidkopfes begrenzen, so könnte der Schneidkopf 14, der eine Dicke, ausschließlich Stichel und Sockel, von ungefähr 0,02¹T) cm (0,010 Zoll), eine verhältnismäßig gleichförmige Frequenzcharakteristik bis 1 MHz und eine Resonanzfrequenz bei 2,65 MHz (z.B. 5,3/2) hat, nur mit, einer Geschwindigkeit aufzeicnnen, die gegenüber der Realzeit-Aufzeichnungsgeschwindigkeit um einen Faktor von ungefähr 9 verringert ist. Dagegen ermöglicht erfindungsgemäß der gleiche Schneidkopf Aufzeichnungen ait einer Geschwindigkeit, die gegenüber der Realzeit-Aufzeichnungsgeschwindigkeit nur um den Faktor 2 verringert ist.

Würde man den Schneidkopf und die Ausgleichsschaltung nicht in der beschriebenen W_eise aufeinander abstimmen, so müßte bei gleichem Aufzeichnungspegel des codierten Signals die an den Schneidkopf gelegte !pannung bis zu dreimal größer sein. Wäre dann auch die Hauptresonanzfrequenz (z.B. 5,3/2 MHz) bis zu 4,5-mal höhex' zu bemessen als die Mittenfrequenz des Trägerfrequenz-Hubbereiches (z.B. 5,3/9 MHz) und wäre der Schneidkopf nicht auszugleichen, so könnte die erforderliche Schneidkopfdicke um das bis zu 4,5-fache verringert werden. Alles in allem könnte dies bedeuten, daß der zulässige Aufzeichnuugssignalpegel relativ um das bis zu 3 x 4,5 « 13,5-fache zu begrenzen wäre für den gleichen Grenzwert, der zwecks Sicherstellung eines stabilen Betriebs für das intern· elektriuche Feld festzusetzen ist. Durch die einen Betrieb bei den Hauptresonanzfrequenzen ermöglichende Ausbildung des Schneidkopfes sowie durch die Anpassung der Charakteristiken des Schneidkopfes,der Ausgleichsschaltung und der Spektren, wie vorstehend beschrieben, wird somit ein größeres (Signalausgang ζ Bandbreite)-Produkt erzielt. Dies ermöglicht eine erfolgreiche Aufzeichnung mit 2z-Verlangsamung und verbessert stark die Aussichten einer Aufzeichnung mit Realzeitgeschwindigkeit.

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Ein weiterer Vorteil der Anpassung der Schneidkopf- und Auegleichercharakterietik an die der codierten Signalspektren feesteht darin, daß die im Leistungsverstärker und/oder in Schneidkopf hervorgerufene Trägerschwingungsverzerrung Terringert wird· Da der Ausgleicher dem Leistungsverstärker vorgeschaltet ist, werden vor dem Ausgleicher eingeführte Verzerrungen nicht beeinflußt, vorausgesetzt, daß die betroffenen Prequenzkomponenten im Durchlaßbereich des Systems liegen. Dagegen werden im Leistungsverstärker, im Anpassungstransformator und im Schneidkopf hervorgerufene Formverzerrungen des Videoträgers verringert, da die zweite, dritte usw. Harmonische relativ zur Amplitude der Videoträger-Grundschwingung, die nahe bei der Resonanzspitze liegt, beträchtlich unterhalb der Ansprechkurve des Schneidkopfes liegen. (S.Pig. 2)

Umgekehrt würden bei Anwendung des anderen Konstruktionsprinzips mit HauptreeonaSzepItzeyiei^Peiner ungefähr 4,5 mal höheren Frequenz als die Mittenfrequenz des Trägerfrequenzhubbereiches die zweite und die dritte Harmonische angehoben, da sie dann mehr in der Nähe oder bei der Hauptresonanzspitze des S_ehneidkopfes liegen würden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des S_ehneidkopfes, welche die gewünschte Ansprechcharakteristik ergibt, wird dadurch möglich, daß die Spektralkomponenten des Aufzeichnungseignale to veretilt sind, daß sie nahezu alle innerhalb ungefähr einer Oktave des Frequenzspektruas enthalten sind. Man sieht aus Fig. 2, daß bei codierten Videosignalen im erwähnten Format die Komponenten mit dem höchsten Energiepegel, d.h. die in einem Bereich von 20 db des Maximums liegenden Komponenten, sämtlich in den Bereich zwischen 3,5 und 7 MHa fallen (d.h. innerhalb einer Oktave des Prequenzepektrums). In einem solohen Fall läßt sich ein Schneidkopf mit bedeutend erhöhter Empfindlichkeit (z.B. 10 db und mehr) über eine relativ kleine Anzahl von Oktaven (d.h. 1 Oktave) konstruieren, d.h. ein Schneidkopf, dessen Ansprechcharakteristik der Spektralverteilungskurve des

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Aufzeichnungssigrals über eine relativ kleine Anzahl von Oktaven (z.B. 3,5 - 7 MHz) im wesentlichen angepaßt ist.

Lagegen würde bei Direktaufzeichnung des pinen Bereich von 30 Hz bis 3 MHz umfassenden Videobasisbanasignales, statt Aufcodierung desselben auf einen FM-Träger wie im vorliegenden Fall, die Spektralverteilung des Aufzeichnungssignals über viele Oktaven des Frequenz.spektrums (nämlich 17 Oktaven) reichen. Es wäre sehr schwierig, einen Schneidkopf zu konstruieren mit einer merklich erhöhten Empfindlichkeit, die der Spektralverteilung des Basisbandsignales angepaßt ist, wenn dieses so viele Oktaven des Frequenzspektrums (z.B. 17 Oktaven) umfaßt.

Das Audiobasisbandsignal, das einen Bereich von 20 Hz bis 20 KHz umfaßt, nimmt ungefähr 10 Oktaven des Frequenzapektrums ein. Wiederum wäre es senr schwierig, einen Schneidkopf mit merklich erhöhter Empfindlichkeit über so viele Oktaven des Frequenzspektrums zu konstruieren.

Stellt man den Q-Wert der Resonanzspitze auf die Erzielung einwandfreier Resultate ein, so reicht die erhöhte Empfindlichkeit in der Nähe der Resonanzapitze des Schneidkopfes nur über ungefähr eine Oktave. Dadurch erklärt sich, weshalb der erfindungsgemäße Vorschlag, die Ansprechcharakteristik des Schneidkopfes an die Spektralverteilungskurve des Aufzeichnungssignale anzupassen, besonders gut für die Aufzeichnung von Signalen geeignet ist, die eine relativ kleine Anzahl von Oktaven (z.B. 1 Oktave) einnehmen.

Die Resonanzfrequenz des Audio-S_chneidkopfes bemißt man typischerweise ungefähr 2 bis 3 mal höher als die Mittenfrequenz des Frequenzbandes, in dem der Hauptanteil der Energie des Audiobasisbandsignales liegt (d.h. 200 - 500 Hz-Bereich). Durch einen schmalen Frequenzbereich der Abschwächung der dem Audio-Schneidkopf zugeleiteten Signale (z.B. 1 Oktave) in der Nähe der Hauptresonanzfrequenz

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des S_chneidkopfes (z.B. aufgrund der Verwendung eii ar Gegenkopplung) wird die Maximalspannun_L-, die dem Audio-Schneidkopf zugeleitet wird, nicht nennenswert verändert, da die Audiobasisbandsignalkomponenten sich über viele Oktaven (z.B. 10 Oktaven) erstrecken.

Ferner sollte die Schneidkopfkonstruktion nicht nur eine Ansprechcharakteristik, die dem oberen Teil der Spektralverteilungskurve des Aufzeichnungasignals angepaßt ist, wie oben beschrieben, ergeben, sondern auch für eine zufriedenstellende Vertikalbewegung des Schneidstichel bis zu ungefähr 1/2 Oktave über die Haaptresonanzfrequenz des Schneidkopfes hinaus sorgen. Der S_ohneidkopj. bellte so konstruiert sein, daß die unerwünschte Horizontalbewegung des Sphneidstichels nur einen kleinen Bruchteil seine" Vertikalbewegung über diesen Bereicht ausmacht. Hierzu ist der in der USA-Patentschrift 4 035 590 beschriebene Niederprofil-Pyramidenschneidkopf besonders geeignet. Die Niederprofil-Pyramidenkonstruktion des dortigen Schneidkopfes weist eine angemessene Steifigkeit in der Horizontalsowie in der Vertikalrichtung auf, üo daß eine wirksame Kontrolle der Horizontalbewegung des Schneidstichels möglich ist.

Statt wie vorstehend beschrieben auf ein Aufzeichnungssystem mit 2x-Verlangsamung ist die Erfindung ebenso auch auf Systeme mit Realzeitaufzeichnung anwendbar. Beispielsweise kann man den im vorstehend beschriebenen Fall für die Aufzeichnung mit 2x-Verlangsamung bei vor der Verlangsamung den Bereich zwischen 5,3 und 6,3 MHz umfassendem Eingangsträgerfrequenz-Hubbereich verwendeten Schneidkopf mit einer Dicke, ausschließlich Stichel und Jockei, von 0,025 cm (0,010 Zoll) ebenso auch für die Realzeitaufzeichnung verwenden, wenn der Eingangsträgerfrequenz-Hu.jbereich vor der Verlangsamung gemäß einem ändert η Codierformat zwischen 2,65 MHz und 3,15 MHz liegt.

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Claims

Patentansprüche

1» Einrichtung zum elektromechanischen Aufzeichnen von in ihrem Frequenzspekctrum einen Bereich relativ hohen Energiepegels aufweisenden Signalen auf einer Vaterplatte, gekennzeichnet durch einen breitbandigen Schneidkopf (14), der die Signale auf der Vaterplatte bei Relativbewegun_b zwischen dieser und ihm aufzeichnet und dessen Frequenzcharakteristik einen Bereich relativ größerer Empfindlichkeit beiderseits seiner Resonanzfrequenz aufweist; durch eine Signalzuleitanordnung (28, 30), welche die Signale dem Schneidkopf zuleitet, derart, daß dieser den Signalen entsprechende Ausschwingungen vollführt; und durch eine zwischen die die Signale liefernde Signalquelle (10) und die Signalzuleitanordnung eingeschaltete Signalverarbeitungsanordnung (26), welche die Signale selektiv behandelt und deren Frequenzcharakteristik einen dem Bereich größerer Empfindlichkeit in der Frequenzcharakteristik des Schneidkopfes entsprechenden Bereich relativ größerer Dämpfung aufweist, derart, daß sich eine über das Signalfrequenzspektrum verhältnismäßig gleichförmige Gesamtfrequenzcharakteristik ergibt, wobei der Schneidkopf und die Signalverarbeitungsanordnung so ausgebildet sind, daß die Frequenzcharakteristik der Signalverarbeitungsanordnung in ihrer Form komplementär zur Energieverteilungscharakteristik der Signale im Frequenzspektrumsbereich relativ hohen Energiepegels ist, derart, daß die hochpegeligen Signalkomponenten vor der Zuleitung an den Schneidkopf in ihrem Energiepegel wesentlich herabgedrUckt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 zum Aufzeichnen von Signalen mit einem Träger, der mit Videoinformation über einen gegebenen Frequenzhubbereich frequenzmoduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungaanordnung (26) selektiv den Energiepegel der Signale herabsetzt; daß die den Energiepegel herabsetzende Anordnung so ausgebildet ist, daß die Form ihrer Frequenzcharakteristik Ib umgekehrten Verhältnis zur F»rm der

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Frequenzcharakteristik des Schneidkopfes im Bereich erhöhter Empfindlichkeit steht, derart, daß die kombinierte Ansprechcharakteristik der den Energiepegel herabsetzenden Anordnung und des Schneidkopfes im Frequenzhubbereich verhältnismäßig flach 1st; daß der Schneidkopf (14) so ausgebildet ist, daß seine Hauptresonanzfrequenz im wesentlichen der Mittenfrequenz des Frequenzhubbereiches entspricht und daß die S_chneidkopfansprechung auf die Signalkomponentenfrequenzen im Frequenzhubbereich sich mit der Frequenz in einer Weise ändert, die im wesentlichen der Änderungsweise des Energiepegels dieser Signalkomponenten im Frequenzhubbereich entspricht; und daß die Ansprechcharakteristik der den Energiepegel herabsetzenden Anordnung sich in einer Weise ändert, die im wesentlichen der Umkehrung der Änderungaweise des Energiepegels jener Signalkomponenten im Frequenzhubbereich entspricht, derart, daß der Energiepegel der hochpegeligen Signalkomponenten vor Zuleitung an den Schneidkopf wesentlich herabgedrückt wird.

% Einrichtung nach Anspruch 1 zum Aufzeichnen von Signalen mit einem Träger, der mit Videoinformation über einen gegebenen Frequenzhubbereich frequenzmoduliert ist, gekennzeichnet durch eine an die Signalquelle (10) angekoppelte Verlangsamungeanordnung (12) zum Erzeugen von verlangsamten Signalen, derart, daß eingangsseitig um den Frequenzhubbereich massierte Signalkomponenten ausgangsseitig als um einen modifizierten Frequenzhubbereich massierte Signalkomponenten erscheinen; daß der Schneidkopf (14) die derart verlangsamten Signale auf der Vaterplatte aufzeichnet; daß die Ansprechung des S_chneidkopfee auf die verlangsamten Signalkomponenten sich mit der Frequenz ändert und der Frequenzgang des S_ehneidkopfes einen Bereich relativ erhöhter Empfindlichkeit beiderseits der Resonanzfrequenz des Schneidkopfes aufweist; daß die Signalzuleitanordnung (28, 30) dem Schneidkopf die verlangsamten Signale zuleitet; daß eine Signaldämpfungeanordnung in der Signalverarbeitungsanordnung (26)

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selektiv den Energiepegel der verlangsamten Signale herabsetzt; daß die Signaldämpfungpanordmmg so ausgebildet ist, daß die Form ihrer Frequenzcharakteristik der umgekehrten Form der Frequenzcharakteristik des Schneidkopfes im Bereich erhöhter Empfindlichkeit entspricht, derart, daß der Gesamtfrequenzgang der Signaldämpfungsanordnung und des Schneidkopfes im modifizierten Frequenzhubbereich verhältnismäßig flach ist; daß der Schneidkopf so ausgebildet ist, daß seine Hauptresonanzfrequenz im wesentlichen der Mittenfrequenz des modifizierten Frequenzhubbereiches entspricht und daß die Schneidkopfansprechung auf die verlangsamten Signalkomponentenfrequenzen im modifizierten Frequenzhubbereich sich mit der Frequenz in einer Weise ändert, die im wesentlichen der Änderungsweise des Energiepegels dieser Signalkomponenten im modifizierten Frequenzhubbereich entspricht; und daß die Ansprechcharakteristik der Signaldämpfungsanordnung sich in einer Weise ändert, die im wesentlichen der Umkehrung der Änderungsweise der Energiepegel jener Signalkomponenten im modifizierten Frequenzhubbereich entspricht, derart, daß die Energiepegel der hechpegeligen Signalkomponenten vor der Zuleitung an den Schneidkopf wesentlich herabgedrückt werden.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der S_chneidk*pf ein auf die Signale ansprechendes piezoelektrisches Element (38), einen daran befestigten Schneidstichel (40) zum Aufzeichnen der Sigrale, einen ebenfalls am piezoelektrischen Element befestigten Sockel (42), der die richtige Schneidkopf-Frequenzcharakteristik herstellt und unerwünschte Seitwärtsbewegungen des Schneidstichels unterbindet, und eine mit dem Sockel verbundene Halterung zum Anstellen des S_chneidstichels an die Vaterplatte für die Signalaufzeichnung enthält; und daß die Ansprechcharakteristik der Signalverarbeitungsanordnung (26) sich in einer Weise ändert, die im wesentlichen der Umkehrung der Änderungsweise der Spannungspegel der besagten Signalkomponenten über den Bereich hohen

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Energiepegels entspricht, derart, daß die Spannungspegel der hochpegpligen Signalkomponenten vor der Zuleitung an den Schneidkopf wesentlich erniedrigt werden.

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