DE565850C

DE565850C - Method for making groove tone recordings

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Publication number: DE565850C
Application number: DEB151022D
Authority: DE
Original assignee: HANS JOACHIM V BRAUNMUEHL DR
Current assignee: HANS JOACHIM V BRAUNMUEHL DR
Priority date: 1931-07-10
Filing date: 1931-07-10
Publication date: 1933-10-20

Description

Die bisherigen Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiete der Elektroakustik erstreckten sich in der Hauptsache auf die Vergrößerung des Frequenzumfanges und die Verminderung des Klirrfaktors. Diese Verbesserungen haben es mit sich gebracht, daß die auftretenden Störgeräusche, deren Hauptkomponenten an den beiden nunmehr mitübertragenen Enden des Frequenzspektrums liegen, wesentlieh merkbar auftreten. Hierdurch wird objektiv, bisweilen noch stärker subjektiv der dynamische Bereich gegenüber früher eingeschränkt. Unter dem dynamischen Bereich ist das Verhältnis der größten Nutzlautstärke zum Störgeräusch zu verstehen. Da in diesem Zusammenhange das Störgeräusch als eine Gegebenheit zu betrachten ist, läuft die Vergrößerung der Dynamik auf eine Erhöhung der Nutzlautstärke hinaus. Die Er-Weiterung des dynamischen Bereiches ist somit der Erhöhung der Nutzlautstärke proportional und durch den Aufwand der technischen Mittel begrenzt. Es gibt jedoch Störspektren und Übertragungsverfahren, bei denen durch frequenzabhängige Vergrößerung der Nutzamplitude eine erhebliche Erweiterung der Dynamik erzielt werden kann. Eine solche Methode soll für die Schallplatte nachstehend beschrieben werden.The previous development work in the field of electroacoustics extended mainly on increasing the frequency range and reducing it the distortion factor. These improvements have meant that the occurring Interfering noises, the main components of which are at the two ends that are now also transmitted of the frequency spectrum are essentially noticeable. This makes it objectively, the dynamic range is sometimes even more subjectively restricted than it used to be. The dynamic range is the ratio of the maximum useful volume to the background noise. There In this context, the background noise is to be regarded as a given, runs the increase in dynamics to an increase in the useful volume. The extension of the dynamic range is therefore proportional to the increase in the useful volume and limited by the expenditure of technical means. However, there are interference spectra and transmission methods which a considerable expansion due to the frequency-dependent increase in the useful amplitude the dynamics can be achieved. One such method is said for the gramophone record below to be discribed.

Bei den heute ausschließlich üblichen Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe von Schallplatten ist die sogenannte Geschwindigkeitsamplitude (G. A.), d. h. das Produkt aus Rillenamplitude und Frequenz für die Lautstärke maßgebend. Für konstante Lautstärke, also bei konstanter G. A. für den ganzen Frequenzbereich ergeben sich für die tiefen Frequenzen die größten Auslenkungen, die dann mit 1// (f = die Frequenz) abnehmen. Die größte Lautstärke ist demnach begrenzt durch die bei gegebenem Rillenabstand zulässige Amplitude bei der tiefsten zu übertragenden Frequenz. Hieraus ergibt sich eine geringe Ausnutzung des Rillenabstandes bei den für die Lautstärke maßgebenden mittleren Frequenzen.With the methods for recording and playback of Record is the so-called speed amplitude (G.A.), i. H. the product from the groove amplitude and frequency decisive for the volume. For constant volume, i.e. with constant G.A. for the the entire frequency range results in the largest deflections for the low frequencies, which then decrease with 1 // (f = the frequency). The greatest volume is therefore limited by the given groove spacing permissible amplitude at the lowest frequency to be transmitted. From this it follows a low utilization of the groove spacing in the middle, which is decisive for the volume Frequencies.

Im einzelnen hat man mit folgenden Verhältnissen zu rechnen: Der Rillenabstand beträgt bei den üblichen Platten 0,26 mm, von einer Rillenmitte zur anderen gemessen. Nach eingehenden Untersuchungen beträgt der Spitzendurchmesser der zur Verwendung kommenden Abtastnadeln etwa 0,1 mm. Dünnere Nadeln scheiden infolge des zu groß werdenden Flächendrucks aus. Zur einwandfreien Führung der Nadel ist eine obere Öffnung der Klangrille von mindestens 0,12 bis 0,13 mm erforderlich. Der übrigbleibende Steg zwischen zwei Rillen beträgt demnach ebenfalls 0,13 mm. Da im ungünstigsten Falle die Auslenkungen zweier Nachbarrillen gegeneinandergerichtet sind, ist der absolute Maximalwert der Amplitude mit 65 μ anzusetzen. Setzt man von 50 Hz anIn detail, one has to reckon with the following conditions: The groove spacing in the usual plates is 0.26 mm, measured from one groove center to the other. According to detailed investigations, the tip diameter of the scanning needles used is about 0.1 mm. Thinner needles are ruled out due to the increasing surface pressure. For proper guidance of the needle, an upper opening of the sound groove of at least 0.12 to 0.13 mm is required. The remaining land between two grooves is therefore also 0.13 mm. Since in the worst case the deflections of two neighboring grooves are directed against each other, the absolute maximum value of the amplitude should be set at 65 μ . Assuming 50 Hz

konstante G. A. voraus, so ergeben sich folgende Amplitudenwerte:constant G.A., the following amplitude values result:

Frequenzfrequency

50 bis 250 Hz
500
500050 to 250 Hz
500
5000

₅ 50 Hz 65,0 μ ₅ 50 Hz 65.0 µ

500 - 6,5 μ 500 - 6.5 µ

5000 - 0,65 μ 5000 - 0.65 µ

Die geringen Amplituden für die mittleren und hohen Frequenzen bei diesem Aufnahmeverfahren bedingen ein unzureichendes Niveau der Nutzlautstärke zum Störgeräusch. Die Schallplattenindustrie ist aus diesem Grunde dazu übergegangen, bis zu 250 Hz konstante Amplitude zu benutzen und erst oberhalb dieser Frequenz konstante G. A. aufzubringen. Der hierdurch erzielte Lautstärkengewinn ergibt sich aus folgender Tabelle: The low amplitudes for the medium and high frequencies in this recording method cause an inadequate level of usable volume for background noise. The record industry is out of this Basically switched to using constant amplitude up to 250 Hz and only to apply constant G.A. above this frequency. The volume gain achieved in this way results from the following table:

Max. Rillenamplitude 65,0 μ 32,5 μ 3.25 μ Max. Groove amplitude 65.0 μ 32.5 μ 3.25 μ

Dem Vorteil eines fünffachen Lautstärkengewinns steht der Nachteil geringer Bässe gegenüber, der bei Benutzung akustischer Wiedergabegeräte nur sehr unvollkommen ausgeglichen werden kann. Die bei diesem Verfahren erreichte Dynamik beträgt nach der Parallelohmmethode 1 : 100. Eine Erweiterung dieses Bereiches ist dringend erwünscht. The advantage of a five-fold gain in volume has the disadvantage of poor bass opposite, which can only be compensated very imperfectly when using acoustic playback devices. The one with this one The dynamics achieved using the parallel resistance method are 1: 100. An extension this area is urgently desired.

Die bisher bekannten Methoden zur Verringerung des Nadelrauschens laufen mehr oder weniger auf eine Benachteiligung der hohen Frequenzen bei der Wiedergabe hinaus. Entweder erfolgt diese Beschneidung der hohen Frequenzen schon durch die Frequenzcharakteristik des Tonabnehmers selbst oder durch Einbau eines -elektrischen Siebkreises für den Frequenzbereich, der erfahrungsgemäß subjektiv am störendsten wirkt, oder durch Eingriff in den Verstärker, in dem man von einer bestimmten Frequenz an die Verstärkungskurve mit i\f absinken läßt. Im gleichen Maße wie das Störgeräusch werden auch die in diesem Bereich liegenden Nutzfrequenzen geschwächt. Ein Ausgleich läßt sich schaffen dadurch, daß man schon bei der Aufnahme die zu schwächenden Frequenzen bevorzugt.The methods known up to now for reducing needle noise more or less result in a disadvantage of the high frequencies during playback. Either the high frequencies are cut off by the frequency characteristics of the pickup itself or by installing an electrical filter circuit for the frequency range, which experience has shown to be the most disruptive, or by intervening in the amplifier by starting with a certain frequency on the gain curve i \ f can sink. The useful frequencies in this range are weakened to the same extent as the background noise. A compensation can be created by giving preference to the frequencies to be attenuated during the recording.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, diese Tendenz bis zu dem erreichbaren Maximum durchzuführen. Es soll zunächst unabhängig von dem Frequenzspektrum des Nadelrauschens und unabhängig von der hierbei resultierenden Frequenzkurve der G. A. für alle Frequenzen die größte im Hinblick auf den gegebenen Rillenabstand und den entstehenden Krümmungsradius noch mögliche Lautstärke aufgebracht werden.The method according to the invention now consists in taking this tendency to the point where it is achievable Perform maximum. It should initially be independent of the frequency spectrum of the needle noise and independent of the resulting frequency curve of the G.A. for all frequencies the largest in terms of on the given groove spacing and the resulting radius of curvature possible volume can be applied.

Als maximale Amplitude steht die halbe Stegbreite von 65 μ zur Verfügung. Von der tiefsten Frequenz an aufwärts wird also mit dieser Amplitude von 65 μ geschnitten bis zu derjenigen Frequenz, bei welcher der rasch abnehmende Krümmungsradius der Klangrille gleich dem der Nadel geworden ist. Der Krümmungsradius ist gegeben durch folgenden Ausdruck:Half the web width of 65 μ is available as the maximum amplitude. From the lowest frequency upwards, this amplitude of 65 μ is used to cut to the frequency at which the rapidly decreasing radius of curvature of the sound groove has become the same as that of the needle. The radius of curvature is given by the following expression:

worin ν die
Klangrille istwhere ν the
Sound groove is

(ι)(ι)

Ablaufsgeschwindigkeit derExpiry speed of the

υ =υ =

78
~-
6078
~ -
60

a = Rillenamplitude, a = groove amplitude,

ω= 2 % f = Kreisfrequenz,ω = 2 % f = angular frequency,

f = Frequenz, f = frequency,

r = Radius der Rille (Abstand der r = radius of the groove (distance between

• Rille vom Plattenzentrum). Der Krümmungsradius ist bei konstanter Frequenz und konstanter Amplitude proportional v~; demnach ist er für den kritischen Fall des kleinsten vorkommenden ν zu betrachten. Bei einem unbespielten Plattenspiegel von 12 cm 0" beträgt• Groove from the center of the plate). At constant frequency and constant amplitude, the radius of curvature is proportional to v ~; therefore it is to be considered for the critical case of the smallest ν occurring. For an unrecorded record area of 12 cm 0 "is

ν = cm/Sek. ν = cm / sec.

Bei dem kleinsten zulässigen Krümmungsradius von 0,005 cm (entsprechend dem Krümmungsradius der Nadelspitze) ergibt sich unter Beibehaltung der Amplitude von 65 μ eine obere Grenzfrequenz vonWith the smallest permissible radius of curvature of 0.005 cm (corresponding to the radius of curvature of the needle tip), while maintaining the amplitude of 65 μ, an upper limit frequency of

f—f—

231 ■231 ■

= 1360 Hz. (2)= 1360 Hz. (2)

Von dieser Grenzfrequenz ab muß der Krüm- iod mungsradius konstant gehalten werden, d.h.From this cut-off frequency, the Krüm- iod the radius of curvature must be kept constant, i.e.

die Rillenamplitude muß mit — _¥ abnehmen,the groove amplitude must decrease _{with - ¥,}

demnach die G. A. mit — kleiner werden, mitaccordingly the G.A. with - become smaller, with

ωω

anderen Worten, muß mit konstanter Beschleunigungsamplitude geschnitten werden. In Fig. ι ist der dargestellte Frequenzverlauf der G. A. graphisch wiedergegeben. Die G. A. wächst von 2,04 cm/Sek. stetig bis zu der er- no rechneten Grenzfrequenz von 1360 Hz an und hat dort den Wert 55,5 cm/Sek. VonIn other words, it must be cut with a constant acceleration amplitude. In Fig. Ι the illustrated frequency profile of the G.A. is graphically reproduced. The G. A. grows from 2.04 cm / sec. continuously up to the calculated limit frequency of 1360 Hz and there has the value 55.5 cm / sec. from

hier ab fällt die G. A. mit — und beträgt beifrom here on the G.A. falls with - and amounts to

Hz noch 12,6 cm/Sek. Frequenzen über Hz sind in diesem Zusammenhange uninteressant. Der bisher benutzte Frequenzgang ist durch die gestrichelte Linie AG' G dargestellt; die G. A. erreicht hier bei 250 Hz ihren Höchstwert von 10,2 cm/Sek. und behält diesen Wert nach hohen Frequenzen hin bei. Der Gewinn an Lautstärke wird reprä-Hz still 12.6 cm / sec. Frequencies above Hz are of no interest in this context. The previously used frequency response is shown by the dashed line AG 'G ; the GA reaches its maximum value of 10.2 cm / sec at 250 Hz. and maintains this value towards high frequencies. The gain in volume is represented

sentiert durch den Abstand der Linien AG'G und ABC. sent by the distance between the lines AG'G and ABC.

Es ist jedoch mit Rücksicht auf den Krümmungsradius nicht notwendig, von der Grenzfrequenz an mit fallender G. A. zu schneiden, und zwar aus folgenden Gründen:However, with regard to the radius of curvature, it is not necessary from the cutoff frequency to cut with decreasing G.A. for the following reasons:

1. Die gezogene Grenze bezieht sich immer auf die kritischen kleinsten Rillenradien. Mit wachsendem Radius nimmt der Krümmungsradius quadratisch zu.1. The limit drawn always relates to the critical smallest groove radii. As the radius increases, the radius of curvature increases quadratically.

2. Unter der Voraussetzung, daß die Platten von innen nach außen geschnitten werden, hat man bei Spielbeginn mit den kleineren Krümmungsradien einer frischen Nadel zu2. Assuming that the panels are cut from the inside out, at the start of the game you have a fresh needle with the smaller radii of curvature

«5 rechnen gegenüber dem in die Rechnung eingesetzten mittleren Wert einer Nadelspitzenkrümmung, wie sie nach Ablauf der halben Platte vorhanden ist.«5 calculate against the one used in the invoice mean value of a needle point curvature as it is present after half the plate has expired.

3. Die angegebenen Werte beziehen sich ao auf die lautesten Stellen des aufgenommenen Klangbildes. Bei geringen Lautstärken steigt der Krümmungsradius linear an. Zudem pflegt bei der praktischen Aufnahme von Sprache und Musik das Maximum der Laut- «5 stärke selten am Anfang zu liegen.3. The stated values relate to the loudest parts of the recorded Sound image. At low volume levels, the radius of curvature increases linearly. In addition In the practical recording of speech and music, the maximum volume seldom lies at the beginning.

4. Messungen der Schalldruckverteilung in dem Spektrum natürlicher Klangbilder haben übereinstimmend ergeben, daß der Schalldruck oberhalb von etwa 2000 Hz mit der Frequenz abnimmt, so daß ein gefährliches Kleinwerden der Krümmungsradien durch große Amplituden nicht zu befürchten ist.4. Have measurements of the sound pressure distribution in the spectrum of natural sound images consistently show that the sound pressure decreases above about 2000 Hz with the frequency, so that a dangerous There is no need to fear that the radii of curvature will become small due to large amplitudes.

Aus diesem Grunde ist es möglich, von 1000 Hz ab den strichpunktiert gezeichneten horizontalen Verlauf DBF der G. A. zu benutzen. Dadurch, daß schon von 1000 Hz an und nicht von der Grenzfrequenz 1360 Hz ab unter Verzicht auf das kleine Lautstärkendreieck BDE mit konstanter G. A. geschnitten wird, erreicht man, daß bis etwa 2000 Hz der notwendige Krümmungsradius nicht unterschritten wird. Der erreichte Lautstärkengewinn ist gekennzeichnet durch den Abstand der Linien ADEF und AG'G. For this reason it is possible to use the horizontal curve DBF of the GA from 1000 Hz onwards. The fact that a constant GA is cut from 1000 Hz and not from the cutoff frequency 1360 Hz without the small volume triangle BDE means that the necessary radius of curvature is not undershot up to about 2000 Hz. The volume gain achieved is indicated by the distance between the lines ADEF and AG'G.

Bei der Wiedergabe wird ein Entzerrer verwendet, welcher für konstante G. A. auf der Platte am Lautsprecher eine Frequenzcharakteristik erzeugt, die der Kurve HADEF reziprok ist. Auf diese Weise wird wieder die normale horizontale Frequenzcharakteristik der Gesamtapparatur hergestellt mit der Besonderheit, daß das Störgeräusch in den höheren Frequenzen auf */₄ geschwächt ist.During playback, an equalizer is used which generates a frequency characteristic that is reciprocal to the curve HADEF for constant GA on the plate at the loudspeaker. In this way, the normal horizontal frequency characteristic of the entire apparatus is restored with the special feature that the background noise in the higher frequencies is weakened _{to * / 4.}

Die hierbei bewirkte frequenzabhängige Schwächung des Nadelrauschens ist aber gerade diejenige, die auf Grund der spektralen Zusammensetzung des Nadelgeräusches erwünscht ist. Nach den Untersuchungen von E. Meyer (ENT Nr. 5 S. 218, 1931) besteht die Frequenzkurve des Nadelgeräusches aus zwei Ästen und besitzt ein Minimum bei etwa 500 Hz (Fig. 2). Der linke Ast der Kurve ist im Hinblick auf den rapiden Abfall der Ohrempfindlichkeitskurve in diesem Zusammenhang uninteressant. Der rechte Ast steigt von etwa 500 Hz proportional mit der Frequenz an. Das vorgeschlagene Entzerrungsverfahren ist also der spektralen Zusammensetzung des Nadelgeräusches genau angepaßt und dämpft seine Komponenten proportional ihrer Stärke.The frequency-dependent weakening of the needle noise caused here is, however, straight the one that is desirable due to the spectral composition of the needle noise is. According to the investigations by E. Meyer (ENT No. 5 p. 218, 1931) there is the frequency curve of the needle noise from two branches and has a minimum at about 500 Hz (Fig. 2). The left branch of the curve is in view of the rapid decay the ear sensitivity curve is uninteresting in this context. The right branch increases proportionally with frequency from about 500 Hz. The proposed equalization method is therefore precisely adapted to the spectral composition of the needle noise and attenuates its components proportional to their strength.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für die Berliner Schrift, sondern auch für die Tiefen- und Edisonschrift nützlich. Auch bei der letzteren sind den maximal möglichen Amplituden Grenzen gesetzt, zwar nicht durch den Abstand von Rille zu Rille wie bei der Berliner Schrift, jedoch im Hinblick auf die unerwünscht großen Kräfte an der Nadelspitze, welche bei der Abtastung großer Amplituden bei der Edisonschrift auftreten, und im Hinblick auf den Klirrfaktor, welcher bei Benutzung der üblichen Schreib- und Abtastgeräte bei der Wiedergabe von großen Amplituden sehr groß wird. Es ist deshalb auch für die Edisonschrift die erfindungsgemäße Maßstabänderung entsprechend dem Frequenzspektrum des Nadelgeräusches vorteilhaft. The inventive method is not only for the Berlin script, but also for the subscript and Edison script useful. The latter are also the maximum possible Amplitude limits are set, although not by the distance from groove to groove as with the Berlin script, but with regard to the undesirably large forces at the needle tip, which occur when scanning large amplitudes in the Edison script, and with regard to the distortion factor, which at Use of the usual writing and scanning devices when reproducing large amplitudes becomes very big. It is therefore also for the Edison script that the scale change according to the invention corresponds to the frequency spectrum the needle noise advantageous.

Claims

Patent claims:

1. A method for producing groove tone recordings in amplitude writing (Berliner and Edison writing), in which the low frequencies with constant groove amplitude, the high frequencies with constant acceleration amplitude ιοσ tude are recorded for the same volume, characterized in that the transition from the one recording scale to the other is done at a frequency (B) determined by the needle tip curvature radius, the groove amplitude and the scanning speed.

2. The method according to claim 1, characterized in that from a frequency (D) lying close below the cut-off frequency (B) all higher frequencies are recorded with a constant velocity amplitude.

For this purpose ι sheet of drawings