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Tonaufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren Die Erfindung hat ein Verfahren
zur Aufnahme von Tönen auf Lautträger zum Gegenstand, bei (lern zusätzlich zu den
wiederzugebenden Hörimpulsen gewisse Steuerimpulse aufgenommen werden.
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Bei der Tonwiedergabe, insbesondere bei der Reproduktion von Musik,
sind zwei wesentliche Punkte zu berücksichtigen, nämlich C)ualitä t und Ouantität.
In der Musik werden diese beiden Faktoren als Tonfarbe und Tonvolumen bezeichnet,
während man in der Technik von Frequenz- und Amplitudenwiedergabe spricht. Die Ausbildung
der Geräte mit Rücksicht auf die Wiedergabe eines weiten Frequenzbereiches hat bisher
die g rößte Aufmerksamkeit gefunden, und es wurden in dieser Hinsicht in der Tat
erhebliche Fortschritte in der Aufnahme- und Verstärkertechnik erzielt. Musiker
haben jedoch oft die Einengung des Volumenbereiches bemängelt, an die man bisher
aus apparativen Gründen gebunden war. Die untere Grenze des Volumens wird durch
den sogenannten Störspiegel gegeben, während die obere Grenze durch den Überlastungspunkt
der Anlage bestimmt ist. In der Schallplattentechnik ist dieser Punkt erreicht,
wenn eine Rille in die benachbarte .Rille einschneidet. Gegenwärtig war es aus diesen
apparativen Gründen sowohl in der Rundfunk- als auch in der Schallplattentechnik
nur möglich, einen Volumenbereich der Größenordnung von a'/2 oder 3'/., N'eper,
d. h. ein Amplitudenverhältnis von 30 : t zu erreichen. Vom Standpunkt des Musikers
erscheint es aber höchst wünschenswert, diesen Bereich auf ; bis 8 Neper zu erhöhen,
um beispielsweise den Klang eines Synphonieorchesters zu reproduzieren. Ein .solcher
Bereich kann nicht erzielt werden, ohne die in der Schallplatten-oder Rundfunktechnik
bisher vorhandenen Lautstärkeregler durch gewisse zusätzliche Einrichtungen zu ergänzen.
Dagegen gestattet die Erfindung eine Vergrößerung des bisher vorhandenen Volumenbereiches
unter Verwendung. eines Lautstärkereglersignals, (las im folgenden als Steuerton
bezeichnet sei. Mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung kann der Lautstärkebereich
bei der phonographischen Wiedergabe auf wenigstens 6 Neper erhöht werden.
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Es sind Systeme bekannt, bei denen der Ton aufgenommen wird bei konstanter
Amplitude und bei Verwendung einer variablen Frequenz als Steuerfaktor oder -maß.
Da die Frequenz hierbei in den Bereich von gewünschten
Frequenzen
fällt, ist es sehr schwierig, den Steuerton von dem gewÜnschten Signalstrom zu trennen,
wenn die beidem kombiniert sind.
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Bei 'einem anderen System wirdü , Signal- und für Steuerfrequenz ein
-gleicb'eF# Träger verwandt. Bei diesem schwankt ab,,, die Steuerfrequenz nicht
in der Amplitude in Abhängigkeit von Ausdehnung oder Zusammendrücken des gewünschten
Signals. Ein solches System wirkt daher nicht derartig, daß der Volumenbereich ausgedehnt
wird und wird auch nicht bei der Reduzierung von Grundgeräuschen wirksam sein können.
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Andere bekannte Verfahren beeinflussen die Amplitude durch Rückkoppelung.
Damit sind aber insofern Nachteile verknüpft, als nämlich die Schwingungen häufig
bei einer bestimmten Amplitude plötzlich abreißen und dann von neuem sich anfangen
aufzuschaukeln, was außerordentlich störend insbesondere dann ist, wenn mit -der
Amplitude der Steuerfrequenz gearbeitet werden, soll. Außerdem treten in der Frequenz
häufig Änderungen auf. Auch plötzliches Umspringen einer Schwingung in einen anderen
Zustand kann vorkommen, so daß der gewollte Zustand -völlig verändert wird.
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Diese Nachteile treten bei der Durchführung des Erfindungsverfahrens
nicht auf, welches den Vorteil bietet, daß durch die Verwendung eines Steuertones
konstanter Frequenz außerhalb des gewünschten Bandes derselbe in einfachster Weise
von der gewünschten Hörfrequenz getrennt werden kann, was wiederum für die Kombination
der beiden Frequenzen auf einen einzigen Lautträger von, grundsätzlicher Bedeutung
ist.
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Das Verfahren gestattet Änderungen in der Amplitude der gewünschten
'Hörfrequenzen, derart, daß Musik usw. selbst dann noch vorzüglich wiedergegeben
wird, wenn die Wiedergabe durch nicht mit Steuermitteln ausgerüstete Einrichtungen
erfolgt. Einen weiteren Vorteil bietet es, daß die Einrichtung zur Durchführung
ohne jegliche Schwierigkeit an bereits vorhandenen Aufzeichnungseinrichtungen angeordnet
werden kann, welche dabei phonographischer, photographischer o. dgl. Art sein können,
und daß durch t'berlagerung eines Steuertones direkt auf den gewünschten Laut eine
Steuerung mittels einfacher Röhreneinrichtungen bewirkt wird. Weiterhin werden durch
die Anwendung einer ganz bestimmten Steuerfrequenz bestimmte Verhältnisse z. B.
hinsichtlich pro, zentualer 1Iodulation bei Lichttonaufzeichnungen geschaffen, die
z. B. mühelos dazu geführt werden können, daß durch entsprechende Verlagerung der
Frequenzstrormnittellinien eine höhere prozentuale Modulation be-,wirkt wird, wodurch
nachteilige. Auswirkun-`-,gen, wie Verwaschungserscheinungen, bei :Höheren Frequenzen
ausgeschlossen werden.
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@` Gemäß Erfindung werden die in bekannter .'rfil@eise bei abnehmender
Lautstärke der einfallenden Töne im Aufzeichnungsorgan entstehende Amplitudenabnahme
und die nach zunehmender Lautstärke entstehende Amplitudenzunahme verringert, wobei
der Betrag dieser Verringerung durch entsprechende Amplitudenänderungen eines den
Sprechströmen unterlagerten Wechselstromes dargestellt wird. Die Amplitude' der
Steuerimpulse wird während der Aufnahme von Ton von niedrigem bzw. großem Volumen
erhöht bzw. herabgesetzt, wenn beispielsweise das Volumen unter 3o °% des Maximalvolumens
fällt bzw. 9o °(o das Mahimalvoltunen überschreitet.
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Bei der Wiedergabe werden erfindungsgemäß die Sprechströme von dem
unterlagerten Steuerwechselstrom getrennt, welcher gleichgerichtet und in an sich
bekannter Weise zu Erweiterung des Lautstärkebereiches der Wiedergabe benutzt wird.
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Zur Durchführung des Verfahrens werden erfindungsgemäß zwei vor dem
die Hörimpulse nach ihrer Art umwandelnden Gerät zusammengeführte Stromzweige für
die Hörimpulse und die Steuerimpulse vorgesehen und für Frerridbeeinflussung der
Mittellinienlage der zu den Impulsen gehörigen Ströme eine vorzugsweise für Handbetätigung
ausgebildete Einrichtung vorgesehen, die aus zwei Potentiometern o. dgl. besteht.
Jedes liegt meinem der Zweige, und beide sind fest miteinander gekoppelt. Bei Selbstbeeinflussung
der Mittellinienlage der zu den Impulsen gehörigen Ströme liegt im Hörimpulsstromkreis
ein Transformator, der zweckmäßigerwedse über Zwischenverstärker und Filter an Regelwiderstände
im Gitterkreis zweier Verstäxkerröhrenstufen angeschlossen ist. Die Verstärkerröhrenstufen
werden vorzugsweise in Gegentakt geschaltet, wobei die eine im Hörimpulsstromkreis
und die andere im Steuerimpulsstromkreis liegt.
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Wenn das aufgenommene Stück später reproduziert wird, so wird die
von dem zusätzlichen Steuerton erzeugte Spannung dazu verwendet, die Leistung des
Wiedergabeverstärkers zw verringern. Auf diese Weise kann das wiedergegebene Signal
sehr nahe an die ursprüngliche Lautstärkenlinie herangebracht werden, während gleichzeitig
das günstigste Verhältnis zwischen Signal zum Grundgeräusch beibehalten wird, welches
durch Heben zier Signallinie bei der Aufnahme erhalten wird.
Die
Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i ist die Schaltung eines Tonaufnahmegerätes gemäß Erfindung,
Fig.2 das Schaltbild der Tonwiedergabevorrichtung.
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Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des Aufnahmegerätes mit autömatischer
Steuerung des Steuertones.
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Fig. 4., 5 und 6 sind Diagramme, welche die verschiedenen Aufzeichnungsarten
gemäß der Erfindung wiedergeben.
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I# ig. 7 ist eine Seitenansicht auf den elektrischen Tonschreiber,
der elektromechanisch derart gesteuert wird, daß er die Steuer- und Signalimpulse
voneinander trennt, die von einer Rillenscheibe o. dgl. erzeugt werden.
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Fig. ä ist die Draufsicht auf einen Teil des Wiedergabegerätes, welches
die Steuerimpulse wiedergibt, die auf einer Rillenscheibe eingezeichnet sind.
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Fig. g schließlich ist ein Ersatzschaltbild, welches die Wirkungsweise
der zusammengesetzten Einrichtungen gemäß Fig. 7 und R erläutert.
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Das Aufnahmegerät gemäß Fig. i besteht aus einem Mikrophon oder aus
einer Abtast-(lose io, deren elektrische Impulse dem Aufzeichenapparat i r mittels
einer geeigneten, einen Verstärker 12 ei:nschlieP#end@en Einrichtung zugeleitet
würden und in der sich auch ein die Lautstärke einstellendes P:otentiomeGer 13,
ein Hochfrequenzfilter und ein zur Aufzeichnung dienender Verstärker 14. befinden.
Es ist klar, daß der Weg 12, 13, 1-I noch zusätzliche Einrichtungen,. wie z. B.
einen Tonirischer oder andere übliche Teile, enthalten kann, wie sie in Leitungen
dieser Art verwendet zu werden pflegen, und daß das Aufzeichengerät i i so gebaut
sein kann, daß es eine Rillenscheibe, einen photographischen 1-, ilin oder ein anderes
Trägermaterial beeindluckt.
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In den Weg rd. wird ein von einem Generatör 15 herrührender Steuerstrom
eingeführt, was mit Hilfe eines beispielsweise mit dem Potentionieter 13 mechanisch
verbundenen Potentiometers 16 sowie über eine Koppelungsröhre 17, einen Transformator
18 und eine Niederfrequenzdrossel i9 geschieht.
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Unter diesen Voraussetzungen werden die Signal- und Steuerströme gleichzeitig
auf der gleichen Platte oder auf dem gleichen Filmstreifen aufgezeichnet werden.
Die Niveaulinie oder die Volumina der Steuer- und Signalströme können gleichzeitig-
verändert werden, wenn die Potentiometer 13 und i6 als Einheit ausgebildet
und bedient werden. Die Frequenz des Steuerstromes liegt unterhall) des Hörfrequenzbereiches;
eine Frequenz in der Größenordnung von 2o Hertz wurde beispielsweise für diesen
Zweck als geeignet gefunden. Wenn der Originalton zti laut ist, um aufgezeichnet
oder moduliert zu werden, so' wird sein Volumen verringert, und das Volumen oder
die Amplitude des Steuerstromes nimmt gleichzeitig entsprechend ab. Wenn der Originalton
so schwach ist, daß er durch das Nadel- oder Filmgeräusch übertönt wird, so wird
das Niveau des Signalstromes und des Steuerstromes gehoben, wo. durch das aufgezeichnete
Signal in verhältnismäßig engen Grenzen der Niveaulinie gehalten und das Grundgeräusch
durch Vergrößerung des Signalvolumens und durch Vermeidung einer Übersteuerung des
Aufzeichengerätes infolge der verhältnismäßig hohen Lage des Signalspiegels verringert
wird.
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Es ist wünschenswert, daß ungefähr 9o °j" der Tonaufnahmefläche für
die Aufzeichnung des modulierten Stromes und der Rest für den Steuerstrom- verwendet
wird, d. h. daß ein Maximum von ungefähr go °/o des Tonstreifens für den lautesten
Ton oder für den höchsten Prozentsatz der Modulation verwendet wird. Die unterste
Amplitude des Signals soll nicht kleiner als 25 bis 36 % der größten sein.
Wenn der Signalspiegel unter diesen Bereich sinkt, so werden die Potentiometer 13
und 16 derart eingestellt, daß die Spiegellinie des Signalstromes und des Steuerstromes
auf den richtigen Wert kommen.
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Während der Pausen wird die Verstärkung durch die Potentiometer 13
und 16 auf einen Wert gebracht, bei dem der Steuerstrom auf der höchsten Linie registriert
wird, so daß die große Amplitude dieses Steuerstromes die Verstärkung des Wiedergabesystems
herabsetzt und daher den Spiegel der Störgeräusche während der Pausen der Wiedergabe
senkt. Wenn die Niveaulinie des aufgenommenen Steuerstromes hochliegt; so ist das°Volumen
des reproduzierten Tones klein. Wenn die aufgenommene Linie des- Steuerstromes tiefliegt,
so ist das Volumen des wiedergegebenen Schalles groß.' Dazwischenliegende Werte
des wiedergegebenen Tonvolumens bedürfen in dem Bereich von .3o bis 9o
% des gesamten Umfanges keinerlei Veränderung.
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Man ersieht hieraus leicht, daß die Erfindung dazu geeignet ist, Aufzeichnungen
oberhalb 9o °/p und unterhalb 30 % zu verhindern, so daß die gesamte Aufnahme
in einen Bereich von 3o bis 9o °/o des Volumenbereiches zusammengedrückt wird, während
die erwünschten Intensitätsunterschiede oder das aufgenommene Tonvolumen ausschließlich
durch den Steuerstrom erzielt wird, der den übrigen Rest der zur Verfügung stehenden
Fläche einnimmt und der eigentlichen Tonaufzeichnung
unterlagen
wird. Es ist also ein Bereich von annähernd 7 Neper ohne Grundgeräusch zu erhalten,
während bisher 21/, bis 31/, N eper möglich waren.
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Für Signalamplituden unterhalb 30 % des vollen Volumenbereiches
kann auf Grund des Steuertones zumindest. auf einen 30 : 1 Spannungsbereich gerechnet
werden unter erfindungsgemäßer Verwendung des gleichgerichteten Steuerstromes, z.
B. zur Vergrößerung der negativen Vorspannung der Regelröhren, wie in den "Zeichnungen
dargestellt.
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Für Signalspiegel oberhalb 9o °% wird eine erfindungsgemäß etwas abweichende
Steuerfrequenz verwendet, welche gleichgerichtet die Vorspannung der Gitter der
Regelröhren schwächt und dadurch, wie bereits dargelegt, das gewünschte Signal stärkend
beeinflußt. So kann ein zusätzlicher io : i Volumenbereich erhalten werden, so daß
der totale Bereich 3 X 30 X 10 = 900 : 1 oder gleich rund 7 Nepier ist. Natürlich
ist dabei gegebenenfalls ,auf die Vorspannungsumkehrung zu achten, wenn die Modulation
9o % überschreitet.
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Volumenbereiche der Größenordnung von 6 bis 7 Neper werden also erhalten,
wenn nach den Vorschriften der Erfindung kein Steuerton in einem Bereich von ungefähr
2o bis ioo °/o benutzt wird, entsprechend hier einem Spannungsverhältnis von 5 :
i. Da nun erfindungsgemäß Bereiche von Zoo ; i ohne weiteres sichergestellt werden
können, wenn .zweckmäßig der Spannungsspiegel des gewünschten Signals unter 2o 0"'o
fällt, so wird ein totales Spannungsverhältnis von ungefähr ioöo : i oder 7 Neper
Bereich erzielt. _ Die Wiedergabevorrichtung nach Fig.2 zeigt eine Platte 2o und
eine Abtastdose 21, deren elektrische Schwingungen dem Lautsprecher 28 über einen
Verstärker 22, einen Übertrager oder Transformator 23 ,und zweier Regelröhren 2-.,
25 in Gegentakt, einen Transformator 26 und einen Leistungsverstärker ?7 zugeführt
werden. Der Mittelpunkt des Gitterkreises der Röhren 24., 25 liegt an einem Potentiometer
28'. Diesem Potentilometer wird der Steuerstrom von der Abtastdose 21 zugeleitet,
und zwar über den Verstärker 22, über das Filter 29, der Steuer- und Signalstrom
trennt, über einen Gleichrichter 30 zur Erzeugung einer Gleichspannung proportional
zur Steuerwechselspannung und schließlich über das zum Glätten dienende Filter 31.
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Wie nachstehend an Hand der Fig.7, 8 und 9 beschrieben sei, kann die
Trennung zwischen Signal- und Steuerstromimpulsen, sofern es sich um die Abtastung
einer Schall-, platte handelt, durch eine Abtastdosenkombination an Stelle eines
elektrischen Filters 29 erfolgen. Man ersieht, daß der gleichgerichtete und <lein
im Gitterkreis der Röhren 2.1., 25 liegende Widerstand 28' zugeführte Steuerstrom
die Steuergitter wechselnd beeinflußt und auf diese Weise die Verstärkung und das
Volumen des wiedergegebenen Schalles verändert, indem dieses Volumen verringert
wird, wenn die Niveaulinie des Steuerstromes hochliegt, während das Volumen vermindert
wird, wenn die Niveaulinie des Steuerstromes tief verläuft. Der Leistungsverstärker
27 kann in Fortfall kommen, wenn diese Röhren so bemessen sind, daß ihr Anodenstrom
zur Aussteuerung des Lautsprechers 28 ausreicht.
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Während die- Volumensteuerung bei dein Aufnahmegerät gemäß Fig. i
durch Handsteuerung mittels der Potentiometer 13 und 16 erfolgt, kann jedoch auch
eine automatische Einrichtung hierfür vorgesehen sein. Gemäß Fig. 3 werden beispielsweise
die elektrischen Impulse von der Abtastdose oder dem Mikrophon io dem Schreibgerät
i i über ein System zugeführt, welches aus einem Verstärker 12, einem Transformator
35, einer aus EYponentialröhren bestehenden Gegentaktstufe 36, 37, einem Transformator
38, einem Hochfrequenzfilter 39, .4o, 41 und aus dem Leistungsverstärker 14. besteht.
Der Lautstärkensteuerstrom wird von dem Generator 15 dem Schreibgerät i i über einen
Transformator 4.2, eine Gegentaktverstärkerstufe 43, 44 mit Regelröhren einem Transformator
.45, einem Niederfrequenzfilter .I6, 4.7, 48 und über den Leistungsverstärker 14.
zugeleitet.
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Der Strom wird zur automatischen Regelung der Niveaulinie oder der
Signal- und Steuerstromvolumina von der Sekundärwicklung 5o des Transformators 35
abgeleitet. Der Strom dieser Wicklung wird über einen Verstärker 51, einen Transformator
52, einen Verstärker 53, einen Transformator 5.i, einen Gleichrichter 55 und einen
Filter 57, 58, 59 einem Regelwiderstand 6o zugeführt, der im Gitterkreis des in
der Signalkette liegenden Verstärkers 36, 37 eingeschaltet ist. Ferner wird er einem
Regelwiderstand 61 zugeführt, der im Gitterkreis des in der Steuerkette befindlichen
Verstärkers :13, .44 liegt.
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Eine genaue Einstellung der Gitterpotentiometer 6o und 61 -wird .eine
automatische Veränderung der Steuer- und Signalstromlinien zur Folge haben, wie
es in Verbindung mit der Anlage gemäß Fig. i bereits beschrieben wurde. Wenn also
der Signalstromspiegel befliegt, so entsteht ein Spannungsabfall an den Widerständen
6o, 61, der verhältnismäßig klein ist, und die Signal- Und Steuerstromvolumina werden
anwachsen. Wenn jedoch der Signalstromspiegel hochiiegt, so werden die Spannungsabfälle
an den Widerständen 6o, 61 verhältnismäßig groß sein, und die
Signal-
und Steuerstromvolumina nehmen ab. Fließt kein Signal, so ist der Spannungsabfall
am Widerstand 61 sehr klein, und die Linie des Steuerstromes bat ihren größten Wert.
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Wenn es sich um ein photographisches Aufnahmegerät handelt, so sieht
die Schallinie etwa so. aus, wie es Fig..l veranschaulicht, in welcher der Steuerstrom
als Sinuskurve 62 ersichtlich ist, welcher die Signalwellen 63 überlagert sind.
Bei der Kürze der Aufzeichnung in Fig. 4. sind natürlich keinerlei N iv eaulinienänderungen
darstellbar. Im Falle einer Rillenaufzeichnung gemäß Fig. 5 sind die Hörschwingungen
in ähnlicher `"eise einer sinusförmigen Rille überlagert. In Fig. 6 ist der' Signalstrom
nur ganz schematisch durch die Kurve A angedeutet und der Steuerstrom durch die
Kurve B, während die resultierende Stromlinie mit C bezeichnet ist.
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Die elektrische Wiedergabeeinrichtung gemäß den Fig. 7 und 8 besteht
aus einer elektrischen Abtastdose 70, die an einem bei 72 angelenkten Tonarm 71
befestigt ist. Die Schalldose 7b erzeugt in der üblichen Weise einen Signalstrom
gemäß den Aufzeichnungen der Platte 73, und ihre Arbeitsweise bedarf bei dem heutigen
Stand der Technik keiner weiteren Erläuterung.
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Mittels eines Bolzens 73 und eines Abstandshalters 7q. ist auf dem
Tonarm 71 eine weitere Schalldose 75 angeordnet, die dazu dient, die Steuerstromimpulse
von der Platte 73 abzunehmen. Diese Steuerstrornschalldose besteht aus einem Magneten
76 mit einem Anker 77, der auf einer elastischen Stütze 78 angebracht ist und ein
veränderliches Gewicht 7c; oder eine andere Einrichtung besitzt, um die Trägheit
zu, verändern, so daß die mechanische Schwingung des Systems auf die Frequenz des
Steuerstromes abgestimmt werden kann. Auf dem Anker 77 und in der Nähe der Polstücke
des Magneten 76 befindet sich die Spule 8o, in welcher der Steuerstrom erzeugt wird.
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Die Art und Weise, in der die elektrische Abtasteinrichtung 75 durch
Einstellung des Gewichtes 79 längs des Ankers 77 abgestimmt wird, ergibt sich aus
der Betrachtung der Fig. 9, in welcher bedeutet: - 7n., Träglieitsinoment der Nadel
um den Drehpunkt, c, Nachgiebigkeit der Nadelspitze, in= Trägheitsmoment des Abtastdosenankers
um den Drehpunkt, c. Nachgiebigkeit der Gummidämpfung des Ankers, R, Widerstand
des Gummis, in, Trägheitsmoment des Tonarmes ; 1 um seine Horizontalachse, c3 Nachgiebigkeit
des Tonarmes 71, 7n4 Trägheitsmoment des Tonarmes urn seine Vertikalachse, 7n5 Trägheitsmoment
des Ankers 77, c,, Nachgiebigkeit der Aufhängung des Ankers. Durch geeignete Einstellung
des Gewichtes 79 kann der Faktor 7ii,, offensichtlich so bestimmt «,-erden,
daß er jeden erforderlichen Wert einnimmt, um das System 75 auf die verwendete Steuerstromfrequenz
abzustimmen. Diese Art der Steuerung ist besonders vorteilhaft, wenn ein Steuerstrom
von verhältnismäßig niedriger Frequenz verwendet wird. Wie der auf diese Weise vom
Signalstrom getrennte Sieuerstrom zur Steuerung des Volumens des reproduzierten
Schalles verwendet wird, ergibt sich aus der Beschreibung der I# ig. 2.