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Ein Artikel von Wolfgang Bogen Berlin, Inhaber der Firma BOGEN GmbH (1966)

Die Magnettontechnik hat sich im Laufe der Jahre in all ihren Daten - mit Ausnahme der Dynamik - dem menschlichen Gehör angepaßt. Eingeengt wird die Dynamik im Bereich der Vollaussteuerung durch beginnende Verzerrungen und bei niedrigen Pegeln durch das Tonbandrauschen.

Obwohl das Ohr über 110 dB verarbeiten kann, beträgt der Geräuschspannungs- Abstand, bezogen auf Vollaussteuerung bei Heim-Magnetbandgeräten nach DIN 45.511, nur mindestens 45 dB. Sogar bei Schallplatten mit großer Dynamik ist an leisen Stellen noch das Rauschen der Studio-Magnettongeräte erkennbar.

Im folgenden wird über neuere Entwicklungen berichtet, durch die das Grundrauschen der Magnettonbänder gesenkt wurde und damit bei geeigneter Dimensionierung von Magnetkopf und Verstärker ein wesentlich verbesserter Geräuschspannungs-Abstand erzielt werden kann.

Seit einigen Jahren ist man daher bestrebt, durch Oberflächenpolitur und feinere Magnetitteilchen der Tonbänder den Dynamikumfang zu erweitern. Damit konnte das Grundrauschen tatsächlich erheblich gesenkt werden.

Leider ist dieser Fortschritt kaum bekanntgeworden, weil es nur wenige semiprofessionelle Magnetbandgerätetypen gibt, bei denen das Verstärkerrauschen genügend tief unter dem Rauschen der verbesserten Tonbänder liegt.

Das Verstärkerrauschen muß mindestens 10 dB unter dem Tonbandrauschen liegen, da sich sonst durch die Addition der beiden Rauschanteile das Gesamtrauschen meßbar verschlechtert.

Bei glatter Tonbandoberfläche nimmt aber die Verschmutzungsgefahr der Magnetköpfe zu, weil der durch die Schleifwirkung des Tonbandes entstehende Reinigungseffekt geringer wird. Bei dem von 3M herausgebrachten „Low Noise Tape" - einem besonders rauscharmen Tonband - ist wegen der spiegelglatten Oberfläche die Vorderseite kaum noch von der Rückseite zu unterscheiden. Diese Entwicklung hat die Wolfgang Bogen GmbH, Berlin, seit längerer Zeit verfolgt und jetzt Magnetköpfe mit entsprechend verbesserter Qualität herausgebracht.

Bei den Köpfen für Heimmagnetbandgeräte wurde die Gießharztechnik zugunsten eines vollmetallischen Kopfspiegels verlassen. Elektrostatische Aufladungen, die häufig die Ursache für Bandstaub-Ablagerungen am Kopfspiegel sind, können hierbei nicht mehr auftreten.

Das Gefüge des Kopfspiegels ist im Gegensatz zu Druckgußlegierungen, die wegen ihrer Mikroporosität zu Bandstaub-Ablagerungen neigen, durch Verwendung von Aluminium-Fließpreßteilen völlig dicht.

Die Entwicklung der Fließpreßteile hat wegen der zahlreichen technologischen Probleme mehrere Jahre in Anspruch genommen. Eine Eloxalschicht der Aluminiumteile ermöglicht eine wirbelstromfreie Einbettung der Magnetkerne.

Die Verluste bei hohen Frequenzen haben sich daher gegenüber der früheren Gießharztechnik nicht verschlechtert. Mit Rücksicht auf die gestiegenen Anforderungen ist es wichtig, daß die neuen Magnetköpfe kleinere Fertigungstoleranzen, höhere Temperaturbeständigkeit und bei Mehrspurköpfen auf Bruchteile eines um genau fluchtende Spalte aufweisen. Der Aluminiumspiegel oxydiert nicht und läuft nicht an, wie es zum Beispiel bei Magnetköpfen mit Messing- oder Druckguß-Spiegel vorkommen kann.

Die aushärtbare Aluminiumlegierung hat etwa die gleichen Abschliffeigenschaften wie das verwendete Mu-Metall.

Um bei niedrigem Quellwiderstand einen hohen Wiedergabepegel und somit den gewünschten hohen Rauschabstand zu erhalten, haben diese Köpfe eine Spalttiefe von nur 100µm.

Die Spalttiefentoleranz beträgt hierbei nur wenige µm, da während des Schleifens und Läppens des Kopfspiegels die Magnetkopf-Induktivität überwacht wird. Weitere Voraussetzungen hierzu sind windungszahlgleiche Wicklungen und kleine Streuungen der magnetischen Werte des Kernmaterials, die durch spezielle Glühbehandlungen erreicht werden.

Ein nicht voll ausgeglühtes Mu-Metall in Sonderqualität mit extrem niedriger Koerzitivfeldstärke ermöglicht trotzdem eine zufriedenstellende Lebensdauer. Zusätzliche Bandkanteneinfräsungen, die am Magnetkopf angebracht werden, sorgen für einen gleichmäßigen Abschliff und somit auch für eine längere Lebensdauer.

Ein durch den Bearbeitungsvorgang in Spaltnähe nicht beschädigtes Mu-Metallgefüge führt zu fast übereinstimmender mechanischer und magnetischer Spaltbreite und somit zu geringen Verlusten bei kleinen Wellenlängen und hohen Frequenzen.

Die Kernpakete bestehen aus 100µm dicken Mu-Metall-Lamellen, so daß die Wirbelstromverluste gering sind. Bei 19cm/s Bandgeschwindigkeit ist daher nur eine Wiedergabe-Höhenanhebung von maximal 3dB bei 20kHz nötig. Wegen der guten magnetischen Werte des verwendeten Mu-Metalls tritt keine Aufmagnetisierung der Magnetköpfe auf, die den Rauschabstand wesentlich verschlechtern und eine zweite Oberwelle bei der Aufzeichnung verursachen würde.

Das verringerte Rauschen moderner Tonbänder macht es auch erforderlich, das Anpassungsproblem von Magnetkopf und Verstärker zu überprüfen. Das Rauschen der ersten Wiedergabeverstärkerstufe wird hauptsächlich durch die ohmsche Komponente des Quellwiderstandes des Wiedergabekopfes bestimmt. Verringert man die Spalttiefe des Wiedergabekopfes, so sinkt einerseits der Quellwiderstand, während andererseits der Wiedergabepegel steigt.

Der Rauschabstand läßt sich somit in doppelter Hinsicht verbessern. Untersuchungen haben ergeben, daß es eine optimale Spalttiefe von etwa 70um gibt, die zu einem maximalen Wiedergabepegel und Rauschabstand führt.

Unterschreitet man diese Spalttiefe, werden der Querschnitt und die magnetische Leitfähigkeit der Polschuhe in Spaltnähe soweit geschwächt, daß der Wiedergabepegel statt zu steigen abfällt.

Andere Messungen haben sich mit dem Abstand zwischen Verstärker- und Tonbandrauschen befaßt, der groß genug sein sollte, um eine störende Addition der beiden Rauschanteile zu vermeiden. 2/2-Spur-Wiedergabeköpfe mit 100um Spalttiefe und einer Induktivität von 30mH zeigten an einem Transistorverstärker einen befriedigenden Geräuschspannungs-Abstand von mehr als 10dB zwischen Verstärker- und Tonbandrauschen.

Zur Messung wurde ein mit HF gelöschtes, gering rauschendes Tonband bei einer Geschwindigkeit von 19cm/s verwendet. Diese Untersuchungen bestätigen, daß die neuen Magnetköpfe mit 100um Spalttiefe den gestiegenen Anforderungen voll entsprechen. Der hohe Wiedergabepegel dieser Magnetköpfe im Verhältnis zum niedrigen Quellwiderstand ermöglicht eine außerordentlich hohe Dynamik.

Mit „Low Noise Tape" läßt sich bei 19cm/s, 2/2-Spur, ein Geräuschspannungs- Abstand nach DIN 45 511 von 65dB unter Vollaussteuerung erreichen.

Messungen an einem semiprofessionellen Heimtonbandgerät von Bang & Olufsen bestätigen einen Geräuschspannungs-Abstand von 65dB, bezogen auf Vollaussteuerung bei 19cm/s. Das Gerät hat für Aufnahme und Wiedergabe getrennte Bogen-Magnetköpfe. Die Wiedergabekopf-Induktivität beträgt 30 mH. Die Vollaussteuerung auf k3 = 5% lag 4dB über dem Bezugspegel. Das mit dem Ohrkurvenfilter bewertete Verstärkerrauschen lag 11 dB unter der Summe von Verstärker und Bandrauschen.

Das Gerät hat 2/2-Spur-Köpfe mit 2 mm breiten Spuren. Vollspurköpfe haben mit 6 mm eine dreimal breitere Spur, so daß hiermit etwa weitere 5 dB gewonnen werden können. Der zur Zeit erreichbare, nach DIN 45 511 bewertete Geräuschspannungs-Abstand beträgt demnach bei Vollspur und 19cm/s 70dB, der durch Messungen bestätigt werden konnte.

Dieser Wert verbessert sich um 5 dB, also auf etwa 75 dB, wenn der Rauschabstand mit einem Filter gemäß der I.E.C.-Kurve A bewertet wird (Tab. 1).

Ein Artikel von Wolfgang Bogen aus 1966 - leicht gekürzt