Das Magnettonverfahren ist zwar noch jung (vorgestellt 1935 von der AEG auf der Funkausstellung) ) und es funktioniert super. Doch es gibt eine Menge "Unwissen" bezüglich der machbaren Qualität der Studioaufnahmen.

Beim Abtastvorgang bewegt sich der Tonträger - mit der gleichen konstanten Geschwindigkeit - an einem ähnlich aufgebauten Abtastkopf (Hörkopf) vorbei. Die auf dem Tonträger befindliche, von Ort zu Ort unterschiedliche remanente Magnetisierung erzeugt im Hörkopf ein im Rhythmus der Aufzeichnung sich zeitlich änderndes magnetisches Feld, welches in der Hörkopfspule eine Spannung induziert.

Nach gewissen Maßnahmen hinsichtlich der Verstärkung entspricht diese Spannung in ihrem zeitlichen Ablauf (Schwingungsform) genau dem aufgezeigten Eingangssignal. Voraussetzung für einen einwandfreien Aufzeichnungsvorgang ist jedoch ein linearer Zusammenhang zwischen der auf den Tonträger einwirkenden Feldstärke und der dadurch erzeugten Remanenz. Als Arbeitskennlinie für das Magnettonverfahren muß also eine gerade Remanenzkurve gefordert werden, ein linearer Zusammenhang also zwischen Feldstärke und Remanenz.

Wir hatten gerade im vorhergehenden Abschnitt gesehen (Abb. 10), daß von vornherein keine Proportionalität zwischen Feldstärke und Remanenz besteht; die Remanenzkurve ist nicht geradlinig, sondern gekrümmt. Erst die im Jahre 1940/41 mit dem Magnetophon AEG K4 eingeführte Hochfrequenz- vormagnetisierung brachte eine Linearisierung der Arbeitskennlinie (auf die später noch eingegangen wird) und damit strenge Proportionalität zwischen Feldstärke und Remanenz. Durch diesen entscheidenden Schritt hat das magnetische Aufzeichnungsverfahren erst seine eigentliche Bedeutung erlangt.

Als Trägermaterial dienen neben Acetylcellulose vor allem "LUVITHERM"-Folie (BASF Eigenname für PVC=Polyvinylchlorid) und Polyester. Für die Herstellung der magnetisierbaren Schicht findet vorwiegend das rotbraune Eisenoxyd (Gamma-Fe2O3) Verwendung, das zu feinem Pulver (es könnte sogar Staub sein) gemahlen, gleichmäßig in einem geeigneten Lack eingebettet ist. Die magnetisierbaren Teilchen haben eine nadelförmige Struktur und sind durch den Lack voneinander isoliert; ihre Größe ist außerordentlich gering (Länge etwa 1µm - 1,5µm = 1/1000 mm - Durchmesser etwa 1/10 µm).

Die Verwendung von nadelformigem Oxyd hat den Vorteil, daß bei Ausrichtung aller Teilchen längs zum Band günstigere magnetische Eigenschaften in dieser Richtung erzielt werden können (Vorzugsrichtung). Die Dicke eines Tonbandes liegt je nach dem Typ (Standard-, Langspiel-, Doppelspiel- oder Dreifachspielband) zwischen 50µm und 18 µm, wobei auf die Magnetschicht 15µm bis herunter auf 6µm entfallen.

Die nadelförmigen Teilchen des Oxydes dürfen keineswegs mit den früher beschriebenen Elementarmagneten verwechselt werden, ebenso wie die Ausrichtung der nadeiförmigen Teilchen in der Schicht - also die Erzeugung einer Vorzugsrichtung - nichts mit einer Magnetisierung zu tun hat. Das einzelne Oxydteilchen besteht nämlich trotz seiner Kleinheit noch aus einer Vielzahl von magnetischen Elementarbezirken, ist also von vornherein noch nicht magnetisiert.

Erst eine Ausrichtung seiner Elementarmagnete ergibt eine Magnetisierung des Oxydteilchens. Es liegt nun im Wesen des Aufzeichnungsvorganges, daß die in der Schicht des Bandes befindlichen Teilchen unterschiedlich magnetisiert werden, je nach der Größe des Feldes, das bei ihrem Vorbeilaufen am Sprechkopf auf sich einwirkt. Aus diesem Grunde ist es auch erforderlich, daß die einzelnen Partikelchen voneinander isoliert sind und nicht, wie bei einem kompakten Material (Festkörper), miteinander in magnetischem Kontakt stehen.

Bei der Magnetisierung eines Tonbandes erhält man, ebenso wie bei der früher beschriebenen Magnetisierung eines Eisenkernes, eine Hysteresis (Anmerkung: dargestellt in der Hystere Kurve). Die in Abb. 8 und 9 dargestellten Hysteresiskurven sind mit einem speziellen Oszillographen an unserem Bandmaterial aufgenommen und nachgezeichnet worden.

Die Aussteuerung der Grenzhysterese erfolgte dabei bis zu einer Feldstärke von 1000 Oe (Punkt Hmax in Abb. 8). Die mittlere Koerzitivkraft (Hc bzw. -Hc) unserer Bänder liegt bei etwa 290 Oe. Die Sättigungsmagnetisierung (Ms) ist, wie bereits angedeutet, von der Füllung der Schicht, also von deren Dichte, abhängig und erreicht bei unseren oberflächenvergüteten Bändern etwa 1100 bis 1200 G.

Der Wert der Sättigungsremanenz (M in Abb. 8) kann mit etwa 850 G angegeben werden. Das Verhältnis von Remanenz (Mr) zur Sättigungsmagnetisierung (Ms) nennt man "relative Remanenz". Man gibt es meist in Prozent an. Die relative Remanenz erreicht bei unserem Material Durchschnittswerte von etwa 70 bis 75 %.

Die genannten Zahlen gelten für die Längsrichtung des Bandes. In der dazu senkrechten Richtung (Querrichtung) ergeben sich vor allem bezüglich der Remanenz geringe Werte. Bestimmt man die remanente Magnetisierung in beiden Richtungen, so ergibt der Quotient aus "Remanenz längs" und "Remanenz quer" die Größe der Vorzugsrichtung. Dieser Faktor liegt bei gut vorzugsgerichteten Bändern zwischen 1,6 und 1,8, d.h. die Remanenz ist in Längsrichtung um den angegebenen Faktor größer als die Querrichtung. Da das Tonband normalerweise bei der Aufnahme eine längsgerichtete Magnetisierung erhält, wirkt sich eine in dieser Richtung höhere Remanenz beim Wiedergabevorgang vorteilhaft aus.

(Anmerkung aus 2009 : Die Schreibrichtung bei Quadruplex Bändern der ersten Video-Generation war quer zur Laufrichtung des Bandes. Bei späteren Helical Scan (Schrägspur) Bändern wie dem B-Format war die laufrichtung der Spur schräg zu Band-Längsrichtung. Daher können/sollten 2" Videobänder nicht in analogen 24 Kanal Bandmaschinen verwendet werden.)

Die zur Aufnahme und Wiedergabe verwendeten Magnetköpfe bestehen aus einem im Prinzip ringförmigen Kern, der an einer Stelle durch einen ganz kleinen eingefügten Spalt unterbrochen ist. Als Kernmaterial dient meist eine Eisen-Nickel-Legierung mit außerordentlich guter magnetischer Leitfähigkeit.

Die über dem Ringkern befindliche Spule erzeugt in diesem ein Magnetfeld, das dem durchfließenden Strom proportional ist. Die im Inneren des Ringkernes verlaufenden magnetischen Feldlinien treten am Spalt nach außen; das sich über dem Luftspalt schließende Kraftlinienfeld wird das Spaltfeld des Sprechkopfes genannt. Die Breite des Spaltes ist außerordentlich klein und liegt im allgemeinen bei einigen μm (tausendstel Millimetern).

Die Spule des Sprechkopfes wird nun bei der Aufnahme von dem tonfrequenten Strom durchflossen, der aufgezeichnet werden soll. Dieser Strom erzeugt ein seiner Größe proportionales magnetisches Feld im Ringkern, dessen Feldlinien zu einem wesentlichen Teil vor dem Spalt die magnetisierbare Schicht des vorbei laufenden Bandes durchströmen und auf dem Band eine remanente Magnetisierung zurücklassen.

Wird die Sprechkopfwicklung von einem sinusförmigen Wechselstrom durchflossen, so erhält das vorbei laufende Band verschieden starke und durch die Phasen des Wechselstroms verschieden gerichtete Magnetisierung in gleichmäßig wechselnder Folge. Abb. 11 zeigt den Vorgang der Aufnahme für diesen Fall. Dabei sollen die verschieden langen Pfeile auf dem Band die verschieden starke Magnetisierung und deren Richtung symbolisieren. Der Abstand zwischen zwei gleichen Magnetisierungszuständen der sich stets wiederholenden Perioden wird die aufgezeichnete Wellenlänge λ =(Lambda) genannt.

In Abb. 12 ist die sinusförmige Magnetisierung eines Bandes dargestellt und die Wellenlänge gekennzeichnet. Die Bandgeschwindigkeit v, die aufgezeichnete Frequenz f und die aufgezeichnete Wellenlänge λ stehen in einer bestimmten Beziehung zueinander: λ = v/t.

Bei gegebener Bandgeschwindigkeit nimmt die Wellenlänge mit steigender Frequenz ab; bei konstanter Frequenz ist die aufgezeichnete Wellenlänge der Bandgeschwindigkeit proportional. Verringert man also die Bandgeschwindigkeit (bei gleichem Frequenzgang) oder erhöht man den Frequenzgang (bei gleicher Bandgeschwindigkeit), so gelangt man zu kürzeren Wellenlängen.

Den kleinsten noch aufzeichenbaren Wellenlängen ist jedoch eine untere Grenze gesetzt, einmal durch die Spaltbreite des Kopfes, zum anderen durch das Band selbst. Es leuchtet ein, daß Wellenlängen von der Größe der Oxydteilchen, also von etwa 1 μm, nicht mehr aufgezeichnet werden können; als untere Grenze kann je nach Kopf eine Wellenlänge von 5 μm bis 10 μm gelten.

Auf eine Beschreibung dieser im einzelnen recht komplizierten Vorgänge soll verzichtet werden und lediglich die Auswirkung der HF-Vormag- netisierung erläutert werden. Die Remanenzkurve, die einen ersten Zusammenhang zwischen Feldstärke und Remanenz vermittelt, wurde bereits in Abb. 10 gezeigt. Sie ist in Abb. 13 nochmals, jedoch in einem anderen Maßstab, dargestellt und außerdem symmetrisch zum Koordinatenschnittpunkt aufgetragen. Bei Anwendung einer HF-Vormag- netisierung geht die Remanenzkurve in eine Kurve über, die auch "dynamische Kennlinie 2. Art" genannt wird.

Eine Aussteuerung des Bandes innerhalb des linearen Teiles dieser Arbeitskennlinie ergibt also die geforderte Proportionalität zwischen Sprechstrom und Bandremanenz. Die Steilheit der dynamischen Kennlinie 2. Art ist in gewissem Maß von der Wellenlänge der Aufzeichnung abhängig, vor allem jedoch von der Größe des Vormagnetisierungsstromes. Der eingestellte Wert der HF-Vormagnetisierung wird Arbeitspunkt genannt.

Da sämtliche elektroakustische Eigenschaften eines Bandes, wie Empfindlichkeit, Frequenzgang, Klirrfaktor und Rauschen mehr oder weniger stark von der Größe des Vormagnetisierungsstromes abhängen, muß ein den praktischen Anforderungen entsprechender Kompromißwert eingestellt werden. Der optimale Arbeitspunkt ist außer von den Eigenschaften des Sprechkopfes auch noch von der Koerzitivkraft des verwendeten Bandmaterials abhängig. Je größer die Koerzitivkraft eines Bandes, je magnetisch härter also das Material ist, desto höher muß der Vormagnetisierungsstrom gewählt werden. Die genaue Einstellung des Arbeitspunktes kann nicht gehörmäßig erfolgen, sondern erfordert eine Reihe von Meßgeräten.

Die Wiedergabe einer Bandaufzeichnung erfolgt, indem der magnetisierte Tonträger vor dem Spalt eines Hörkopfes vorbeiläuft (Abb. 14), der im Prinzip genau so aufgebaut ist, wie der Sprechkopf. Der durch die unterschiedliche Magnetisierung der Oxydteilchen hervorgerufene äußere Bandfluß wird durch den Ringkern des Hörkopfes geleitet, oder wie man sagt, von diesem kurzgeschlossen (Kurzschlußfluß). Der durch die Bewegung des Bandes im Kopf erzeugte sich ändernde Fluß, welcher der Magnetisierung des Bandes entspricht, erzeugt in der Hörkopfwicklung eine Spannung. Diese Hörkopfspannung kann abgegriffen, verstärkt und dem Lautsprecher zugeführt werden.

Nach dem Induktionsgesetz ist die in der Hörkopfwicklung induzierte tonfrequente Spannung der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses durch den Ringkern proportional: Je schneller sich der Fluß ändert, desto größer ist die Spannung. Diese Erscheinung ist leicht verständlich, wenn wir uns eine Dynamomaschine vorstellen, deren abgegebene Spannung ja von der Drehzahl abhängt. Für unseren Wiedergabevorgang bedeutet das Induktionsgesetz, daß bei konstantem Bandfluß die Hörkopf Spannung von der aufgezeichneten Frequenz abhängt. Je höher die Frequenz, je schneller also die Wechsel erfolgen, desto höher ist die induzierte Spannung.

Die Abb. 15 (Kurve 1) zeigt den prinzipiellen Verlauf des Bandflusses bei einer Aufzeichnung mit konstantem Aufsprechstrom.

Die genannten frequenzabhängigen Einflüsse wie Bandflußdämpfung, Omega-Gang und Spalteffekt addieren sich, so daß sich bei einem konstanten Aufsprechstrom im Bereich tiefer Frequenzen zunächst ein mit 6 dB pro Oktave ansteigender Verlauf der Hörkopfspannung ergibt, der im Bereich höherer Frequenzen dann jedoch einen starken Abfall erfährt. Durch Entzerrungsmaßnahmen im Aufsprech- und Wiedergabeverstärker kann dem entgegengewirkt werden, so daß innerhalb des zu übertragenden Bereiches ein geradliniger "Frequenzgang über alles" erzielt werden kann. Grundsätzlich wäre es zunächst gleichgültig, wie die Entzerrung im einzelnen erfolgt, wenn nur der Gesamtfrequenzgang zwischen unterer und oberer Grenzfrequenz möglichst konstant wird.

Die Bandflußdämpfung durch Selbstentmagnetisierung bewirkt, wie wir in Abb. 15 (Kurve 1) sehen, eine Schwächung der hohen Frequenzen (kleine Wellenlängen). Diese Dämpfung ist in jedem Falle stärker als der genormte Höhenabfall des Bandflusses, der in der gleichen Abbildung (Kurve 2) im prinzipiellen Verlauf ebenfalls eingezeichnet ist. Aus diesem Grunde muß der Sprechstrom im Bereich höherer Frequenzen angehoben werden (Kurve 3). Diese Anhebung ist bei gegebener Bandgeschwindigkeit jedoch von der verwendeten Bandsorte und vom gewählten Arbeitspunkt abhängig. Eine Anhebung der Höhen beim Aufsprechvorgang ist deswegen möglich, weil diese Frequenzanteile bei Sprache, Musik und Geräuschen mit geringeren Amplituden vorkommen und so keine Übersteuerungen hervorrufen können.

Dem Frequenzgang des Wiedergabekanales liegt zunächst die genormte Bandflußkurve zugrunde, die in Abb. 16 (Kurve 1) nochmals eingetragen ist. Zusammen mit dem Omega-Gang der Abtastung (Kurve 2) ergibt sich der in Kurve 3 dargestellte Verlauf. Unter Berücksichtigung der bei der Abtastung auftretenden Dämpfungsanteile (Spaltdämpfung und Hörkopfverluste) erigbt sich ein Gesamtfrequenzgang der Wiedergabe, der durch Kurve 4 veranschaulicht wird. Um an seinem Ausgang eine frequenzunabhängige Spannung zu erhalten, muß der Wiedergabeverstärker einen dazu gegenläufigen Frequenzgang aufweisen, wie durch die Kurve 5 dargestellt ist.

In der Praxis wird bei der Einstellung eines Tonbandgerätes so vorgegangen, daß zunächst der Hörkopfspalt justiert wird. (Justierband oder Teil 2 des DIN-Bezugsbandes). Danach wird beim Abspielen des Frequenzgangteiles des Bezugsbandes der Wiedergabeverstärker auf eine möglichst konstante Ausgangsspannung eingestellt. Als letztes erfolgt dann die Einstellung des Arbeitspunktes beim Aufsprechverstärker, evtl. die Justierung des Sprechkopfspaltes sowie die Einregelung der Höhenanhebung, so daß sich ein möglichst geradliniger "Überalles- Frequenzgang" ergibt.