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Das unbekannte Wesen!

(Unser Tonband)
von Theo Bleitgen

Ungeachtet der Annahme, ob nun die Stimmen in der Elektronik oder über Mikrofon entstehen, steht doch unser Magnetton-Aufzeichnungsgerät seit mehr als 20 Jahren im Vordergrund der Betrachtungen. Bis zum heutigen Tage ist und bleibt das Tonband, auch im derzeitigen Computerzeitalter, unser wichtigstes Werkzeug zur Stimmeneinspielung. Die Kenntnis der Umwandlung von Luftschallwellen in elektrische und magnetische Signale vorausgesetzt, sollen nachfolgend physikalische Grundlagen aufgezeigt werden, die bisher wohl nur sehr wenig beachtet wurden.

Die in der Vergangenheit aufgestellte Behauptung, die Vormagnetisierung des Tonträgers sei für die Stimmenbildung nicht von Bedeutung, da man mit einer ersatzweise betriebenen Vormagnetisierung mittels Permanentmagnet bzw. Gleichstrom keinerlei bessere Ergebnisse erzielt habe, soll im folgenden untersucht werden. Ohne auf die komplizierten Verläufe der Hörkopf EMK, mit ihrer nach NAB-CCIR-Norm festgelegten Aufnahme- und Wiedergabeentzerrung einzugehen, untersuchen wir einfach den Aufnahmevorgang.

Die Tonaufnahme bei Magnettongeräten erfolgt in der Weise, daß die in der Eisenoxydschiebt auf dem Bandmaterial vorhandenen magnetischen Domänen durch einen Strom, dem sogenannten Vormagnetisierungsstrom, dem die zu speichernde Tonspannung überlagert ist, entsprechend magnetisiert bzw. ausgerichtet werden.

In der Frühzeit der Magnettontechnik überlagerte man tatsächlich, und deswegen waren die Überlegungen einiger Kollegen schon richtig, den Signalwechselstrom mit einem Gleichstrom. Dieser verursachte jedoch ein starkes Bandrauschen und derart große nichtlineare Verzerrungen im aufgezeichneten Tonsignal, daß keine befriedigende Wiedergabequalität zu erzielen war. Erst die Einführung der Wechselstrom-Vormagnetisierung brachte den erwünschten Erfolg. Hierbei handelt es sich nämlich um einen Oszillator, welcher eine Wechselspannung mit einer bestimmten, festen Frequenz erzeugt. Aus dem Gesagten läßt sich auch ableiten, daß zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses die Entstehung eines remanenten Magnetismus unter allen Umständen vermieden werden muß. Eisenteile der Bandführung, die Tonköpfe usw. müssen daher öfter entmagnetisiert werden.

Die Wahl der günstigsten Vormagnetisierungsfrequenz ist bei Magnettongeräten von ganz wesentlicher Bedeutung. Bei guten Geräten heute überhaupt kein Thema mehr, jedoch bei billigen Recordern ein ernst zu nehmender Risikofaktor. - Aber warum?

Im Pflichtheft für Magnettongerät des Rundfunktechnischen Institutes kann man folgende Empfehlungen lesen.

Die Vormagnetisierungsfrequenz soll so groß sein, daß eine Kombinationstonbildung zwischen den entstehenden Oberwellen der niederfrequenten Signale und der Grundwelle der Vormagnetisierungsfrequenz weitgehend vermieden wird, bzw. diese außerhalb des Hörbereiches erfolgt. Soweit dies aufwandmäßig möglich ist, wählt man diese Freqenz so, daß sie wesentlich größer, oder gleich 5 mal der vom Gerät übertragenen höchsten Grenzfrequenz ist.

Diese Aussage sollte für die Tonbandstimmen-Grundlagenforschung eine besondere Bedeutung haben.

Bei dem Wort »Kombinationstonbildung« ist es in diesem Zusammenhang nämlich auffallend, daß immer wieder bestätigt wird, mit den einfachsten Recordern die besten Einspielungen machen zu können.

Eigene Versuche mit reinen Mikrofoneinspielungen haben ergeben, daß, je höher diese Vormagnetisierungsfrequenz ist, die Einspielungen immer spärlicher wurden. Oft war festzustellen, daß die Stimmen in einer um ein bis zwei Oktaven höheren Frequenz als normal und in sehr schnellem Sprechrhythmus auf dem Band erschienen. Es konnte allerdings bisher nicht bestätigt werden, ob dieser Effekt mit dem Vorhingesagten im Zusammenhang steht, da diese Art von Stimmen äußerst selten auftritt.

Nachfragen in einem Tonstudio nach diesen Effekten brachten kein Ergebnis. Weder bei analogen noch bei digitalen Produktionen konnten die uns bekannten Tonbandstimmen-Effekte beobachtet werden. Vielleicht sind dort die idealen Bedingungen für eine Einspielung nicht gegeben. In Anbetracht der ständigen Streß-Situationen und der hochwertigen technischen Ausrüstung, welche nicht selten bis an die Grenze des physikalisch Machbaren getrieben wird, sind wir möglicherweise im Vorteil.

Eine der daraus resultierenden Schlußfolgerungen wäre, daß einmal der Experimentator doch mehr an einer Einspielung beteiligt ist, als ursprünglich angenommen, und zweitens, die besagte Vormagnetisierungsfrequenz eine Rolle spielen könnte. Messungen an mehreren Geräten mit unterschiedlichen Aufnahmebedingungen sowie variabler Vormagnetisierungsfrequenz sollten uns Aufschluß darüber geben können.

Wer im Besitz einer wirklich hochwertigen Studiobandmaschine ist, sollte sich über die technischen Daten des Gerätes informieren und evtl. parallele Vergleichsaufnahme mit diesem und einfachen Recordern machen. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß auch hochwertige Hi-Fi-Videorecorder sich für Toneinspielungen eignen.

Bei der herkömmlichen Technik von Videorecordern erfolgte die Tonaufnahme und Wiedergabe auf Längsspuren, wie bei einem normalen Tonband. Die Tonqualität ist dabei vom Bandmaterial und der Geschwindigkeit abhängig. Diese Technik wird wegen der Kompatibilität der Geräte untereinander auch zusätzlich beibehalten.

Darüber hinaus besitzen hochwertige Videorecorder eine Hi-Fi-Einrichtung, bei der die Tonaufnahme und Wiedergabe, ebenso wie die Bildaufzeichnung, auf Schrägspuren erfolgt. Dies ermöglicht eine hohe Aufzeichnungsdichte bei entsprechend geringerem Bandbedarf und eine daraus resultierende hohe Tonqualität der Audiodaten. Für diese Technik ist die Bandgeschwindigkeit belanglos. Durch die Verwendung besonderer Bandmaterialien ist es auch möglich, den Ansprechstrom so stark zu machen, daß das Band bis an die magnetische Sättigung getrieben wird. Diese hohe Aussteuerungsfähigkeit ergibt einen großen Signal-Störabstand, was wiederum gleichbedeutend ist mit einer hohen Rauschfreiheit.

Jeder dieser neueren Videorecorder läßt sich also, ohne eine Bildaufzeichnung machen zu müssen, wie ein normaler Recorder benutzen. Anschlüsse in DIN-Norm sowie Cinchstecker sind meist beide vorhanden. Man sollte also auch in dieser Richtung einmal experimentieren, die Aufnahmen lassen sich selbstverständlich auf einen normalen Recorder zur Weiterverarbeitung kopieren.

Auf der Skala vom preisgünstigsten Recorder bis hin zum hochwertigen Studiogerät, bewegt sich die Vormagnetisierungsfrequenz im Bereich von 20 kHz bis über 150 kHz. Konstrukteure von Studiomaschinen z.B. von Revox, Studer usw. wissen, warum sie in ihren Geräten Frequenzen von 126 bzw. 156 kHz benutzen.

Auf einer Studiomaschine REVOX-PR 99, welche über Variable Speed mit Geschwindigkeiten von 6,4 cm/Sek bis 57,1 cm/Sek arbeiten kann, und die eine sehr hohe Vormagnetisierungsfrequenz von 156 kHz benutzt, sind bei Experimenten bisher nur wenige, und dazu unbefriedigende Einspielungen gelungen. Einspielergebnisse mit dem Superscope von Maranz stehen in keinem Verhältnis zu denen mit der Revoxmaschine. Diese Beobachtung könnte für unsere Grundlagenforschung evtl. von Bedeutung sein. Ein solches Gerät in der Preisklasse von über 5000,- DM sollte, als Referenzgerät gegenüber preisgünstigen Recordern, doch schon ein Wort in der Tonbandstimmenforschung mitreden dürfen. Interessant wären in diesem Zusammenhang Ergebnisse und Messungen anderer Experimentatoren.

Kreuzmodulationen, verursacht von Oberwellen, liegen bei einer so extrem hohen Vormagnetisierungsfrequenz von 156 kHz weit außerhalb unseres Hörbereiches. Anders dagegen bei einer Frequenz von 20 kHz. Dazu ein Beispiel: Bei einem Recorder steht z.B. am Tonkopf die Vormagnetisierungsfreqenz mit 20 kHz, sowie die Tonfrequenz mit 7 kHz an. Die erste harmonische Oberwelle des Nf Signals wäre demnach 14 kHz. In der Mischung Vf - Nfo sieht die Rechnung wie folgt aus. 20 kHz minus 14 kHz = 6 kHz. Ebenso ergibt sich die Rechnung zu 20 kHz + 14 kHz = 34 kHz.

Wie man sieht, fallen Mischprodukte um 6 kHz durchaus in den hörbaren Bereich und könnten dort - etwas - bewirken, wenngleich auch die Signalstärken dieser Produkte nicht die Höhe des Nutzsignals erreichen. Ebenso erscheinen sie nochmals im Bereich von 34 kHz, also im Ultraschallbereich, von dem wir in früheren Jahren so oft gehört haben.

In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß bei den meisten zur Analyse eingeschickten Aufnahmen NF-Übersteuerungen in Größenordnungen bis zu +10 dB festgestellt wurden. Diese tragen natürlich auch dazu bei, infolge ihres fast zum Rechtecksignal verformten Tonmaterials, welches naturgemäß sehr oberwellenreich ist, diese unerwünschten, aber der Stimmenbildung entgegenkommenden Effekte noch zu begünstigen. Aus der digitalen Technik kennen wir ein ähnliches Problem, wenngleich dort noch keine Stimmenbildungen beobachtet wurden.

So liegt z.B. in einem Digitalsystem die maximal reproduzierbare Tonfrequenz bei der Hälfte der Signalabtastrate, oder anders ausgedruckt: Zur Aufzeichnung von Tonfrequenzen bis etwa 20 kHz sollte bzw. muß eine Abtastrate oder Samplingfrequenz von mindestens 44 kHz verwendet werden. DAT-Recorder verwenden dafür 48 kHz. Ignoriert man diesen Rat, dann lernt man ein Problem kennen, mit dem sich alle Digitalsysteme herumschlagen müssen. Das sogenannte Aliasing.

Aliasing tritt dann auf, wenn das Signal, welches am Eingang der Analog/Digital-Wandler anliegt, Frequenzen mit hohen Amplituden enthält, die oberhalb der Hälfte der Samplingrate liegen, und die von einem schlechten Tiefpassfilter durchgelassen werden.

Werden mit einem Computer z.B. die Klänge einer Zimbel, Händeklatschen oder Wasserplätschern aufgenommen, welche Frequenzen bis und weit über 22 kHz enthalten, so schalten gute Soundkarten die entsprechenden Anti-Aliasingfilter in den Ein- und Ausgang der Wandler.

Aliasing ist deshalb so gefährlich, weil diese »Alias«-Frequenzen, welche weit in das Wiedergabespektrum hineinragen, keine harmonische Relation zu diesem haben und meist eine andere Tonhöhe besitzen. Man erinnere sich an die »Kombinationstonbildung« aus dem analogen Bereich. Auf dem Computermonitor sind diese Störungen in der Spektralanalyse deutlich auszumachen.

Signale, bis zum Rechteck verformt, streuen ihre Ober- und Nebenwellen wie einen Gartenzaun in das Nutzsignal hinein und erzeugen die komplexesten Tonbildungen. Kein noch so gutes Filter wird diese Verzerrungen mehr ausfiltern können. Nach diesen Darstellungen wird vielleicht auch die nachfolgende Forderung für den analogen Bereich klar.

Die Erzeugung der im Tonband verwendeten Vormagnetisierungsspannung muß von hoher Qualität sein. In bessere Geräte wird sie aus einem sauber eingestellten HF-Gegentakt-Oszillator gewonnen, welcher mit geeigneten Kompensationsmitteln sehr oberwellenarm, also ohne nennenswerte Verzerrungen arbeitet. Mit einem Sprung zum Anfang dieses Beitrages läßt sich folgendes Fazit ziehen:

Der magnetische Tonträger ist zur Zeit unser wichtigstes, wenn nicht sogar unser einziges Beweismittel, mit dem wir der Welt die Botschaft vom Weiterleben nach dem Tode überbringen wollen. Er ist für die meisten aber auch das »UNBEKANNTESTE«.


(Quelle: VTF-Post P 82, Heft 1/96)