|
|
| Dr. E. Christian |
|
Normgemäße Meßverfahren der Magnettontechnik
1. Teil |
|
Normen werden in einem bisher nicht gekannten Ausmaß als
Grundlage für Qualität und Kontrolle aufgefaßt.
Dies gilt insbesondere für die Normen der Unterhaltungselektronik
und damit auch der Magnettontechnik. So ist die bekannte, inzwischen
schon neunteilige HiFi-Norm DIN 45 500 beispielsweise eine
ausgesprochene Qualitätsnorm. Fertigungskontrollen und
Testinstitute stützen ihre Bewertung bevorzugt auf genormte
Meßverfahren, sowohl für Magnetbänder als auch
für Magnetbandgeräte einschließlich der Kassettengeräte.
Dieser Komplex wird in zwei Abschnitten behandelt. Abschließend
wird eine Übersicht der hier angesprochenen Normen gegeben. |
|
|
Gerätegruppen und
deren Normen
Die Gleichartigkeit der zur Schallaufzeichnung verwendeten
Magnetbänder bildet eine notwendige Voraussetzung für
Aufzeichnungsqualität und Austauschbarkeit bespielter
Magnetbänder. Die für die Aufzeichnungstechnik wichtigen
elektroakustischen, magnetischen und mechanischen Bandeigenschaften
müssen nicht nur praxisbezogen definiert, sondern auch
praxisbezogen gemessen werden. Die Normung geeigneter Meßverfahren
bildet daher ein wichtiges Teilgebiet der einschlägigen
Normungsarbeit. Dabei ist gegebenenfalls von unterschiedlichen
Anforderungen der Gerätegruppen
Studiogeräte (DIN 45 511 Teil 1)
Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Spule (DIN 45 500
Teil 4)
Heimgeräte mit Spule (DIN 45 511 Teil 5)
Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Kassette¹) (DIN 45 500
Teil 4) und
Heimgeräte mit Kassette (DIN 45 511 Teil 4)
auszugehen.
Den Gerätegruppen angepaßt, werden verschiedene
Bandtypen verwendet. Gleichartige Bandtypen besitzen bei Anwendung
gleicher Betriebsdaten gleiche elektroakustische Eigenschaften
mit qualitativ vertretbarem begrenztem Streubereich.
Im folgenden werden als erstes die wichtigsten elektroakustischen
Eigenschaften der Bänder und ihre genormten Meßverfahren
besprochen.
Bei den Messungen ist, falls nichts Gegenteiliges vermerkt,
Normalklima 20/65 (20°C, 65 % rel. Luftfeuchtigkeit) nach
DIN 50 014 vorzusehen.
¹) Kassette steht hier für Compact-Cassette (= eingetragenes
Warenzeichen)
Meßverfahren der
elektroakustischen Eigenschaften von Tonbändern
Arbeitspunkt-Meßverfahren (DIN 45 512 Teil 2)
Unter Arbeitspunkt versteht man den bei vorgegebenen Betriebsdaten
einzustellenden Hf-Vormagnetisierungsstrom iHf
des Aufnahmekopfes. Er wird nach E DIN 45 512
Teil 2 (E bedeutet Entwurf) aufgrund von praxisbezogenen Untersuchungen
[1] durch den Verlauf der Arbeitskennlinie einer Frequenz
aus dem oberen Ubertragungsbereich bestimmt. Dabei wird der
Vormagnetisierungsstrom iHf bei Benutzung des jeweiligen DIN-Bezugsband-Leerteiles
so lange erhöht, bis der Pegel am Ausgang des Wiedergabeverstärkers
bezogen auf das Pegelmaximum um einen bestimmten Wert abfällt.
Der Pegelabfall beträgt:
- für Studiogeräte 2 dB bei 10 kHz und 38,1 cm/s
Bandgeschwindigkeit
- für Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Spule und Heimgeräte
mit Spule 3,5 dB bei 6,3 kHz und 9,53 cm/s Bandgeschwindigkeit
- für Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Kassette 5 dB
bei 6,3 kHz und 4,76 cm/s Bandgeschwindigkeit
- für Heimgeräte mit Kassette 2,5 dB bei 6,3 kHz
und 4,76 cm/s Bandgeschwindigkeit.
Bild 1 veranschaulicht die Ermittlung des Arbeitspunktes
der Bänder für Heimgeräte mit Kassette und
Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Kassette (DIN 45 513
Teil 6 und DIN 45 513 Teil 7).
|
|
 |
Bild l. Arbeitspunktbestimmung
von Kassettenbändern. Kurve 1 = DIN 45 513 Teil
6. Fe2O3-Band; Kurve 2 = DIN 45 513
Teil 7, CrO2-Band |
Die Anwendung des genormten Arbeitspunktes ist
Voraussetzung für wichtige elektroakustische Bandvergleichsmessungen
wie Frequenzgang, Klirrfaktor, Höhenaussteuerbarkeit, Bandflußschwankungen
usw.
Der für das Bezugsband ermittelte Arbeitspunkt wird in
der Normenliteratur mit ivB; bezeichnet. Für
die Ausführung der Messung ist im Prinzip - die richtige
Zuordnung Band zu Gerätegruppe vorausgesetzt - jedes normgemäße
Gerät geeignet.
Frequenzgang-Meßverfahren
(DIN 45 512 Teil 2)
Unter dem Frequenzgang eines Magnetbandes versteht man das Verhältnis
des Ausgangspegels einer hohen Meßfrequenz zu dem Ausgangspegel
der Frequenz des Pegeltonteils des DIN-Bezugsbandes.
Die hohe Meßfrequenz beträgt für Studiogeräte
14 kHz, für Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Spule und Heimgeräte
mit Spule 10 kHz, für Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Kassette
10 kHz und für Heimgeräte mit Kassette 8 kHz. Die
Aussteuerung des Magnetbandes soll bei der Frequenzgangmessung
etwa 20 dB unter Vollpegel liegen. Als Vergleichsbasis dient
der Frequenzgang des Bezugsband-Leerteils. Zur Frequenzgangmessung
ist ebenfalls jedes normgemäße Gerät der in
Frage kommenden Gerätegruppe geeignet.
Klirrfaktor-Meßverfahren
(DIN 45 512 Teil 2)
Als Maß für nichtlineare Verzerrungen von Magnetbändern
bzw. von Magnetband-Aufzeichnungen dient der Klirrfaktor k3.
Der Klirrfaktor wird in % direkt, oder umgerechnet als Klirrdämpfung
in dB angegeben. Bei Studiogeräten ist 1 kHz Meßfrequenz,
bei allen anderen Gerätegruppen 333 Hz.
Höhenaussteuerbarkeits-Meßverfahren
Als Maß für die Höhenaussteuerbarkeit eines
Magnetbandes dient der maximale Bandfluß einer hohen Frequenz
relativ zur Vollaussteuerung der Bezugspegel-Frequenz. Diese
Qualitätsgröße ist zwar in keiner Norm besonders
beschrieben, neuerdings aber in die Gerätenormen DIN 45
500 Teil 4 und DIN 45 511 Teil 4 einbezogen. Dort
wird nämlich eine Grenze für die zulässige Abnahme
der Aussteuerbarkeit bei 10 kHz bzw. 8 kHz bezogen auf 333 Hz
vorgegeben. Die Abnahme soll nach DIN 45 500 Teil
4 bei 10 kHz höchstens 15 dB, nach DIN 45 511
Teil 4 bei 8 kHz höchstens 20 dB betragen. Durch dieses
zusätzliche Band-Qualitätskriterium soll eine Höhenübersteuerung
auch in extremen Betriebsfällen vermieden werden. Eine
meßtechnische Interpretation der Höhenaussteuerbarkeit
gibt Bild 2 am Beispiel der Kassetten-Bezugsbänder (DIN 45 513
Teil 6 und DIN 45 513 Teil 7). |
|
 |
Bild 2. Höhenaussteuerbarkeit
von Kassettenbändern. Durchgezogene Linie = DIN 45 513
Teil 6, Fe2O3-Band. Wiedergabeentzerrung
120 µs und 318 µs strichlierte Linie = DIN 45 513
Teil 7. CrO2-Band, Wiedergabeentzerrung 70 und 3180
µs |
Die Kurve A333 zeigt den Bandflußverlauf
bei 333 Hz Vollaussteuerung (Klirrfaktor 3 % bzw. 5 %) und die
Kurve A 8 bzw. A10 den maximal erreichbaren
Bandfluß bei 8 kHz bzw. 10 kHz, ohne Berücksichtigung
des Klirrfaktors, in Abhängigkeit vom Vormagnetisierungsstrom
iHf. Bei dem Arbeitspunkt 0 dB für das Fe2O3-Band
beträgt die relative AussteuerbarkeitA333/A8
= 14 dB und beim Arbeitspunkt + 6 dB für das CrO2-Band
beträgt A333/A10 = 13 dB. Zur Orientierung
über den Bandfluß-Absolutwert ist der Bezugspegel
B = 250 nWb/m (25 mM/mm) eingetragen. Die sonstigen Meßbedingungen
sind:
Bandgeschwindigkeit = 4,76 cm/s; Spurbreite = 1,5 mm; Aufnahmekopf-Spaltbreite
= 2,5 (im.
Meßverfahren für Bandflußschwankungen
(DIN 45 519 Teil 2)
Bandflußschwankungen im physikalischen Sinne sind nicht
in gleichem Maße subjektiv feststellbar. Deswegen geht
die normengemäße Bestimmung der Bandflußschwankungen
von zusätzlichen praxisbedingten Randbedingungen aus. Die
wichtigste, subjektiv unterschiedlich bewertete Einflußgröße
der Bandflußschwankung ist ihre Frequenz. Bandflußschwankungen
werden daher entsprechend ihrer Frequenz unterschiedlich gemessen
und bewertet. In der Normensprache spricht man bei Schwankungsfrequenzen
über 100 Hz von hohen Frequenzen, die sich als Gleichfeldrauschen
äußern und bei Schwankungsfrequenzen darunter von
tiefen Frequenzen, die sich als Aussetzer (drop outs) äußern.
Aussetzer werden wie Empfindlichkeitsschwankungen als Lautstärkeschwankungen
wahrgenommen und bezüglich Länge und Tiefe bewertet.
Die meßtechnische, normengemäße Erfassung des
Gleichfeldrauschens bzw. des Gleichfeldrauschspannungsabstandes
eines Magnetbandes erfolgt nach DIN 45 519 Teil 2,
indem dem Aufnahmekopf an Stelle des Tonfrequenzstromes ein
gleich großer Gleichstrom zugeführt wird. Wiedergabeseitig
ist ein Geräuschspannungsmesser nach DIN 45 405
in Stellung Fremdspannung ohne Psophometerfilter (Filter für
Geräuschmesser) unter Vorschaltung eines Filters entsprechend
Bild 3 zu verwenden.
|
|
 |
Bild 3. Filter
zur Messung der Gleichfeldrauschspannung |
Die Aussetzermessung erfolgt durch Aufzeichnung
von 6,3 kHz und anschließende Messung des Wiedergabepegels.
Als Aussetzer sind alle Pegeleinbrüche zu werten,
deren Dauer zwischen 10 ms und 1 s liegt und deren Tiefe 6 dB
überschreitet. Als Qualitätsmaßstab dient die
Anzahl der Aussetzer je Zeiteinheit.
Löschdämpfungs-Meßverfahren
(DIN 45 519 Teil 3)
Die Löschbarkeit eines Magnetbandes wird durch die Messung
der Löschdämpfung erfaßt. Unter Löschdämpfung
versteht man das Verhältnis des Wiedergabepegels des voll
ausgesteuerten Magnetbandes zu dem des gelöschten Magnetbandes.
Nach DIN 45 519 Teil 3 ist 1 kHz bevorzugt zur Ermittlung
der Löschdämpfung zu verwenden. Zum Auffinden des
erforderlichen Löschstromes wird zunächst der vollausgesteuerte
Bezugsband-Leerteil mit zunehmendem Löschstrom gelöscht,
bis die Löschdämpfungskennlinie 70 dB erreicht. Mit
dem dermaßen eingeeichten Löschstrom wird anschließend
der ebenfalls mit 1 kHz vollausgesteuerte Prüfling gelöscht
und seine Löschdämpfung ermittelt. Sie wird entsprechend
der magnetischen Härte des Prüflings kleiner, gleich
oder größer als die des DIN-Bezugsband-Leerteils
sein.
Als sonstige geräteseitige Randbedingungen sind bei der
Messung die allgemeinen Festlegungen für elektroakustische
Bandmessungen in DIN 45 512 Teil 2 zu berücksichtigen.
Im Prinzip ist jedes normgemäß ausgelegte Gerät
für die Löschdämpfungsmessung verwendbar.
Kopierdämpfungs-Meßverfahren
(DIN 45 519 Teil 1)
Die magnetische Kopie einer Magnetbandaufzeichnung auf der benachbarten
Bandlage wird durch Messung der Kopierdämpfung erfaßt.
Der Kopier-Effekt ist von der aufgezeichneten Wellenlänge
sowie der Lagerungstemperatur und Lagerungsdauer des bespielten
Magnetbandes abhängig. Die Lagerungstemperatur eines bespielten
Bandes sollte zur Vermeidung eines Kopier-Effekts 25° C
möglichst nicht überschreiten.
Die normgemäße Messung sieht bei Studiogeräten
1 kHz und bei allen anderen Geräten 500 Hz als Meßfrequenz
vor. Die Bandgeschwindigkeit beträgt bei Studiogeräten
38,1 cm/s, bei sonstigen Geräten mit Spule 9,53 cm/s und
bei Kassettengeräten 4,76 cm/s.
Die Aufzeichnung muß symmetrisch zur Bandmitte erfolgen,
da der Bandwickel zwischen Aufnahme und Wiedergabe nur umgelegt,
nicht aber umgespult werden darf. Als Lagerungszeit zwischen
Aufnahme und Wiedergabe sind 24 Stunden vorgesehen. Die Lagerungstemperatur
beträgt 20° C.
Meßverfahren der mechanischen Eigenschaften
Während die magnetischen Eigenschaften von Magnetbändern
ausschließlich von der Grundlagenforschung und Weiterentwicklung
her für die Magnettontechnik von Bedeutung sind, sind die
mechanischen Bandeigenschaften analog den elektroakustischen
von ausgesprochen praxisbezogenem Einfluß. Die Normungsarbeit
trägt diesem Umstand durch Definition der wichtigsten abgeleiteten
mechanischen Größen und praxisbezogene Fixierung
ihrer Meßverfahren Rechnung. So sind im besonderen Meßverfahren
genormt für die Reibungszahl, die Schmiegsamkeit, die Nennbelastbarkeit
und die Säbelförmigkeit.
Reibungszahl Meßverfahren
(DIN 45 522 Teil 1)
Die Reibungszahl eines Magnetbandes bildet eine der wichtigsten
Einflußgrößen für die Stabilität
des Bandtransportes. Die notwendige konstante Bandgeschwindigkeit
bedingt einen schlupffreien Abtransport des Magnetbandes durch
die Tonwelle entsprechend deren Umlaufgeschwindigkeit.
|
|
 |
Bild 4. Schematische
Darstellung der Meßeinrichtung der Reibungszahl |
Das in DIN 45 522 Teil 1 genormte Meßverfahren
der Reibungszahl versucht den Bedingungen der Praxis gerecht
zu werden. Bild 4 zeigt eine schematische Darstellung der normgemäßen
Meßeinrichtung. Es wird das Drehmoment gemessen, das das
über eine drehbare Meßrolle geführte Magnetband
durch Reibung erzeugt. Die Haftreibung wird vor dem einsetzenden
Gleiten des Bandes über die Meßrolle bei langsamem
Anlauf (1 cm/s) und die Gleitreibung bei mit 4,76 cm/s Bandgeschwindigkeit
über die Meßrolle bewegtem Band bestimmt. Der Bandzug
vor der Rolle beträgt 0,3 N. Die Reibungszahl errechnet
sich nach der Beziehung
Wenn α = 180° und F1 = 0,3 N ist, wird
Meßtechnische Untersuchungen [2] ergaben, daß der
Schlupf zwischen Tonband und Tonwelle eine wichtige Meßgröße
unter den bekannten, insbesondere den Gleichlauf bestimmenden
Einflußgrößen des Bandtransports ist. Eine
Erweiterung der Norm auch auf die Schlupfmessung wäre daher
wünschenswert. Da sie außerdem nur für 6,3 mm
Bandbreite ausgelegt ist, bedarf sie einer Ergänzung für
3,81 mm Bandbreite (Kassettenbänder).
Schmiegsamkeits-Meßverfahren
(DIN 45 522 Teil 2)
Die Schmiegsamkeit ist eine weitere wichtige abgeleitete mechanische
Größe des Magnetbandes. Eine gute Schmiegsamkeit
ermöglicht einen satten Band-Kopf-Kontakt, ohne daß
ein zu hoher Flächendruck auf den Magnetkopf ausgeübt
werden muß. Das in DIN 45 522 Teil 2 festgelegte
Meßverfahren hat für die allgemeine Meßpraxis
nicht die erhoffte Bedeutung erlangt. Eine Überarbeitung
dieser Norm erscheint daher wünschenswert.
Meßverfahren für die Nennbelastbarkeit
(DIN 45 522 Teil 3)
Zur Begrenzung der zulässigen mechanischen Zugbelastung
eines Magnetbandes ist es notwendig, die Dehnungseigenschaften
zu erfassen. Im Betriebsfall darf die Zugbelastung nicht über
die Elastizitätsgrenze hinausgehen.
Nach DIN 45 522 Teil 3 ist eine Dehnungsmessung sowohl
nach statischer als auch nach dynamischer Beanspruchung vorgesehen,
wobei die erstere für die Praxis wohl die Wichtigere ist.
Als statische Nennbelastbarkeit wird jene Zugkraft angegeben,
die an einem 0,5 m langen Bandstück eine Dehnung von 3
‰ erzeugt. Der Prüfling ist dem Bandzug 24 Stunden
lang vor Ermittlung der Dehnung auszusetzen. Dieser Wert soll
Auskunft über das Verhalten der Bänder bei Zugeinwirkung
über lange Zeit, wie sie beispielsweise im Bandwickel auftritt,
geben.
Die dynamische Nennbelastbarkeit ist ebenfalls durch eine Dehnung
von 3 ‰ definiert. Es ist eine Meßanordnung vorgesehen,
bei der die Zugbeanspruchung durch einen mechanischen Schwingungskreis
(2 Hz) erfolgt. Die dynamische Nennbelastbarkeit gibt über
das Verhalten der Bänder bei stoßartiger Belastung
(Anhalten im Schnellauf etc.) Auskunft.
Meßverfahren für die Säbelförmigkeit
(DIN 45 522 Teil 4)
Unter Säbelförmigkeit eines Magnetbandes versteht
man seine Bandkrümmung in Laufrichtung. Ursachen der Säbelförmigkeit
sind Fehler beim Schneiden und Wickeln. Die Säbelförmigkeit
muß aus Qualitätsgründen (Phasen und Winkelfehler
der Aufzeichnung) in bestimmten Grenzen bleiben. Sie wird nach
DIN 45 522 Teil 4 aus der Winkelabweichung in ‰
eines mindestens 1100 mm langen Bandstückes, das völlig
entspannt auf einer glatten Unterlage liegt, ermittelt.
Da diese Norm nur für 6,3 mm Bandbreite gilt, bedarf sie
ebenso wie DIN 45 522 Teil 1 einer Ergänzung
für 3,81 mm Bandbreite.
|
|
Literatur
[1] Christian, E.: Funk Technik 1962, Nr. 5, S. 141
[2] Christian, E.: Funk Technik 1970, Nr. 8, S. 273 |
|
| (Schluß
folgt) > |
Dr. phil. Ernst
Christian (51)
studierte Physik und Mathematik in Wien und Graz. Promotion
1954 in Graz. Danach Bauelemente-Entwicklung bei Ingelen. Wechsel
zu Grundig, Fürth: Entwicklung elektroakustischer Wandler,
Magnetkopfentwicklung und Aufzeichnungsmechanismen, ab 1963
Leiter der Abt. Magnettonlabor und -technologie. Verfasser von
"Magnettontechnik", Franzis-Verlag. |
|
aus: FUNKSCHAU Heft 11 1976,
Seite 437 ff.
Herzlichen Dank an die
Funkschau für die Erlaubnis, diesen Artikel hier zu
veröffentlichen. |
|
|
