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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:

  1. für Studiogeräte 2 dB bei 10 kHz und 38,1 cm/s Bandgeschwindigkeit
  2. für Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Spule und Heimgeräte mit Spule 3,5 dB bei 6,3 kHz und 9,53 cm/s Bandgeschwindigkeit
  3. für Hi-Fi-Heimstudiogeräte mit Kassette 5 dB bei 6,3 kHz und 4,76 cm/s Bandgeschwindigkeit
  4. 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).

 
Arbeitspunkt 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).
 
Höhenaussteuerbarkeit 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.
 
Bewertungsfilter 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.
 
Meßeinrichtung 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

Formel

Wenn α = 180° und F1 = 0,3 N ist, wird

Formel

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.
 
 
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