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Die höchstmögliche Frequenz bei Schellackplatten
Moderatoren: SchellackFreak, berauscht, Grammophonteam, Formiggini, krammofoon, Limania, DGAG, Der_Designer Dieser Thread ist nun geschlossen
Autor Eintrag
Willi-H-411
Di Feb 18 2014, 16:08 Druck Ansicht
Dabei seit: Mi Okt 12 2011, 11:42
Wohnort: Ruhrpott
Einträge: 1368
Es ist ja schon recht oft zu Diskussionen zur möglichen oberen Frequenz bei Schellackplatten gekommen. Nach einem Artikel aus einer Funkschau von 1929 versuche ich einmal, rein rechnerisch, eine mögliche Ursache für die unterschiedlichen Klangqualitäten, was die hohen Frequenzen betrifft, zu finden.

Wichtig hierbei ist die sogenannte Übergangsfrequenz, wo von konstanter Amplitude auf konstante Schnelle (= konstant abnehmender Amplitude) umgeschaltet wird.


In besagter Funkschau wird hier von einer Übergangsfrequenz von 200 Hz ausgegangen, und die höchste Frequenz, die hierbei wiedergegeben werden kann, mit 6.400 Hz bezeichnet. Erklärt wird das damit, daß die Amplitude hierbei einen Wert erreicht, der gerade noch ausreicht, um einen brauchbaren Ton bei der Wiedergabe zu erzeugen. Die Schritte in Oktaven wären dann:

200 Hz, 400 Hz, 800 Hz, 1.600 Hz, 3.200 Hz, 6.400 Hz

Für die größtmögliche Amplitude bei 200 Hz von 0,065 mm würde das bedeuten:

200 Hz = 65 µm (1 mm = 1000 µm)

400 Hz = 32,5 µm

800 Hz = 16,25 µm

1600 Hz = 8,125 µm

3200 Hz = 4,0625 µm

6400 Hz = 2,03125 µm

Diese Werte für die Amplitude gelten jeweils für den lautesten Ton. Wie schon gesagt, die Amplitude wird bei steigender Frequenz kleiner.

Eine Auslenkung von etwa 2 µm, das bedeutet 0,002 mm, dürfte in der Tat kaum noch zu einer wirkbaren Nadelauslenkung und somit zu einem hörbaren Ton führen. Um einen Vergleich der Größenordnung zum normalen Staub anzuführen, hier mal zwei Werte: Bei sogenanntem Grobstaub beträgt die Teilchengröße ca. 10 µm, bei Feinstaub etwa 2 µm.

Interessant wäre hier auch der Vergleich zur Größe der Rauheit des Schellackmaterials. Leider fehlen mir hierzu die nötigen Daten. Da man jedoch davon ausgehen kann, daß das Material, welches bei der Schellackplattenherstellung verwendet wurde, im feinsten Fall Feinstaubgröße hat, kann man durchaus ebenfalls von einer Größe von mindestens 2 µm ausgehen. Von daher dürfte auch hier die Grenze der höchsten wiederzugebenden Frequenz gegeben sein.

Legt man die Übergangsfrequenz gerade mal 50 Hz höher, ergeben sich folgende Werte:

250 Hz, 500 Hz, 1.000 Hz, 2.000 Hz, 4.000 Hz, 8.000 Hz

Das bedeutet, daß in diesem Fall erst bei 8.000 Hz die kleinste Amplitude von ca. 2 µm erreicht wird.

Dementsprechend kommt man bei weiterer Erhöhung dieser Übergangsfrequenz auf diese Werte:

300 Hz, 600 Hz, 1.200 Hz, 2.400 Hz, 4.800 Hz, 9.600 Hz

350 Hz, 700 Hz, 1.400 Hz, 2.800 Hz, 5.600 Hz, 11.200 Hz

400 Hz, 800 Hz, 1.600 Hz, 3.200 Hz, 6.400 Hz, 12.800 Hz

450 Hz, 900 Hz, 1.800 Hz, 3.600 Hz, 7.200 Hz, 14.400 Hz

500 Hz, 1.000 Hz, 2.000 Hz, 4.000 Hz, 8.000 Hz, 16.000 Hz


Da seinerzeit die Schallplattenfirmen stets "ihr eigenes Süppchen" bei der Festlegung der Übergangsfrequenz gekocht haben, könnte dies die Erklärung für die unterschiedliche Klangqualität bei den hohen Frequenzen sein. In den 1930er und 40er Jahren lag diese Übergangsfrequenz in der Regel zwischen 200 Hz und vielleicht 350 Hz, was eine Grenze bei den hohen Frequenzen von 6.400 Hz bis 11.200 Hz setzen würde.

Warum man diese Übergangsfrequenz nicht damals schon höher angesetzt hat, könnte an der technischen Grenze der damals verwendeten Schneidköpfe gelegen haben.

Man darf nämlich nicht die Frage vergessen, wie der technische Stand dieser damals verwendeten Schneidköpfe war. Wenn z.B., rein rechnerisch, bei einer Übergangsfrequenz von 400 Hz eine Höchstfrequenz von 12.800 Hz möglich wäre, so bedeutet das jedoch nicht, daß die damaligen Schneidköpfe auch in der Lage gewesen wären, diese in das Wachs schneiden zu können. Auch kommt hier noch die Frage zu dem hierbei entstehenden Klirrfaktor auf, der ebenfalls nicht vernachlässigt werden darf. Hierdurch dürfte ein nachträgliches Meßergebnis stark beeinflußt werden, denn es wären zwar höhere Frequenzen meßbar, die jedoch auf Verzerrungen beruhen.

Um hier nun zu einem brauchbaren Endergebnis kommen zu können, ist es zunächst einmal eine Grundvoraussetzung, mehr über die damaligen Schneidköpfe zu erfahren, ober besser gesagt, über deren technische Möglichkeiten, hohe Frequenzen sauber schneiden zu können. In dem Buch "Tonaufzeichnung analog - Mit Platte und Magnetband bis an die physikalischen Grenzen", von Bernhard Krieg, steht, daß erst in den 1950er Jahren Schneidköpfe entwickelt wurden, die es ermöglichten, Frequenzen bis 15.000 Hz sauber schneiden zu können:

1952: Einführung gegengekoppelter Schallfolienschreiber. Ausweitung des Übertragungsbereiches bis 15 KHz, vernachlässigbarer Klirrfaktor.


Wo hier die Grenze bei den Schneidköpfen der 1930er und 40er Jahre lag, ist mir leider nicht bekannt. Sie dürfte aber weit darunter gelegen haben. Einmal wegen der Mechanik der Schneidköpfe, aber auch wegen des dickeren Schneidstichels, der eine größere zu bewegende Masse ergab. Was bei hohen Frequenzen ein Faktor ist, der nicht übersehen werden darf.

VG Willi
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gramofan
Fr Feb 21 2014, 22:10
Dabei seit: Sa Okt 01 2011, 20:32
Wohnort: bei Berlin
Einträge: 921
Es gibt ein sehr ausführliches Buch von Hellmut Güttinger aus dem Jahr 1941 (Schallaufzeichnung auf plattenförmigen Lautträgern), der diese Fragen behandelt (S. 65 ff.). Aus diversen dort wiedergegebenen Kurven usw. entnehme ich, dass zu dieser Zeit in der Praxis bei 10.000 Hz Schluss war.
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Arto
Sa Feb 22 2014, 01:20
Dabei seit: Di Jan 07 2014, 01:33
Wohnort: z.Z. Dänemark
Einträge: 186
Die Grenzen sind immer interessant und sind von den physikalischen Verhältnissen, teils einer Oberfläche, teils schwingende Massen, abhängig.

Erstens muss gesagt werden, dass die Schallplattenrillenoberfläche grundsätzlich das exakt wiedergibt, was die Pressmatrize auf sich hat, denn zwischen den Partikeln befinden sich Schellack und Wachse (vielleicht auch Harze). Mit der Zeit und durch Verschleiss, Hitze und Feuchte werden die Partikelchen hervortreten, und dann bekommt man Rauschen. Bei neu-und hochwertigen Platten ist das Rauschen nicht viel mehr als bei den bekannten Vinylpressungen mit Grobrillen. Die zeigen auch Rauschen, dass von dem Aufnahmewachs stammt wenn nicht gut genug gefiltert, und von Kristallgrenzen im Kupferschicht, besonders durch zu starken Strom bei der Matrizenherstellung.

Zweitens bedeutet Verzerrung oder Klirrfaktor bei den hohen Frequenzen nichts, denn bei 10 kHz liegt der erste Oberton bei 20 kHz, also sowieso unhörbar.

Die ältesten Platten mit sehr grossem Inhalt an hohe Frequenzen (längere Töne; Trommelwirbel sind impulsiv) waren die Nachtigallenschlag-Platten von Karl Reich in Bremen aufgenommen in der ersten Mai-Woche in 1910. Da waren die Vögelchen tatsächlich im Trichter eingesperrt! Eine spätere italienische Pressung von Nr. 3 auf R.6105 wurde übrigens von Ottorino Respighi in die Aufführung der dritten Satz von Pini di Roma (1924) verwendet.

Ich habe Test-Platten von Decca aus der frühen ffrr-Zeit (1949) auf Schellack, und auf Decca K.1802-A steht “gleitender Ton 14000 bis 3000 Hz”.
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Rundfunkonkel
Di Jul 01 2014, 12:34
Dabei seit: So Jul 03 2011, 16:48
Wohnort: Umkreis Köln
Einträge: 1080
Passend zum Thema finde ich die Nennung der DIN 6151 aus dem Jahre 1943, die sich in einem Funkschau-Rückblick von ca. 1977 - 79 fand. Diesen Artikel gibt es auch online, weitere Infos zur besagten Din-Norm konnte ich aber leider nicht finden. Interessant ist, dass die Übernahmefrequenz bei 300 Hz liegt.

Der Link: Link - Hier klicken
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Willi-H-411
Di Jul 01 2014, 18:30
Dabei seit: Mi Okt 12 2011, 11:42
Wohnort: Ruhrpott
Einträge: 1368
Bei einer Übergangsfrequenz von 300 Hz dürfte die obere Grenze bei knapp 10 KHz liegen. Kommt natürlich darauf an, was die Schneideköpfe konnten.

VG Willi
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Formiggini
So Nov 15 2015, 13:54
Seitenbetreiber

Dabei seit: Di Dez 28 2010, 19:20
Einträge: 1759
Die Bell Laboratories (Western Electric) gaben in einer Firmenschrift vom Januar 1929 für ihre neuen Schneidköpfe einen nahezu linearen Frequenzgang bis knapp 8000Hz an. Danach war allerdings nicht einfach „Schluß“, sondern die „Lautstärke“ nahm ab, der Verlauf wurde unlinear (stärker Verzerrt). D.h. die Spezifikation dieses WE Schneidekopfes sagt nur aus, dass zwischen c. 30Hz – 8000Hz der „Idealbereich“ ist.

Ganz generell war Ende der 1920er und frühen 1930er Jahre die Aufnahmeseite besser als die Wiedergabeseite. Dies zeigt auch ein Artikel von Ende 1929, bei dem eine obere Grenzfrequenz von c. 10.000Hz angegeben wird. Da der Scan nicht sehr gut ist, habe ich den relevanten Teil abgetippt:

Frequenzbereich der Schallplatte


Welche Frequenzen kann die Schallplatte noch wiedergeben?
Gerade jetzt entspinnt sich in Fachkreisen ein Streit über den Frequenzbereich der Schallplatte, das heißt, welche Periodenzahl in Richtung tiefer und hoher Töne noch auf die Schallplatte aufgezeichnet sind, wie deshalb Verstärker und Abnahmedosen zu dimensionieren sind, um bestmögliche Wiedergabe von Musik und Sprache zu erzielen…

Die höchsten Frequenzen

Der höchste aufnehmbare Ton ist dann erreicht, wenn die Länge der Ausbuchtung nicht mehr größer ist als der Durchmesser der Nadelspitze. Am äußeren Rand einer Platte, wo die Weglänge in der Sekunde am größten ist und wo die Nadel noch am spitzesten ist, können nahezu beliebig hohe Töne aufgezeichnet werden. Am inneren Ende der Schallplatte ist die Länge einer Umdrehung am kleinsten und die Nadelspitze ist durch den langen Weg von 250 Meter schon stark abgeschliffen worden. Hier liegt die Grenze also wesentlich niedriger.

Herr Dr. Hagemann (ANM.: Leiter des wissenschaftlichen Laboratoriums bei der Deutschen Grammophon) konnte im Versuch Töne von 10.000, 8000 und 6000 Perioden auf Schallplatte aufzeichnen und auch wiedergeben. Mikro-Photographien bestätigen die angegebenen Vorgänge. Weitere Versuche bewiesen, daß die Fabrikation, das Herstellen der Galvanos, das Pressen und Formen überhaupt die ganze Fabrikationsmethode an der klanglichen Wiedergabe keinen merklichen Unterschied gegenüber der Originalplatte ergibt.

Moderne Schallplatten umfassen also tatsächlich ein Frequenzband von 25 bis 10.000 Perioden. Wenn auch zugegeben werden muß, daß bei den Aufnahmen sich so viele Fehlerquellen einschleichen können, daß nicht alle Platten gleich einwandfrei sind, so ist doch die technische Möglichkeit ganz hervorragend.


Der komplette Artikel: Weitere Informationen:


Ende der 1930er Jahre führte Telefunken das Silberbeschichtungsverfahren (anstatt von Graphitpulver) ein. Auch hier werden die 10.000Hz genannt:

„Hatte man bisher auf das bespielte Wachs allerfeinstes Graphitpulver aufgepinselt, um eine elektrisch leitfähige Schicht zu erhalten, so gefiel dies dem Klang-Ingenieur gar nicht, weil er immer Angst hatte um die hohen Schwingungen von 5000 bis 10.000 Herz, deren Schriftzeichen so winzig sind, daß das Graphitpulver sie häufig zudeckt.“


Manche Firmen hatten Übergangsfrequenzen von 400Hz und höher. Wie du mit deiner Darstellung ja schon gezeigt hast, hier sind dann Höchstfrequenzen von deutlich über 10.000Hz möglich. Ein gutes, frühes Beispiel sind ja Aufnahmen der Ultraphon bei denen sich diese hohen Frequenzen auf Schellackplatte dokumentieren lassen. Wie gesagt, die Aufnahmeseite war zu dieser Zeit deutlich besser, als die Wiedergabeseite bei den meisten Hörern zu Hause.

Was natürlich auch klar ist: Der Klirrfaktor und die Verzerrungen in den hohen Bereichen, bei diesen frühen Aufnahmen, erfüllt in keinster Weise "HiFi-Norm"...


Admin: Das (spannende) Thema kann in diesem älteren Eintrag Frequenzgrenzen bei Schellackplatten weiter diskutiert werden.

[ Bearbeitet Do Mai 05 2016, 13:06 ]
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