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Elektromagnetischer Tonaufnehmer für stereophonische
Schallwiedergabe
Vorliegende Erfindung betrifft elektromagnetische Gramophon-Tonaufnehmer zur Verwendung bei für eine stereophonische Schallwiedergabe geeigneten Schallträgern mit Tonrille, welche zwei von örtlich getrennten Mikrophonen stammende Modulationen enthält, welche Schwingungen der Aufnehmernadel um zwei zueinander senkrechte Achsen erzeugen. In einem System, von welchem man sagen kann, dass es symmetrisch modulierte Schallrillen verwendet, sind diese Achsen um 450 beidseitig zur Vertikalen geneigt ; der vorliegende Aufnehmer ist besonders für Aufzeichnungen dieser Art gedacht. In einem andern System ist die eine Achse eine Vertikalachse entsprechend einer Berg- und Talaufzeichnung und eine andere ist eine Horizontalachse entsprechend der seitlichen Aufzeichnung.
Der vorliegende Tonaufnehmer ist auch zur Wiedergabe von derartigen Aufzeichnungn in Horizontal- und Vertikalschrift geeignet.
Mit solchen Schallaufzeichnungen ist es möglich, von jeder Modulation gesonderte Signale zu erzeugen, welche verstärkt und gesonderten, im Abstand voneinander angeordneten Lautsprechern zugeführt werden.
Ein für diese Zwecke geeigneter Tonaufnehmer muss so arbeiten, dass eine gegenseitige Beeinflussung der den beiden Modulationen angehörenden Systeme möglichst gering ist und ferner, dass in keiner der Signalfolgen die nichtlineare Verzerrung merklich grösser ist als dies für ein normales monoaurales System der Fall ist. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun einen Tonaufnehmer zu schaffen, welcher diesen Erfordernissen genügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem elektromagnetischen Tonaufnehmer für stereophonische Schallwiedergabe aus, der mit einem ferromagnetischen Anker versehen ist, der an einem Ende eine Nadel trägt und mit zwei Freiheitsgraden beweglich ist, um sowohl Seitenbewegungen als auch Vertikalbewegungen der Nadel folgen zu können, wobei der Anker die Luftspalte zweier gesonderter magnetischer Kreise verändert, die je einen Ringkern aus magnetischem Material besitzen und je eine feste Wicklung aufweisen, und wobei in einer dieser Wicklungen elektromotorische Kräfte in praktisch ausschliesslicher Entsprechung der vertikalen und in der andern Wicklung in praktisch ausschliesslicher Entsprechung der seitlichen Nadelbewegung erzeugt werden.
Bei einem Tonaufnehmer dieser Art kennzeichnet sich die Erfindung durch die an sich bekannten Merkmale, dass der Anker längliche Form aufweist, zur Durchführung von Schwing-, genauer Pendelbewegungen um eine Achse, welche in dem der Nadel abgewendeten Endbereich des Ankers quer zu dessen Längserstreckung verläuft und von Schwingbewegungen in Richtung seiner Längserstreckung eingerichtet ist und wobei dieser Anker zwischen den Polstücken eines Magneten angeordnet ist, welche Polstücke mit dem Anker den einen von zwei magnetischen Kreisen bilden, wobei diese Anordnung derart ist, dass seitliche Bewegungen der Nadel Änderungen des magnetischen Flusses im Anker hervorrufen und wobei der andere magnetische Kreis einen Kern aus magnetischem Material umfasst, der einen stetigen oder nahezu stetigen Fluss zwischen zwei Polspitzen ausbildet,
die dem der Nadel abgewendeten Ende des Ankers benachbart sind, wobei dieses Ende durch Induktion von dem erstgenannten Magnet magnetisiert wird und wobei Nadelbewegungen in Längsrichtung des Ankers den Luftspalt zwischen dem genannten Ende des Ankers und den genannten Polspitzen verändern, wodurch der magnetische Fluss im Kern verändert wird.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen
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Fig. 1 einen teilweise im Schnitt gehaltenen Aufriss einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine Ansicht von unten auf die Ausführungsform nach Fig. 1, Fig. 3 eine Teilansicht einer Abänderung der Fig. 1 und 2, Fig. 4 eine Teilseitenansicht zu Fig. 3, Fig. 5 eine Ansicht von unten eines andern Teiles der Ausführung nach den Fig. 3 und 4, Fig. 6 das Schaltbild einer anzuwendenden Spulenanordnung und schliesslich Fig. 7 eine bevorzugte Schaltung der in Fig. 6 gezeigten Spulen darstellt.
Die aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Ausführung ist eine Abänderung des in der brit. Patentschrift Nr. 748, 982 beschriebenen Aufnehmers, der ausschliesslich für die Wiedergabe einer Seitenschrift befähigt ist.
In den Zeichnungen ist 10-ein als Weicheisenrohr ausgeführter Anker, welcher 2, 5 mm lang ist, Aussendurchmesser von 0, 4 mm und eine Wandstärke von0, 0375mm aufweist. Das obere Ende dieses Ankers ist starr mit einem Ende einer auskragenden Tragplatte 11 verbunden, die aus einem Weicheisenstreifen einer Dicke von 0, 0375 mm gebildet ist und deren Ebene mit der Längsachse des Ankers einen rechten Winkel einschliesst. Das andere Ende der Platte 11 ist (beispielsweise auf solche Art, wie dies in der vorhin genannten Patentschrift beschrieben, aber in den vorliegenden Zeichnungen nicht dargestellt ist) fest mit dem Körper 13 des Aufnehmers verbunden. Die Platte 11 weist eine ihrer Mittellinie folgende, längslaufende Versteifungsrippe 14 auf.
Diese Rippe besitzt eine geringere Tiefe als in der genannten Patentschrift angegeben, damit die Nachgiebigkeit in lotrechter Richtung, Cz. für den vorliegenden Fall vergrössert wird.
Die Nachgiebigkeit C und die Massen M werden hier auf die Spitze des Aufnahmesaphirs 16 bezogen, der im unteren Ende des Ankers 10 sitzt. Die Indices x. y und z bezeichnen die drei zueinander senkrechten, aus den Zeichnungen ersichtlichen Richtungen.
Ein dünner Stahldraht, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0, 0406 mm, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist an einem Ende am Anker 10. u. zw. in der Nähe der Nadel 16 befestigt ; sein anderes Ende ist am Körper 13 befestigt, wie dies in der genannten älteren Patentschrift beschrieben ist.
Dieser Draht ist unter Spannung gesetzt und verläuft gerade und senkrecht zur Schwingungsrichtung ydes Ankers.
Eine Ringspule 17 umgibt den Anker 10 ; sie ist gleichachsig mit diesem angeordnet. Ein hufeisenförmiger Permanentmagnet 33 ist starr mit dem Aufnehmerkörper 13 verbunden ; die Weicheisenpolschu-
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wie dargestellt, abgeschrägt. Die Anordnung ist so getroffen, dass bei in Ruhelage befindlichem Anker 10 der magnetische Fluss zwischen den Polschuhen 18 in der y-Richtung vor sich geht, und kein Fluss den Anker 10 in der Längsrichtung durchsetzt.
Der Permanentmagnet 33 und die Polschuhe 18 bilden mit ihren Spitzen einen der beiden angeführ- ten magnetischen Kreise, wobei eine seitliche Bewegung der Nadel 16 (in der y-Richtung) die Flussvertei- lung in diesem Kreis verändert ; dementsprechend erfährt auch der in der Längsrichtung durch den Anker 10 gehende Fluss und demnach der Strom in der Spule 17 eine Veränderung.
Der andere Kreis 28, besteht aus einer Stange aus geeignetem magnetischem Material von 1, 25 mm Durchmesser, deren Form aus Fig. 1 ersichtlich ist und deren Polspitzen durch einen Luftspalt 31 der ungefähren Breite von 1 mm getrennt sind. Die unteren Enden dieser Polspitzen befinden sich ungefähr 1, 0 mm oberhalb des oberen Endes des Ankers 10 und des Stirnendes der Tragplatte 11. Der Kreis 28 besteht aus zwei gleichen Teilen, die je von einer Spule 29 umgeben sind ; diese Spulen sind in Serie geschaltet.
Im oberen Teil des Kreises 28 ist ein Luftspalt 30 gebildet, um die Steilheit der B/H-Kurve für geringe, im Arbeitsbereich erfolgende Änderungen der Werte B und H zu vergrössern. Der Luftspalt 30 trägt auch dazu bei, das System 28,29, 31 hinsichtlich der drei Hauptsymmetrieachsen zu symmetrieren und dadurch eine zufriedenstellende Unempfindlichkeit gegenüber den Wirkungen äusserer magnetischer Störfelder herbeizuführen. Aus denselben Gründen besitzen die beiden Spulen 29 die gleichen Windungszahlen und gleiche Abmessungen.
Die Wicklung der Spule 17 ist mit einem Ende zu einer Klemme 34 geführt, wogegen ihr anderes Ende zur Klemme 35 geht, mit welcher auch das eine Ende der in Serie geschalteten Spulen 29 verbunden ist, d. h. dass die Klemme 35 einen gemeinsamen Kontakt vorstellt. Das andere Ende der Spulenwicklung 29 ist an eine weitere Klemme 36 geführt. Die Klemmen 34, 35 und 36 dienen als Ausgangskontakte des Tonaufnehmers.
Im Betrieb wirken die beiden Modulationen der Tonrillen in vertikaler und in seitlicher Richtung. Die Seiten- oder Horizontalmodulation wird auf dieselbe Weise wiedergegeben, wie dies für den in der früheren Patentschrift beschriebenen Tonaufnehmer der Fall ist, wobei die dieser Modulation entsprechenden Signale zwischen den Klemmen 34 und 35 entstehen.
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Zur Wiedergabe der Vertikalmodulation ist zu beachten, dass das Stirnende der Tragplatte 11 und das obere Ende des Ankers 10 durch Induktion aus dem magnetischen Feld magnetisiert werden, welches zwischen den oberen Polspitzen 18'besteht. Diese magnetisierten Teile können daher so betrachtet werden, als ob es sich um einen kleinen Magnet handeln würde, dessen Pole in der y-Richtung im Abstand voneinander liegen. indem dieser kleine Magnet in der z-Richtung verstellt wird, d. h. in einer Richtung, die parallel zur Längsachse des Ankers 10 verläuft, was eine Folge der Vertikalmodulation der Tonrille ist, entsteht ein veränderlicher magnetischer Fluss, welcher die Teile des Kernes 28 und die Spulen 29 durchsetzt. Die dadurch in den Spulen 29 induzierten elektromotorischen Kräfte erscheinen zwischen den Klemmen 35 und 36.
Ein Vorteil den der beschriebene Tonaufnehmer gegenüber vielen demselben Zweck dienenden Aufnehmern aufweist, besteht darin, dass Mittel zur Wiedergabe der Vertikalmodulation nicht an das Vorhandensein schwingender Teile gebunden sind, welche zusätzlich zu jenen erforderlich sind, die man zur Wiedergabe der Seitenmodulation benötigt, so dass also zusätzliche Massenkräfte vermieden werden.
Um ein Höchstmass der Trennung der von den beiden Systemen 10,17, 18 und 10, 28, 29 erzeugten Signale zu gewährleisten, wird vorzugsweise die Möglichkeit zweier mechanischer Einstellungen geschaffen, obgleich dies nicht wesentlich ist. Eine von ihnen, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, kann in die Tragglieder der Kernteile 28 eingeschlossen sein, um diesen Teilen zu erlauben, seitlich, d. h. in der Richtung y, um ein kleines Ausmass bewegt und in einer Lage festgeklemmt zu werden, in der sich eine vernachlässigbare Ausgangsspannung der Spulen 28 ergibt, wenn die Nadel 16 nur in Seitenrichtung angetrieben wird. Demgemäss sind die Kernteile 28 an einen beispielsweise aus nichtmagnetischem Kunststoff bestehenden Tragblock 38 angekittet, welcher mit dem Körper 13 vermittels Schrauben 39 verbunden ist, welche Schlitze 40 des Tragblockes 38 durchsetzen.
Eine andere Vorkehrung, welche getroffen werden kann ist, in Fig. 5 gezeigt und erlaubt eine geringe seitliche (d. h. in der y-Richtung erfolgende) Einstellung der Polstücke 18, wodurch eine Einstellung gefunden werden kann, in der man eine vernachlässigbare Ausgangsspannung der Spule 17 erhält, wenn die Nadel 16 ausschliesslich vertikal getrieben wird. Demgemäss hat jeder Polschuh 18 einen Fortsatz41, in welchem ein Schlitz 42 ausgebildet ist. Die Polstücke werden mit dem Körper 13 durch Schrauben 43 verbunden, welche die Schlitze 42 durchsetzen.
Zufolge der verglichen mit dem früher beschriebenen Tonaufnehmer vergrösserten vertikalen Nachgiebigkeit der Ankeranordnung entfällt die Notwendigkeit der besonderen Montage, welche in der früheren Beschreibung dargelegt ist, um Beschädigungen der Tragplatte 11 und des Drahtes auszuschliessen, falls der Tonaufnehmer auf die Oberfläche einer Schallplatte fallen sollte. Es genügt vielmehr, wie in Fig. 1 gezeigt, einen kleinen Block 37 aus Hartgummi oder Kunststoff vorzusehen, um die Nadel vor übermässigen Vertikalverschiebungen zu bewahren.
Geeignete Werte der Nachgiebigkeit C und der Masse M (wie sie weiter oben definiert wurden) in
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<tb> :Mx <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> X <SEP> 10-3 <SEP> g <SEP>
<tb> Cx <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> x <SEP> 10-6 <SEP> cm/Dyn <SEP>
<tb> My <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> X <SEP> 10-3 <SEP> g <SEP>
<tb> Cy <SEP> 5 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> cm/Dyn
<tb> Mz <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> X <SEP> 10-3 <SEP> g <SEP>
<tb> Cz <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> X <SEP> 10-6 <SEP> ern/Dyn <SEP>
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Wenn der Tonaufnehmer mit Schallplatten verwendet werden soll, welche eine 450-Stereoschrift tragen, kann ein Summen- und Differenznetzwerk zwischen die Klemmen 34, 35 und 36 und die Ausgangsklemmen (Fig. 1) gelegt werden.
Wenn die Spannung bei 34. hinsichtlich 35 mit L'bezeichnet wird und die Spannung bei 36 hinsichtlich 35 mit V', so ist das Netzwerk so beschaffen, dass zwischen einem Paar von Ausgangsklemmen eine SpannungL'+ V'und zwischen dem andern Paar von Ausgangsklemmen eine Spannung L'-V'erzeugt wird. Vorzugsweise werden jedoch die Wicklungen 29 je doppelt gewickelt, wodurch, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, zwei Spulen 29a, 29b oder 29a', 29b'auf jedem Schenkel des Kernes 28 vorhanden sind.
Die Spulen können dann auf die aus Fig. 6 ersichtliche Weise so geschaltet werden, dass, wenn die Klemme 36 hinsichtlich des Verbindungspunktes der Spulen 29a und 29'b eine Spannung V hat, wenn die Klemme 34 hinsichtlich dieses Verbindungspunktes eine Spannung-V hat und wenn der Verbindungspunkt eine Spannung L hinsichtlich der Klemme 35 zeigt, die Spannung zwischen
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den Klemmen 34 und 35 L-V und jene zwischen den Klemmen 36 und 35 L + V wird.
Die bevorzugte Art die Spulen 29 zu schalten, um Symmetrie zu erhalten und den Einfluss äusserer störender Magnetfelder auf den Tonaufnehmer herabzusetzen, ist in Fig. 7 dargestellt, wobei die Kernteile 28 nur angedeutet sind. Alle Spulen haben denselben Wicklungssinn.
Ersichtlich wird in einer Anordnung nach Fig. 7 eine durch Vertikalbewegung der Nadel erzeugte Flussänderung in beiden Kernteilen 28 in Serie von einer Polspitze um das System herum zur andern Polspitze vor sich gehen. Störfelder (z. B. ein Transformatorbrummen) trachten durch die beiden Kernteile parallel zu wandern, d. h. in derselben Richtung. Demnach werden die Spulen 29a und 29a'in Serie auf eine Weise geschaltet, dass sich die Signalspannungen addieren, wogegen sich die Brummspannungen subtrahieren. Gleiches gilt für die Spulen 29b und 29b'.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetischer Tonaufnehmer für stereophonische Schallwiedergabe mit einem ferromagnetischen Anker, der an einem Ende eine Nadel trägt und mit zwei Freiheitsgraden beweglich ist, um sowohl Seitenbewegungen als auch Vertikalbewegungen der Nadel folgen zu können, wobei der Anker die Luftspalte zweier gesonderter magnetischer.
Kreise verändert, die je einen Ringkern aus magnetischem Material besitzen und je eine feste Wicklung aufweisen, und wobei in einer dieser Wicklungen elektromotorische Kräfte in praktisch ausschliesslicher Entsprechung der vertikalen und in der andern Wicklung in praktisch ausschliesslicher Entsprechung der seitlichen Nadelbewegung erzeugt werden, gekennzeichnet durch die an sich bekannten Merkmale, dass der Anker (10) längliche Form aufweist, zur Durchführung von Pendelbewegungen um eine Achse, welche in dem der Nadel abgewendeten Endbereich des Ankers quer zu dessen Längserstreckung verläuft und von Schwingbewegungen in Richtung seiner Längserstreckung eingerichtet ist, und wobei dieser Anker zwischen den Polstücken (18) eines Ringmagneten (33) angeordnet ist, welche Polstücke (18) mit dem Anker (10) den einen von zwei magnetischen Kreisen'bilden,
wobei diese Anordnung derart ist, dass seitliche Bewegungen der Nadel Änderungen des magnetischen Flusses im Anker (10) hervorrufen und wobei der andere magnetische Kreis einen Kern (28) aus magnetischem Material umfasst, der einen stetigen oder nahezu stetigen Fluss zwischen zwei Polspitzen ausbildet, die dem der Nadel (16) abgewendeteten Ende des Ankers (10) benachbart sind, wobei dieses. Ende durch Induktion von dem erstgenannten Magnet (33) magnetisiert wird und wobei Nadelbewegungen in Längsrichtung des Ankers (10) den Luftspalt zwischen dem genannten Ende des Ankers und den genannten Polspitzen verändern, wodurch der magnetische Fluss im Kern (28) verändert wird.