Tonabnehmer justieren
Die geometrischen Verhältnisse am Drehtonarm verstehen
In unserem Ratgeber zu den geometrischen Grundlagen finden Sie natürlich auch weitere Tipps zur richtigen Justage von Tonabnehmern.
Dürfen wir Ihnen die Herren Percy Wilson, H. G. Baerwald, Erik Løfgren und Walter E. Schön vorstellen? Diese vier sollten Sie kennenlernen, wenn Sie sich mit Tonarm-Geometrie beschäftigen. Vor dem Treffen mit diesen mathematisch sehr begabten Herren müssen wir aber noch etwas Grundlagenarbeit in Sachen Schallplatte absolvieren, beginnend mit deren Herstellung:
Wenn die Lackfolie einer Schallplatte von außen nach innen geschnitten wird, folgt der Schneidkopf exakt einer Geraden durch die Achse (Spindel) der späteren Schallplatte und damit stets der zum jeweiligen Rillen-Kreisbogen angelegten Kreistangente.
Mit dieser tangentialen Führung steht der Schneidkopf so genau in seiner Spur, dass es keine Winkelabweichung gibt, der sogenannte Spurfehlwinkel beträgt also immer 0 Grad. Im Optimalfall sollte ein Tonabnehmer (oder genauer: seine Abtastnadel) exakt den gleichen Weg nachvollziehen.
Stellen Sie sich also hilfsweise vor, bei der Nadel wären ganz unten an ihrer Spitze links und rechts an den Rillenflanken zwei kleine Flächen angeschliffen, die genau parallel zu einer gedachten Tangente an dem Rillenkreis stünden.
Das wäre unser Optimalfall und entspräche einem Spurfehlwinkel von 0 Grad, bei dem die Auslenkung der Nadel und des Nadelträgers präzise in einem 90-Grad-Winkel zu einer gedachten Linie entlang der Plattenrille erfolgt. Oder, anders betrachtet, in einem 90-Grad-Winkel zur Tangente.
Ist das nicht so, wird die Auslenkung (die Amplitude) also „schräg“ abgetastet (stellen Sie sich einen in der Draufsicht „verdreht“ zur Tangente eingebauten Tonabnehmer vor), entstehen Verzerrungen, die größtenteils harmonischer Natur (K2) sind und einen Ton doppelter Frequenz repräsentieren.
Die Größenordnung dieser Verzerrungen liegt um Zehnerpotenzen über jenen eines Phonoverstärkers, sie können bei größeren Spurfehlwinkeln bis zu drei Prozent erreichen. Krass hörbare Verzerrungen im Bereich der Innenrillen einer weit nach innen geschnittenen Schallplatte sind für erfahrene Vinylliebhaber ja sicher nichts Neues.
Und damit ist ersichtlich, wie groß die Auswirkungen des Spurfehlwinkels sind, den man folglich unbedingt minimieren muss.
Die Info mit den drei Prozent stammt, ebenso wie die vier Grafiken (folgende Bilder), aus der Bedienungsanleitung der berühmten „Schön-Schablone“: einem universellen Justage-Problemlöser, entwickelt und berechnet von Walter E. Schön, der 1978 der erste Chefredakteur der stereoplay war.
Nach wie vor gilt die erfreulicherweise immer noch erhältliche Schön-Schablone zu Recht als der Goldstandard in puncto Tonarmjustage, weil sie auch die unvermeidlichen Toleranzen berücksichtigt, die sich beim Tonabnehmereinbau ergeben.
Ganz zu schweigen von (ein nicht gerne gehyptes Thema) in Bezug zum Tonabnehmergehäuse nicht exakt eingebauten Generatoren oder schräg stehenden Nadelträgern...
Winkel und Fehlwinkel
Doch zurück zu drei unserer vier Herren, die sich schon frühzeitig der Problematik des Drehtonarms angenommen hatten. Es ist ja leicht ersichtlich, dass der Drehtonarm eben nicht imstande ist, der erwähnten optimalen Geraden durch die Spindel zu folgen.
Vielmehr wäre diese Linie der Ausschnitt eines Kreisbogens, auf dem sich nur ein einziger Punkt ergeben würde mit einem Spurfehlwinkel von 0 Grad. Vorher wäre der Spurfehlwinkel hoch positiv, danach negativ.
Percy Wilson schlug deshalb schon 1924 (!) einen Drehtonarm mit Kröpfung vor, der an zwei Stellen Nulldurchgänge ermöglicht. Diese Kröpfung erfolgt in der Praxis durch abgewinkelte Headshells, S-förmige oder im Bogen verlaufende Armrohre.
Wilsons Lösung ergab, dass der Betrag des negativen Spurfehlwinkels zwischen den Nullstellen (Nullradien) genau so groß war wie die positiven Spurfehlwinkel an Außen- und Innenrillen: ein Fortschritt, der insgesamt mit einem deutlich verringerten Verzerrungsniveau einherging.
Doch das Thema war damit noch lange nicht beendet, denn die Natur des entstehenden Klirrs wurde 1938 von Erik Løfgren und 1941 von H. G. Baerwald erneut mathematisch aufgearbeitet.
Bei beiden mit gleichem Ergebnis, nämlich der rechnerischen Herleitung des K2-Klirrs und vor allem der Erkenntnis, dass der durch den Spurfehlwinkel produzierte Klirrgrad nicht allein zum Spurfehlwinkel proportional, sondern auch zum Abtastradius umgekehrt proportional ist.
Im Klartext: Verzerrungen in den Innenrillen sind trotz gleichen Spurfehlwinkels viel größer als in den Außenrillen. Der Grund? „Stauchung“: Der Umfang der Innenrille ist um den Faktor 2,5 kleiner als der Umfang der Außenrille.
Konstante Drehzahl (gegeben) und konstante Tonhöhe vorausgesetzt, wird die Rillenschrift zu den Innenrillen hin also zunehmend gestaucht. Und das lässt die Verzerrungen aufgrund eines Spurfehlwinkels hier um den Faktor 2,5 ansteigen.
Die Schlussfolgerung: Statt des Spurfehlwinkels, wie er vorher betrachtet wurde, muss also vielmehr der relative Spurfehlwinkel (Spurfehlwinkel geteilt durch den Radius) klein gehalten werden!
Løfgren und Baerwald folgerten daraus, dass eine Optimierung auf geringstmögliche Verzerrungen über drei gleich große Beträge des relativen Spurfehlwinkels die beste Lösung wäre.
Sie entwickelten daher Formeln für den Verlauf einer optimalen Abtastkurve, die letztlich nur von der effektiven Armlänge, dem Montageabstand und der Lage der Außen- und Innenrillen-Radien abhängen und bauartunabhängig für jeden Drehtonarm und jede Platte (einschließlich Monoscheiben) gültig sind.
Für die Lage der Radien gibt es allerdings sage und schreibe vier „Normen“, die zudem gerade von sehr alten Schallplatten fröhlich ignoriert wurden. Nicht selten wurde in der Frühzeit bis hart an den Labelrand geschnitten.
Plattenradien
Was man verstanden haben sollte, ist, dass sich die Lage der beiden Nullstellen aus den angesetzten Radien der Innen- und Außenrillen in der Berechnung ergibt. Um die Verzerrungen während der durchlaufenen Kurve zu minimieren, ist also die Frage bedeutsam, welche Radien sinnvoll anzusetzen sind.
Dabei stellte Walter E. Schön bereits fest, dass resultierende (Klirr-)Unterschiede bezüglich der Außenrillenradien vernachlässigbar sind und für praktisch alle Schallplatten die DIN 45547 von 146,3 Millimetern benutzt werden kann. Schon mehr Diskussionsbedarf gibt es dagegen bei der Festlegung, wie weit bis ans Label herangeschnitten wird, also beim minimalen Innenrillenradius.
Hier scheiden sich gerne die Geister bei 57,5 Millimetern nach DIN-IEC 98 und 60,325 Millimetern nach IEC. Das wäre eigentlich eine Entscheidung, die aus der Praxis heraus zu fällen ist.
