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Titelblatt - Tontrager



Titelblatt

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Tonträger

Tonwiedergabegeräte durch mechanische Betätigung von bestimmten Instrumenten

Stiftwalzen, Spieldosen und Glockenspiele

Zählen zu den einfachsten Musikwerken; Sie bestehen aus einer Walze, auf der in bestimmter Weise Zähne (Stifte) befestigt sind. Bei der Umdrehung der Walze reißen die Zähne die über oder neben der Walze in einem besonderen Rahmen angebrachten Metallzungen an und versetzen sie so in Schwingungen. Bei Spieldosen geschieht der selbe Vorgang über eine Scheibe anstatt der Walze.


Bei Glockenspielen heben die Stiftwalzen Hämmer an, die gegen Glocken schlagen.

Orgelwerke (Drehorgel, Leierkasten, Orgelwalze)

Die Stiftwalzen heben die Ventile der einzelnen Pfeifen an und halten sie so lange offen, wie die Luft in die Pfeifen einströmen soll. Die Bälge, die den Wind erzeugen, werden durch die gleiche Antriebskraft betätigt, die die Walze in Umdrehung versetzt.

Das elektrische Klavier und Tretklavierspielapparate (Pianola, Phonola, Klaviola)

Bandförmige Notenblätter mit bestimmten Löchern und Schlitzen werden über eine Lochleiste geführt, deren Löcher mit jeder einzelnen Klaviertaste über einen Röhrengang verbunden sind. Kann die Luft durch einen Schlitz auf der Notenrolle durch den Röhrengang strömen, drückt sie die entsprechende Taste nieder oder wirkt unmittelbar auf den Hammer. Hilfslöcher auf der Rolle regeln auch die Pedale und die Windstärke und damit die Anschlagstärke und Lautstärke. Der Elektromotor erzeugt die Druckluft und zieht das Notenblatt weiter.

Bei Tretklavierspielapparaten wird die Kraft für den Tastenanschlag und die Fortbewegung des Notenbandes  mit Hilfe zweier Fußbälge erzeugt und kann mit einem Hebel mit der linken Hand feiner geregelt werden. Die Geschwindigkeit des Stückes (die Geschwindigkeit des Bandes) kann am Tempohebel mit der rechten Hand nach Belieben eingestelt werden. Der Spieler hat damit großen Einfluß auf das Stück (Anschlag- und Zeitmaßveränderungen) Weiters kann die Abstufung der Stärkegrade im Gesamttonumfang durch eine getrennt veränderliche Baß- und Höhenwindzufuhr variiert werden

Violinspielapparat

Bestehend aus 2-4 Geigenkörpern, die jeweils nur mit einer der 4 Saiten bespannt sind. Jeweils ein Bogen pro Körper wird durch einen Motor in kreisförmige Bewegung versetzt. Eine Lochblattrolle steuert "Finger", die die Saiten passend verkürzen.

Orchestrion

Das Orchestrion ist die Zusammenschaltung von vielen solchen mechanischen Instrumenten die alle miteinender gekoppelt gesteuert werden. (z.B.: Klavier, Geige, Flöte, Trommel, Pauke, Orgel usw.)

Früher sehr stark in Gaststätten; wurde jedoch nach und nach vom Radio verdrängt. Ein sehr schönes Exemplar kann noch heute im Wurschtelprater beim Pferderingelspiel bewundert werden.

Historische Tonträger

Als historische Tonträger bezeichnet man jene Aufzeichnungsmedien, die nicht mehr kommerziell produziert werden. Der große Sprung in der Entwicklung der Wiedergabe liegt nun darin, daß nicht mehr das betreffende Instrument mechanisch betätigt wird, sondern versucht wird, die physikalischen Schwingungen des Schalles aufzunehmen, zu konservieren und wieder abspielen zu können.

Phonographenwalzen

1877 von Edison erfunden.

Der Schall wird über Membranen, die mit einem Dorn oder einer Nadel verbunden sind, auf sich drehende Wachswalzen als Schwingung eingeritzt. Die so entstandene Oberflächenstruktur kann auch mit Masken zu Schellackwalzen umgegossen werden. Die Musik wird ebenso mit einem Dorn an einer Membran (ev. mit Schalltrichter) wiedergegeben.

Diese Methode wurde besonders zwischen 1888 und 1929 kommerziell genutzt.

Schellackschallplatten

1929 bis zur Erfindung der Mikrorillenplatte 1949

Die Funktionsweise ist im Prinzip die gleiche wie bei den Phonographenwalzen, nur daß die Tonspur beidseitig auf Schellackplatten gepreßt ist. Die Spielzeit betrug bis zu 5 Minuten pro Seite.

Moderne Tonträger

Langspielplatte

Erfunden 1949 von der Firma Columbia.

Der Plattenspieler gibt den Schall durch Abtasten der Rille mit Hilfe eines am schwenkbaren Arm angebrachten Tonabnehmers in elektrischen Wellen wieder.

Die Rillen bei Langspielplatten sind wesentlich dichter und kleiner als bei herkömmlichen Schellackplatten, was durch die besseren Bearbeitungsmethoden von Vinyl möglich geworden war. Bei der Tonwiedergabe bei einer LP wird die Rillenform mit einer dünnen Nadel aus Saphir oder Diamant aufgenommen. Die in Schwingung versetzte Nadel ist an Piezoquarze gekoppelt, die auf piezoelektrischem Weg durch die Schwingung der Nadel gebogen werden und so eine Spannung hervorrufen. Diese wird dann direkt von einem elektronischen Verstärker aufgenommen, verstärkt und in den Lautsprecherboxen wieder zu Schall umgewandelt.



Später wurde es auch möglich, Stereo-Aufzeichnungen zu produzieren. In der Rille wird links und rechts eine unterschiedliche Tonspur gepresst, die zueinander um genau 90° versetzt sind. Die Nadel eines Stereo-Plattenspielers kann sowohl senkrecht als auch waagrecht Schwingen und ist mit zwei, ebenfalls um 90° versetzten Piezoquarzplättchen gekoppelt. Die beiden unterschiedlichen Spannungen der beiden Quarze werden getrent verstärkt und an getrennte Lautsprecherboxen ausgegeben.

Natürlich kann man nicht von einer vollständigen Kanaltrennung ausgehen, da ja links und rechts ein und die selbe Nadel schwingt. Besonders bei tieferen Frequenzen wird die Überlagerung zwischen den beiden Spuren größer, was aber kein Problem für den Musikgenuss darstellt, da das menschliche Gehör einen Ton umso schlechter orten kann, je tiefer die Frequenz ist.

Schallplatten gibt es mit Umdrehungszahlen von 78, 45 und 33 1/3 UpM. Und mit Durchmessern von 17, 25 und 30 cm. Auf einer Langspielplatte haben ca. 20 min. pro Seite Platz.

Die 17 cm Durchmesser 45 UpM. Single Schallplatten waren als Nachfolger der 25 cm Schellacks gedacht.

Die sogenannten Maxisingle Schallplatten haben auch 45 UpM, aber einen Durchmesser von 30 cm. Sie fanden wegen der besseren Tonqualität hauptsächlich in Discotheken gebrauch.

Magnettonbänder (analog)

Bei der Aufnahme wird ein elektrischen Musiksignal auf einen Tonkopf geführt, in dessen Luftspalt ein Tonband läuft. Dieses wird durch den Tonkopf im Rhythmus der Musik genau den Schallwellen entsprechend magnetisiert und somit die Schalfolge gespeichert.

Bei der Wiedergabe wird das magnetisierte Band an einem Wiedergabekopf vorbeitransportiert. Wechselnde Magnetfelder induzieren in der Spule im Kopf Spannungen, welche direkt verstärkt und an einen Lautsprecher weitergeleitet werden.

Einen hochfrequent gespeisten Elektromagneten kann man hierbei als Löschkopf verwenden und ungewollte Stellen entmagnetisieren.

Die Qualität einer Magnettonbandaufnahme ist Abhängig von der Spaltbreite des Tonkopfes (also auch des Bandes), von der Bandlaufgeschwindigkeit und deren Konstanz.

Für Frequenzbereiche nahe den menschlichen Hörschwellen (30 Hz - 20 kHz) werden im Studio Geschwindigkeiten von 76 cm/s und 38 cm/s verwendet. Für Heim-Magnettonbandgeräte stehen mehrere Geschwindigkeiten zur verfügung: 19; 9,5; 4,75 cm/s. Der Benutzer kann sich entscheiden, ob er auf große Qualität oder auf längere Aufnahmedauer mehr Wert legt.

Auch Tonbänder können mehrspurig beschrieben werden. Bei der gebräuchlichsten Form des Tonbandes, der MusiKassette, wo das Band in einem Plastikgehäuse läuft, ist das 6mm breite Band in 4 Spuren unterteilt. Von diesen werden aber im Normalfall nur 2 zugleich abgespielt. Die oberen beiden Spuren enthalten das Stereosignal für eine Bandlaufrichtung, wenn man die Kassette umdreht, werden die anderen beiden Spuren in entgegengesetzter Bandlaufrichtung stereophonisch wiedergegeben.

Breitere Tonbänder können mehrere Spuren parallel aufzeichnen und werden in Studios benutzt, um verschiedene Instrumente getrennt voneinander aber trotzdem zeitlich gekoppelt aufzunehmen und nachher getrennt abzumischen und zu bearbeiten. Diese vielspurigen Geräte nennt man auch Multitracker.

Magnettonbänder (digital; DAT)

Das technische Beschreiben des Digital Audio Tape funktioniert genau wie bei analogen Bändern, jedoch muß die elektrische Schwingung der Musik zuvor noch elektronisch durch einen A/D (analog -> digital) Wandler digital codiert werden. Die linke und rechte Tonspur wird mit einem Multiplexor zu einem Digitaldatenstrang kombiniert. Beim Wiedergeben wird dieser Prozeß einfach umgekehrt (Demultiplexor, digital/analog Wandler)

  analoges Signal                                  digitalisiertes Signal

Der Spannungspegel (= Amplitude) des analogen Signals wird in zeitlich regelmäßigen Abständen bestimmt und mittels des analog/digital Converters in eine Binärzahl umgewandelt. Diese Abstände werden als Sampling Rate bezeichnet. Bei den meisten digitalen Audioquellen, so auch bei DAT, beträgt die Sampling Rate  44,1 kHz, d.h. daß jede Sekunde 44100 Punkte mit dazupassenden Amplitudenwerten definiert sind. Es gibt auch Systeme mit Sampling Raten von 32 kHz oder 48 kHz, wo dementsprechend die Kurve ungenauer oder genauer wiederherstellbar ist.




Genauso wie die Zahl p mit einer größeren Anzahl Stellen exakter angenähert  werden kann, so hängt auch die Genauigkeit des ursprünglichen Amplitudenwerts von der Anzahl der Stellen (Binärstellen) ab. Die Anzahl wird in bit angegeben. Üblicher Weise werden 16 bit verwendet. Damit wird eine Wiedergabequalität erreicht, die nur kleinere Fehler, als überhaupt hörbar sind, zuläßt.

Beim analogen Signal steigt die Amplitude mit wachsender Spannung, und diese wird digital zum Beispiel mit 4 bit so codiert:

Auf dem DAT wir also nur die binäre Zahlenfolge durch magnetisierte und nicht magnetisierte Stellen aufgezeichnet. Bis zu einem gewissen Grad macht es also keinen Qualitätsverlust aus, wenn die Stärke der Magnetisierung nachläßt, solange das Gerät noch klar die Unterschiede zwischen 0 und 1 erkennen kann.

Compact Disc (CD)

Die CD wurde 1983 von Sony/Philips entwickelt.

Eine Compact Disc hat einen Durchmesser von 120 mm. Das Problem bei der digitalen Aufzeichnung von Musik ist die große Datenmenge, die es zu speichern gibt. Bei der CD werden die bits mit einem Laser abgetastet und nicht mit einem Magnetkopf. Der Laser kann viel kleiner fokussiert werden. Auf eine CD passen 15 Milliarden bits, was 74 min. Stereo-Musik entspricht.

Auf der CD sind 0 und 1 durch Vertiefungen in der Aluminiumschicht im inneren der bis zur Aluminiumschicht durchsichtigen Plastikscheibe repräsentiert. Das Abspielgerät erkennt nun, wo der Laserstrahl reflektiert wird und wo nicht. Danach folgt der gleiche Prozeß wie beim DAT zur Umwandlung in ein analoges Musiksignal.

Der Vorteil bei optischen Speichermedien ist, daß die Abnutzung durch oftmaliges Abspielen gleich Null bleibt, da nichts durch den Lichtstrahl verändert werden kann. Magnetische Quellen werden bei jedem Mal abspielen schwächer magnetisiert.

Mini Disc (MD)

Die Wiedergabe bei der MD ist ähnlich wie bei der CD, nur daß die MiniDisc Technologie ein spezielles Musik-Datenkompressionsverfahren entwickelt hat. (ATRAC; Adaptive Transform Acoustic Coding) Wenn zwei Töne verschiedener Frequenz und Lautstärke auftreten, kann der lautere den leiseren komplett überlagern, und diese überlagerten Töne werden einfach weggelassen, da sie unhörbar sind. Daher ist die MD bei gleicher Musikkapazität kleiner als eine CD.

Die MD kann auch beliebig oft wieder bespielt werden, da die Schicht, die der Aluminiumschicht bei der CD entspricht, mit stärkerer Laserleistung unter magnetischer Einwirkung beschrieben wird.

Das Abspielgerät besitzt außerdem einen mindestens 10 sek. Langen Puffer für die gelesene Musik, da die Stücke auf der MD nicht zusammenhängend sein müssen.

 Während der Laser weiterspringt, um zum nächsten Tel des Liedes irgendwo auf der MD zu gelangen, hört man die Musik aus dem Speicher, der nachher wieder aufgefüllt wird.

Digital Versatile Disc (DVD)

Die DVD ist die Weiterführung der Compact Disc. Sie hat den gleichen Durchmesser von 120 mm, jedoch Platz für weitaus mehr Information. Bei DVDs wird ein grüner bis blauer Laser verwendet, der aufgrund der kleineren Wellenlänge im Vergleich zum roten Laser bei der CD noch engere Spuren lesen kann.Außerdem gibt es auch DVDs in mehreren Schichten, d.h. daß nicht nur eine beschriebene Schicht mit Vertiefungrn vorhanden ist, sondern mehrere halbdurchsichtige übereinander. Der Laser liest diese nacheinander und greift einfach durch unterschiedliche Fokussierungen auf die einzelnen Schichten zu. Dadurch werden Kapazitäten, die ungefähr 6 bis 7 Mal so groß sind wie bei der CD, bei gleicher Größe erzielt.

Die DVD wird nicht nur für Musik verwendet, sondern auch für Videos, wobei man verschiedene Tonspuren (Sprachen) und alle möglichen Untertitel wählen kann.










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