Tonaufnahme und -wiedergabe

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Einleitung

Tonaufnahme und -wiedergabe, allgemeine Bezeichnung für die Umsetzung von Schallereignissen (z. B. Musik) in eine dauerhafte Aufzeichnung und das spätere Abspielen dieser Aufzeichnung (siehe Schall). Im Lauf der Zeit sind verschiedene Aufnahmetechniken entwickelt worden. In diesem Artikel werden einige ausgewählte Beispiele vorgestellt.

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Mechanisches Aufnahmeverfahren

Das Arbeitsprinzip eines Tonaufnahmesystems ist am leichtesten zu verstehen, wenn man sich das klassische und heute längst überholte mechanische Aufnahmeverfahren ansieht. Bei diesem Verfahren setzen Schallwellen direkt oder indirekt eine Schneidnadel (Stichel) in Bewegung. Die Nadel schneidet auf eine Scheibe oder einen Zylinder ein Muster aus Wellenlinien, das dem Schallwellenmuster entspricht. Mit geringfügigen Abweichungen verwendete man dieses Verfahren bei der Herstellung von Grammophonplatten. Beim direkten mechanischen Aufnahmeverfahren treffen die Schallwellen auf eine sehr dünne Membran aus Metall oder einem anderen Stoff auf und setzen sie in Bewegung. An der Membran ist eine Nadel oder Schneidespitze befestigt, die mit der Membran mitschwingt. Unter der Spitze wird eine Scheibe oder ein Zylinder aus beispielsweise Wachs, Metallfolie oder Schellack an der Nadel vorbei bewegt. Bei diesem Vorgang ritzt die Nadel eine spiralförmige Rille in die Scheibe bzw. in den Zylinder. Durch die Schwingung der Nadel erhält die Rille eine laterale (seitliche) oder vertikale (senkrecht in die Tiefe des Materials) wellenförmige Ausformung. Sie stellt eine mechanische Kopie des Tones dar, der die Membran des Aufnahmegeräts angeschlagen hat. Entsprechen die Schallwellen z. B. dem hohen A (440 Hertz), so schwingt die Nadel 440-mal pro Sekunde. Bewegt sich das Aufnahmemedium unter der Nadel mit einer Geschwindigkeit von zehn Zentimetern pro Sekunde, weist die Rille ein Muster von 44 Schwingungen (44 Sinuswellen oder 44 Gipfel und 44 Täler) pro Sekunde auf.

Zur Wiedergabe des aufgenommenen Schalles setzt man eine an einer Membran befestigte Nadel in die Rille und versetzt das Aufnahmemedium (z. B. eine Grammophonplatte) mit einer Geschwindigkeit von zehn Zentimetern pro Sekunde in Drehung. Die lateralen Gipfel und Täler der Rille bewegen die Nadel im Falle des Tones A mit 440 Schwingungen pro Sekunde. Gleichzeitig wird die Membran in Schwingung versetzt und erzeugt in der Luft Schallwellen von der gleichen Tonhöhe wie der Originalton (siehe Schwingung).

Bei der Herstellung von Schallplatten wandelt man zunächst den Schall in elektrische Impulse um. Diese versetzen dann über einen elektromagnetischen Vorgang die Schneidenadel in Bewegung. Die Nadel ritzt die Rille in eine Scheibe aus Schellack, die so genannte Masterplatte. Sie wird zur Erstellung der Metallformen verwendet, aus denen man in großer Anzahl Vinylplatten presst.

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Optisches Tonaufnahmeverfahren

Beim optischen Verfahren werden die Schallwellen ebenfalls im ersten Schritt in entsprechende elektrische Impulse umgewandelt. Diese verstärkt man anschließend und leitet sie in ein besonderes Aufnahmesystem weiter. Dieses Gerät schreibt sozusagen mit einem Lichtstrahl unterschiedlicher Intensität (Stärke) auf ein geeignetes Aufnahmemedium. Die Stärke des schreibenden Lichtstrahles wird durch die erzeugten elektrischen Impulse bestimmt. Das gelingt mit Hilfe eines elektromagnetisch gesteuerten Verschlusses oder eines Lichtsteuerrelais. Gleichzeitig wird die Lichtmenge des Strahles durch einen ebenfalls elektromagnetisch gesteuerten schwingenden Spiegel bzw. einen Schlitz von unterschiedlicher Breite entsprechend der verstärkten Impulse verändert. Das daraus entstehende wechselnde Licht wird auf einen Film gerichtet, auf dem nach der Entwicklung eine photographische Spur liegt. Die mit unterschiedlicher Intensität aufgenommene Spur besitzt unterschiedliche Dichte und konstante Breite. Die über den schwingenden Spiegel oder den veränderbaren Schlitz aufgenommene Spur liefert unterschiedlich dunkle und helle Bereiche auf dem Film. Zur Wiedergabe der Tonspur wird eine Lichtquelle auf den Film gerichtet und hinter ihm eine Photozelle platziert. Die Schwankungen in der den Film durchdringenden relativen Lichtmenge erzeugen in der Photozelle einen Strom von unterschiedlicher Stärke. Der Strom wird verstärkt und durch Lautsprecher in Schall umgewandelt.

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Magnettonverfahren

Ein gängiges Tonaufnahmeverfahren ist die elektromagnetische Aufnahme bzw. Magnettonverfahren, beispielsweise mit Hilfe eines Tonbandgerätes oder eines Kassettenrekorders. Dabei werden die Schallwellen zunächst mit Hilfe eines elektroakustischen Wandlers in elektrische Spannungen und damit in elektrischen Strom umgewandelt. Die entstehenden elektrischen Spannungen sind tonfrequent, d. h. sie liefern praktisch ein elektrisches Abbild des Schallereignisses. In den meisten Fällen verstärkt man den so erzeugten Strom und leitet ihn anschließend an ein Aufnahmesystem mit elektromagnetischem Aufnahmekopf weiter. Hier wird ein metallbeschichtetes und magnetisierbares Kunststoffband am Aufnahmekopf mit konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführt. Dabei überträgt der Aufnahmekopf das elektrische Abbild des Schallereignisses auf das Aufnahmemedium. Rein physikalisch betrachtet induziert der erzeugte und verstärkte Strom eine Magnetisierung des Aufnahmemediums. Die Stärke der Magnetisierung wechselt mit der Frequenz und der Intensität des Tones. Später lässt sich die Aufnahme als Kopie des Originals wieder abgespielen. Dazu setzt ein ebenfalls elektromagnetisch arbeitender Wiedergabekopf die Magnetfelder auf dem Band in elektrische Impulse um, die dann verstärkt und in hörbare Schallwellen zurückverwandelt werden.