Geschichte der Tonaufzeichnug Teil 3

Tonstudiotechnik

Geschichte der Tonaufzeichnung, Teil 3

Nachdem im vorangegangenen Teil die Entwicklung der Trägermaterialien thematisiert wurde, wenden wir uns nun dem Gesamtkomplex „Tonband“ zu, betrachten die wichtigsten Grundlagen und Forschungen sowie die praktischen Ergebnisse.

Die Herstellung und elektroakustischen Eigenschaften des Magnetbandes

Wie bereits im ersten Teil der Artikelserie erwähnt, nahm die Entwicklung des Magnetbandes in Deutschland seinen Anfang. Die Weiterentwicklung bei der I.G. Farben Industrie AG führte zur zwei Bandtypen: dem Masseband Typ L auf PVC-Basis und dem Schichtband Typ C auf Acetylcellulose-Basis. Als magnetisierbare Substanz wurde Eisenoxidpulver verwendet. Nach dem Freiwerden der Patente nach dem zweiten Weltkrieg wurde – im Zuge der internationalen Durchsetzung des Magentophons zur Schallaufzeichnung und dem enormen Anwachsen des Magnetbandbedarfs – die Weltproduktion von etwa 20 Firmen aufgenommen. Im Laufe der 50er Jahre begann neben der Schallaufzeichnung auf Magnetband auch eine weitere Anwendung des Magnetbandes als Bild- und Impulspeicher für technisch-wissenschaftliche sowie die elektronische Datenverarbeitung an Bedeutung zu gewinnen. Das Magnetband als Meßwertspeicher mit stetiger Erhöhung der Speichervolumendichte rückte in den Mittelpunkt der Magnetbandentwicklung. Durch die Entwicklung des Multiplex-Verfahrens und Parallelaufzeichnung von bis zu 14 Spuren nebeneinander wurde es möglich, vielzahlige Meßwerte eines einmaligen und kostspieligen Ereignisses, wie z.B. den Start einer Rakete, aufzunehmen. Man denke an die forcierte Entwicklung von Raketen ab den 50er Jahren für das Militär und die Raumfahrt. Durch die Möglichkeit der Veränderung der Bandgeschwindigkeit konnten Ereignisse in einen Frequenzbereich transformiert werden, für den Analysatoren zur Verfügung standen.

Bei Spezialgeräten mit schmalen Spurbreiten und kleinen Wellenlängen zur Impulsaufzeichnung können Oberflächenfehler einzelne Impulse völlig unterdrücken. Das Ziel war es, hierzu „perfekte“ Bandsorten für den Instrumentensektor zu entwickeln und herzustellen. Die Fabrikationsmethode wich aber von der Herstellung normaler Tonbänder erheblich ab. Sowohl Rechenautomaten und deren Datenspeicherung als auch die Bildaufzeichnung erforderten deutlich leistungsfähigere und andersartige Bandsorten als bisher für die Schallaufzeichnung entwickelt.

Man bedenke, daß ein Oberflächenfehler, der eine Abstandsänderung zwischen Kopf und Magnetschicht von 1 Mikrometer bei einer Wellenlänge von 5 Mikrometer einen Pegeleinbruch von rund 10 dB erzeugt, der z.B. im Fernsehbild einen weißen Punkt bewirken würde. Die Relativgeschwindigkeit bei der Ampex-Videoaufzeichnung zwischen Kopf und Band betrug 40 m/s (!) – und dabei mußte das Band fest an den Kopf gedrückt werden, was eine außergewöhnlich hohe mechanische Beanspruchung der Schichtoberfläche bedeutete und zur Entwicklung von hochabriebfesten Bandsorten führte, die aber gleichzeitig die Köpfe nicht verschmieren durften. Harte Schichtoberflächen fördern den Staubabrieb, während weichere Oberflächen dem entgegenwirken, aber zum Verschmieren der Köpfe führen können. Als Trägermaterial für die neuen Spezialgebiete, und später auch auch für die Tonaufzeichnung, setzte sich Polyethylen durch, welches hohe Reißfestigkeit bei gleichzeitig hoher Schmiegsamkeit an die Köpfe gewährleistete. Als Beschichtungsmaterial setzte sich ausnahmslos das Gamma-Fe2O3 für Magnetbänder durch, da bereits seit den frühen 40er Jahren das schwarze Eisenoxid Fe3O4 (Magnetit) sich als weniger gut geeignet herausstellte. Die Koerzitivkraft wird bei reinen Eisenoxiden durch deren Kristallgröße und -gestalt bestimmt. Es wurde würfel- und nadelförmiges Eisenoxid für die Bandbeschichtung eingesetzt. Die Kantenlänge der hergestellten würfelförmigen Eisenoxid-Kristalle variierte zwischen 0,1 und 0,5 Mikrometer, wobei ab einer bestimmten kritischen Teilchengröße die Koerzitivkraft abnimmt. Das nadelförmige Eisenoxid weist ein Längen/-Durchmesserverhältnis von 1:10 auf und die gebräuchliche Länge beträgt 1 Mikrometer. Auch hier bestimmt die Größe der Teilchen die Koerzitivkraft. Sie nimmt dabei mit wachsender Teilchengröße ab. Ein weiterer Weg zur Steigerung der Koerzitivkraft – und damit zur Herstellung hochaussteuerbarer Bänder – ist der Einbau von Kobalt-Ionen in das Kristallgitter des Eisenoxids. Während kobaltfreies Eisenoxid zwischen 80 und 120 Oersted Koerzitivkraft aufweist, können durch den Einbau von Kobalt-Ionen Werte von mehr als 1500 Oersted erreicht werden. Diese Entwicklung sollte direkt in die Entwicklung und Produktion hochaussteuerbarer Bänder für die Tonaufzeichnung münden.

Magnetbänder im professionellen Betrieb

Bereits 1952 war der Magnetbandverbrauch der europäischen Rundfunkanstalten auf monatlich etwa 20.000 km angewachsen. Das Magnetophon hatte sich in der Tonaufzeichnung weltweit durchgesetzt. Anfang der 50er Jahre war die vorwiegend verwendete Bandgeschwindigkeit noch 76,2 cm/s. In der Schweiz setzte man bereits seit 1951 hochkoerzitive amerikanische Magnetbänder vom Typ Scotch 3M 111 ein, die auch bei 38,1 cm/s Bandgeschwindigkeit gut klingende Aufnahmen erlaubten. Mit den Modellvarianten T 8 (BR28c/38) und T 9u, die sowohl für 76,2 cm/s als auch 38,1 cm/s geeignet waren, standen professionelle Magnetbandmaschinen zur Verfügung, die in Sachen Bandtransport – im Speziellen Gleichlauf -, Sollgeschwindigkeits-Einhaltung und Bandzugkontinuität ihren Vorgängern mit 76,2 cm/s Bandgeschwindigkeit in nichts nachstanden. Seit 1953 bestand breite Einigkeit darüber, daß für professionelle Anwendungen die Bandgeschwindigkeit 38,1 cm/s sich durchsetzten würde, da der Markt mit neuen hochaussteuerbaren und höherkoerzitiven Magnetbändern der Klasse 300 Oersted (nach dem Muster des amerikanischen Scotch Typ 111) aufwarten konnte. Die Musterprüfung der Bandchargen vom Rundfunktechnischen Institut Nürnberg sorgte für die praktische Einhaltung der mit den Bandherstellern vereinbarten Bandspezifikationen.

BASF

Mit dem Typ LGR (Luvitherm-Guß, Rundfunk-nadelförmiges Eisenoxid, gerichtet) entwickelte die BASF ab 1953/54 wieder einen rundfunktüchtigen Bandtyp für die Geschwindigkeit 38,1 cm/s, der den hohen Anforderungen des Rundfunks entsprechen konnte. Nach diversen Problemen in der Entwicklung und Massenfertigung konnte das LGR-Band ab Ende 1956 in die Mengenauslieferung gehen. Die BASF hatte beim LGR große Probleme, die Forderungen des Pflichtenheftes einzuhalten, weil das für das LGR-Band notwendige Magnetpigment aus der LGS-Bandproduktion nicht gleichmäßig genug anfiel. Unter Hochdruck konnte erst Mitte 1956 mit dem Magnetpigment gamma-21 von der französischen Firma Couleur de Provence ein für die LGR-Produktion geeignetes Magnetpigment zugekauft werden. Gamma-21 besaß eine hervorragende Kopierdämpfung von 56 – 58 dB und war so gut, daß dieses von der BASF bis Ende der 70er Jahre noch zugekauft wurde. Mit dem LGR-Bandtyp hatte die BASF wieder ein uneingeschränkt wettbewerbsfähiges Magnetband für den Rundfunk- und Profisektor im Angebot, welches das Vorbild Scotch 3 M Typ 111 noch übertraf.

Ende 1955 meldeten Robl und Merkel von der BASF mit dem Patent DE 1101000 „Bandförmige Magnetogrammträger“ ein weiteres wichtiges Patent an. Durch eine aufgebrachte Rückseitenmattierung des Bandes wurde die Stabilität der offenen Bandwickel, wie sie beim deutschen Rundfunk vorwiegend verwendet wurden, erhöht. Zudem verbesserte sich durch die Rückseitenmattierung der Wiedergabepegel hoher Frequenzen ebenso erheblich wie die antistatischen Eigenschaften des Bandmaterials. Bei hohen Außentemperaturen und geringer Luftfeuchtigkeit konnte es allerdings zu Knistergeräuschen bei der Aufnahme als Folge elektrostatischer Entladungen kommen, wenn das Bandmaterial keine ausreichenden antistatischen Eigenschaften besaß.

In die Rückseitenmattierung konnte nun auch die Chargennummer des jeweiligen Bandes einmarkiert werden – und so erfüllte sich nun die alte Forderung, die schon die RRG stellte: Die Nachverfolgung und Auffindung fehlerhafter Bandchargen an Hand der auf der Bandrückseite aufgedruckten Chargennummer.

Die amerikanischen Bandhersteller haderten lange Zeit mit einer Rückseitenmattierung des Bandmaterials, weil eine rauhe Struktur der Rückseite sich umso mehr in die glatte Magnetschichtoberfläche der anliegenden Wicklungen einprägen konnte, je stärker der Bandzug war. Dadurch wäre verstärktes Modulationsrauschen zu erwarten gewesen. Die richtige Abstimmung zwischen Rauhigkeit der Rückseitentextur und Härte der Magnetschicht und deren elektroakustischen Eigenschaften bedurften genauer Abwägung. Zudem verwendete man in den USA vorwiegend Doppelflanschspulen, die den Bandwickel beidseitig gegen ein Auseinanderfallen zusätzlich sicherten.

Der nächste Entwicklungsschub erfolgte dann Mitte der 60er Jahre, als die ARD ihre Hörfunkprogramme auf Stereobetrieb umstellte. Ein stereophon aufgenommenes Band sollte die gleichen Pegel liefern wie ein vormals aufgezeichnetes Mono-Band. Der um etwa 4,1 dB niedrigere Reproduktionspegel einer Stereowiedergabe konnte am einfachsten kompensiert werden, indem man die Stereobänder um eben diese 4,1 dB höher aussteuerte, ohne dabei aber das Auftreten von Verzerrungen zu vergrößern. Um dies zu ermöglichen, mußte es Verbesserungen im Bereich der Pigmente geben. Die BASF reagierte auf die Herausforderung und kam ab Mitte 1967 mit dem Bandtyp LGR 30, das noch auf PVC-Basis hergestellt wurde, und 1968 mit dem LGR 30P auf Polyester-Basis auf den Markt. Ab 1972 verblieb ausschließlich das LGR 30P im Lieferprogramm. Trägermaterial auf Polyester-Basis hatte sich nun auch bei der BASF ausschließlich durchgesetzt, nachdem es des öfteren zu Problemen bei den 1-Zoll und 2-Zoll Bändern auf PVC-Basis gekommen war, die vorwiegend für die aufkommende Mehrspuraufzeichnung verwendet wurden. Bereits 1960 experimentierte man auch bei der BASF mit der Herstellung eines hochausteuerbaren Studiobandes: durch dickeres Auftragen der Magnetschicht auf dem Trägermaterial. Ergebnis dieser Versuche sollte dann das LGR 56 sein. Auf der PVC-Trägerfolie des LGR 56 wurde die LGR-Dispersion dafür auf 20 Mikrometer anstatt der für den Rundfunk verwendeten Schichtstärke von 13 Mikrometer des Bandtyps LGR aufgetragen. Die Aussteuerbarkeit des LGR 56 wurde dadurch auf + 9,5 dB im Vergleich zu den +4,8 dB beim LGR-Rundfunkband verbessert. Die erhöhte Magnetschichtstärke hatte aber auch eine verminderte Kopierdämpfung von 60 dB beim LGR auf 55 dB beim LGR 56 zur Folge. Eine dickere Magnetschicht bringt den Vorteil der besseren Aussteuerungsfähigkeit im tiefen und mittleren Frequenzbereich, der sich dort mit weniger Verzerrungen äußert und so den Klang des Bandes durchsichtiger macht. Nachdem das LGR 56 unter starkem Konkurrenzdruck durch Produkte von AGFA, 3M, Ampex und Zonal geraten war, erschien ab 1973 das SPR 50LH mit dem getemperten LLN-Oxid der BASF. Mit diesem Band konnte die BASF das in europäischen Studios mittlerweile weit verbreitete Scotch 206, welches zudem eine schlechtere Kopierdämpfung besaß, wieder verdrängen. Der Bandtyp SPR 50LH war bis Ende der 70er Jahre im Lieferprogramm.

Anfang der 80er Jahre erfolgte eine weitere Bandentwicklung mit dem Typ 910, der Mitte der 80er Jahre durch den Typ 911 wieder abgelöst werden sollte. Auch der Rundfunk wollte nun mit neuen Bandtypen an den Fortschritten in der Bandentwicklung teilhaben. Dabei wurde das bisher verwendete Rundfunkband BASF LGR 30P bis 1983 vom verbesserten Nachfolger BASF LGR 50 vollends verdrängt. Ab 1986 hielt das LGR 51 beim Rundfunk Einzug, welches von den Erkenntnissen und der Technologie der Studio Master 911-Fertigung profitierte. Das BASF LGR 51 kam auf eine Aussteuerbarkeit von +12,5 dB relative 320nWb/m, hatte aber das Manko, den manchmal „brutalen“ Arbeitsbedingungen, die unter dem enormen Zeitdruck des Rundfunkbetriebes entstanden, nicht gewachsen zu sein. Ab 1987 setzte man daher dort wieder das Audio Broadcast LGR 50 ein.

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