Geschichte

Seit dem dritten vorchristlichen Jahrhundert erwähnen chinesische Quellen die anziehenden Eigenschaften des Magnetsteins , der häufig den Namen tzhu shih, der "liebende Stein", trägt, heißt es doch von ihm: "Der Magnet zieht das Eisen an, wie eine zärtliche Mutter ihre Kinder um sich versammelt; aus diesem Grunde hat er seinen Namen erhalten. Die ersten Kompasse, sogenannte magnetische Wagen oder "Wagen, die nach Süden zeigen" gab es in China spätestens seit dem ersten nachchristlichen Jahrhundert. Erst im 13. Jahrhundert, also zwölfhundert Jahre später, tauchen Kompasse im Abendland auf.

Auch in der griechischen Antike ist der Magnetstein* bekannt, doch konnte man sich seine rätselhafte Kraft nur schwer erklären. Plato (428 - 347 v. Chr.) hielt sie für göttlich. S0 erstaunlich gierig zog der Magnetstein Eisen an, daß er zu leben schien. Thales und Anaxagoras schrieben sogar ihm eine eigene Seele zu.

Auch in späteren Jahrhunderten kam man mit der Erklärung nicht weiter. S0 hielt Alexander Aphrodiseus, ein Denker um 200 n. Chr., die Frage nach dem Magneten für unlösbar. Sieben Jahrhunderte später heißt die resignierende Antwort auf die Frage, warum der Magnetstein das Eisen anziehe, nur: "weil er eine natürliche Kraft dazu hat".

Solche Rätsel haben stets die Phantasie beflügelt, und so fand die alte Schiffersage vom Magnetberg, der alle mit Eisen versehenen Schiffe an sich zieht, um sie zerschellen zu lassen, weite Verbreitung in den Erzählungen vieler Kulturen. Bis ins 16. Jahrhundert hinein blieb der geheimnisvolle Magnetstein mirakulöser Inhalt von Sagen. Vom Diamanten, der den Magnetstein entkräftet bis zum Knoblauch, der, von den Seeleuten verzehrt, den Kompaß betäubt und somit das Schiff vom Kurs abbringt, reichen die Vorstellungen.

Auf den Menschen könne der Magnet verschieden wirken. So glaubte man, daß ein unter das Kopfkissen einer untreuen Frau gelegter Magnetstein die Kraft habe, diese aus dem Bett zu schleudern. Einbrecher hätten die magische Kraft für ihre finsteren Zwecke benutzten können. Denn würden Magnetstückchen auf glühende Kohlen gestreut und diese in Zimmern verteilt, so verbreite sich ein Qualm, der die Bewohner des Hauses in die Flucht jage und dem Dieb Zeit lasse, die Wertsachen an sich zu nehmen. 

Dem Magneten wurde auch heilende Wirkung zugeschrieben. In der Hand gehalten, heile er Schmerzen und Krampf der Füße; geglüht und gepulvert, lindere er Brandschäden der Haut.

Als älteste experimentalphysikalische Darstellung des Magnetismus gilt die im 13. Jahrhundert verfaßte Schrift des französischen Gelehrten Petrus Peregrinus, der feststellen konnte, daß die Nord- und Südpole zweier Magnete sich anziehen, während gleichnamige Pole sich abstoßen. Wenn man einen Magneten zerbricht, so entstehen zwei Magnete mit je zwei Polen: einen Pol allein zu erhalten, sei nicht möglich. Noch weitere Erkenntnisse gewann Peregrinus: Aus einem großen Magneteisenstein hatte der Forscher eine Kugel gebildet. Eine eiserne Nadel wird vom einem Magneten so angezogen, daß sie sich stets nach den Polen richtet. Er legte sie auf verschiedene Stellen der Kugel und zog der Nadel entlang Striche rings um den Stein. Diese schnitten sich an den Polen wie die Meridiane des Globus. Doch konnte Peregrinus, der mit seiner Kugel nicht die Erde (diese hielt man für eine flache Scheibe), sondern das Himmelsgewölbe nachzustellen versuchte, aus dieser Analogie nicht den richtigen Schluß ziehen, daß sich die Erde wie ein riesiger Magnet verhält. Immerhin bezog er nicht, wie andere es taten, die Ausrichtung der Nadel auf die Anziehungskraft nördlich gelegener Magneterzgruben oder auf die des Polarsterns, sondern auf eine Kraft, die von den "Himmelspolen" ausginge, um die sich, wie man damals glaubte, das Himmelsgewölbe über der ruhenden Erde drehte.

Die systematische, im heutigen Sinn wissenschaftliche Erforschung des Magnetismus nimmt ihren Anfang mit dem im Jahre 1600 veröffentlichten lateinischen Werk "De Magnete" (Über den Magneten) des englischen Wissenschaftlers William Gilbert. Inzwischen wurden viele grundlegende Eigenschaften magnetischer Werkstoffe entdeckt, und die Ursache und Auswirkung eines magnetischen Feldes konnte weitgehend aufgeklärt werden. Doch bleiben auch heute noch viele Fragen offen.

So hat man den Verlauf des erdmagnetischen Feldes und seine Stärke sehr genau messen können, doch sein Ursprung oder seine Auswirkungen auf Tiere und Pflanzen müssen noch näher begründet werden.

Besonders rätselhaft sind die "magnetischen Monopole", Erscheinungen, die, wie man in der Schule lernte, es eigentlich gar nicht gibt. Seit Petrus Peregrinus glaubte man zu wissen, daß das Charakteristikum aller Magnete ihre Zweipoligkeit ist. Der englische Nobelpreisträger Paul Dirac war es, der 1931 erstmals mit dem Gedanken spielte, es könne ein Elementarteilchen geben, das einem Monopol entspräche. Nach diesen Exoten suchen die Experimentalphysiker noch heute in der Hoffnung, durch ihren Nachweis Antworten auf einige noch ungeklärte Fragen der Kernphysik zu finden. 

Im folgenden soll skizziert werden, wie und wo es den Wissenschaften gelungen ist, einige "Geheimnisse" des Magnetismus zu lüften, und wo noch weiter geforscht werden muß.

Veränderungen und Umpolungen - Das Rätsel des geomagnetischen Feldes 

1905 zählte Albert Einstein den Erdmagnetismus zu den fünf wichtigsten unbeantworteten Fragen der Physik. Heute wartet die Frage seiner Entstehung noch immer auf eine allumfassende Erklärung.

Naturgemäß können nur wenige Aussagen über das Innere der Erdkugel als gesichert gelten. Die Vorgänge im Erdkern können weder beobachtet, noch der dort herrschende Druck und die Temperatur im Labor nachgebildet werden. Um über auf Messungen Seismologische riesigen Kugel der Größe des den Erdkern fundierte Aussagen machen zu können, ist man angewiesen, die von der Erdoberfläche aus durchführt werden. Beobachtungen deuten darauf hin, daß der Erdkern aus einer mit einem Durchmesser von 3485 Kilometern, also etwa von Planeten Mars, besteht. Im Mittelpunkt des Erdkerns liegt der feste innere Kern, der einen Radius von rund 1200 Kilometern hat. Der Druck in diesen Tiefen steigt auf das 1,3 bis 3,5millionenfache des atmosphärischen Drucks auf der Erdoberfläche. Die Temperaturen liegen schätzungsweise zwischen 4.000 und 5000 Grad Celsius.

Ebenso schwierig wie das Gewinnen von Erkenntnissen über den Erdkern ist die Aufstellung einer Theorie über den Ursprung des Magnetfeldes. Uns trennt der Erdmantel, eine immerhin rund dreitausend Kilometer dicke Materieschicht, von der äußersten Zone des Erdkerns. Wir kennen und wissen nicht, wie das Feld dort aussieht oder wie es entsteht. Es wird vermutet, daß es zehnmal stärker in der Nähe des Erdkerns als an der Erdoberfläche ist.

Indirekt kann man aber über den Ursprung des Feldes Aussagen machen, indem man das heutige Magnetfeld beobachtet. Die Messungen geben wertvolle Erkenntnisse über das kurzfristige Verhalten des Feldes, zum Beispiel über seine Gestalt und über die sogenannten Säkularvariationen, das sind die gewöhnlichen Schwankungen in Zeiträumen von Jahrzehnten und Jahrhunderten. Hierüber geben aber auch historische Quellen Auskunft. So haben Wissenschaftler Erkenntnisse über frühere geomagnetische Feldstärken mit Hilfe musealer Exponate und Sammlungsstücke gewinnen können. Töpfererzeugnisse, die zum Teil ein Alter von 6000 Jahren haben, wurden von chinesischen Forschern untersucht, die zu dem Ergebnis kamen, daß etwa vor 2000 Jahren das magnetische Feld ein Maximum erreichte, das etwa 50% höher lag als das heutige Feld.

Seit dem achtzehnten Jahrhundert wurden zu Navigationszwecken detaillierte Karten erstellt, aus denen sich Stärke und Richtung des geomagnetischen Feldes ablesen lassen. Die Karten zeigen aber auch, wie sich das Feld in den letzten drei Jahrhunderten verändert hat. Zu verzeichnen ist eine allmähliche, gleichmäßige Abnahme der Feldstärke, die, wenn sie andauern würde, zu ihrem völligen Verschwinden in etwa 1500 Jahren führen würde. Die Karten zeigen außerdem eine langsame Verschiebung einiger unregelmäßiger Wirbel des Feldes in westlicher Richtung um etwa einen Längengrad alle fünf Jahre. In diesen Wirbeln weicht eine Magnetnadel mehr oder weniger stark von der Nord-Süd-Richtung ab.

Um das paläomagnetische Feld (das ist das Feld, wie es vor Millionen von Jahren ausgesehen hat) studieren zu können, muß man die Gesteine der Erdkruste untersuchen. Hierzu wird das Alter des Gesteins radiometrisch datiert und die Orientierung seiner magnetisierten Einschlüsse bestimmt, die die Richtung des Magnetfeldes zur Zeit der Gesteinsbildung wiedergeben. Diese paläomagnetischen Zeugnisse erweisen, daß die Erde mindestens seit 3,6 Millionen Jahren ein Magnetfeld besitzt. Während dieser Zeit hat sich die Stärke des Feldes mehrfach verändert. Belegt ist auch, daß sich das Magnetfeld der Erde mehrfach umgepolt hat. 

Bereits 1906 hatte der französische Physiker Bernhard Brunhes, der solche Gesteine entdeckt hatte, die Theorie über die Umpolung des Magnetfeldes aufgestellt. Seine These löste über ein halbes Jahrhundert lang eine heftige Debatte aus. Erst als in den sechziger Jahren Untersuchungen von radiometrisch datierten Lavasteinen ausgewertet wurden, wurde es in der Geophysik als sicher angenommen, daß das Magnetfeld der Erde sich umkehren kann. Zwei Polaritätszustände können existieren. In dem einen, der vereinbarungsgemäß als "normaler" Zustand bezeichnet wird, zeigt die nach Norden gerichtete Kompaßnadel auf den magnetischen Nordpol. Im "reversen" oder Umkehr-Zustand wäre sie auf den magnetischen Südpol gerichtet. 

Als gesichert gilt, daß es in den letzten 3,6 Milliarden Jahren zu neun wichtigen Umpolungen gekommen ist, wobei die jüngste vor etwa 730 000 Jahren stattfand. Das erdmagnetische Feld kippt nicht schlagartig von einem Polaritätszustand in den anderen um, sondern schwindet allmählich bis es in eine neutrale, magnetfeldfreie Phase eintritt, in der es etwa 1000 Jahre verharrt. Danach kann es in seinen ursprünglichen Polaritätszustand zurückkehren oder aber in den entgegengesetzten Zustand wechseln. 98 Prozent der Zeit bleibt das Feld stabil.

Analoge Tonfrequenzgeräte

Am 6. Dezember 1877 gelang es erstmalig, durch eine Maschine Sprache aufzunehmen und wiederzugeben. Der Amerikaner Thomas Alva Edison entwarf auf Grund seiner Erfahrungen mit Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräten für Morsezeichen, dem damaligen Telegraphen-Code, das erste Modell seines Phonographen. Diese Sprechmaschine, wie derlei Apparate später in Deutschland hießen, verwendete als Informationsträger eine zylindrische Zinnfolie. Die durch einen Trichter erfaßten Schallwellen bewegen eine Membran, an deren Rückseite ein an der Kuppe verrundeter Stahlstift angebracht ist. Diese Prägevorrichtung, schraubenförmig über den Zylinder bewegt, drückt eine spiralförmige Tonspur in das Zinn. Es handelt sich um eine mechanische Tonfrequenzaufzeichnung in Form von Tiefenschrift. Dieselbe Vorrichtung, in der entstandenen Rille entlang geführt, versetzt die Membran in Schwingungen, welche die umgebende Luft zu den der Aufzeichnung ähnlichen Schallwellen anregt. Ab Anfang des Jahrhunderts begann der Vertrieb des Edison Phonographen und der dafür industriell hergestellten bespielten Tonwalzen, während Edison selbst schon vorher Apparate zur Eigenaufnahme und Wiedergabe verkaufte.

Ab 1887 beschäftigte sich, wie zahlreiche andere Erfinder auch, der nach USA ausgewanderte Deutsche Emil Berliner mit mechanischen Schallaufzeichnungen nach dem Prinzip der seitlichen Nadelauslenkung_ Als Ergebnis seiner Arbeiten konnte er l895 die ersten serienmäßig hergestellten Schallplatten in Seitenschrift und die dazu erforderlichen Wiedergabeapparate, von ihm Grammophon genannt, auf den Mark bringen. Die Merkmale der Schallplatte, nämlich einfachere Herstellung im Vergleich zur Edison-Walze und Abspielgeräte ohne Zwang zum Transport des Abtastorganes durch eine Spindel parallel zur Walzenoberfläche sowie die längere Laufdauer, fiihrten schließlich zum Siege der Schallplatte. Anfang des Jahrhunderts begann das große Geschäft mit gespeicherter Musik und Sprache sowie den zugehörigen Aufnahme- und Wiedergabegeräten.

Bereits im Jahre 1878 beschrieb der Amerikaner Oberlin Smith, der von seinem Bekannten Edison einen Phonographen gekauft hatte, Tonfrequenz-Aufzeichnungen unter Anwendung des Magnetismus. Er schlug u. a. vor, an Stelle einer mechanischen Verformung die Signale unter Einwirkung eines den Signalen entsprechenden Magnetfeldes durch Magnetisierung eines ferromagnetischen Informationsträgers zu speichern. Zur Wiedergabe sollten die bei der Aufzeichnung entstandenen Dauermagneten unter Anwendung der induktiven Spannungserzeugung die ursprünglichen Signale liefern. Zehn Jahre später veröffentlichte er das Prinzip seiner Magnetton-Apparatur. Der Informationsträger bestand entweder aus homogenem Stahldraht oder aus einem Baumwollfaden, in den magnetisierbarer Metallstaub eingesponnen war. Wegen anderer Aktivitäten beendete er vorzeitig seine Experimente.

Im Jahr 1898 erfand der Däne Valdemar Poulsen, unabhängig von Smith, nicht nur erneut die magnetische Signalspeicherung, sondern er baute auch das erste funktionsfähige Gerät. Auf der Pariser Weltausstellung im Jahre 1900 stellte er sein Telegraphon vor, eine Sensation der Veranstaltung. Der Informationsträger bestand aus homogenem Stahldraht von 1 mm Durchmesser und 100 m Länge, spiralförmig auf einer Trommel befestigt, der mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 m/ s abläuft. Der Magnetkopf war umschaltbar für die drei Betriebsarten „Aufzeichnung“, „Wiedergabe“ und „Löschen“.

1902 erhielt Poulsen ein Patent auf die von ihm erstmalig angegebene Gleichstrom-Vormagnetisierung, welche bis zur Einführung der HF-Vormagnetisierung im Jahre 1940 Stand der Technik auf dem Gebiet der magnetischen Vorbehandlung des Informationsträgers während des Aufzeichnungsvorgangs war.

Nach dem Trommelapparat konstruierte er 1901 den Spulenapparat mit einem 3 mm breiten und 0,05 mm dicken Band aus homogenem Stahl als Informationsträger. Die maximale Aufnahmedauer beträgt bei ca. 2 m/ s Band-Geschwindigkeit max. 16 min. Im Gegensatz zum Trommelapparat, bei dem durch die Konstruktion des Magnetkopfes der Draht in Längsrichtung magnetisiert wurde, erfolgte hier die Magnetisierung quer zur Laufrichtung.

Bei dem von ihm 1903 herausgebrachten Plattenapparat bestand der Informationsträger aus einer Stahlplatte von 13 cm Durchmesser und 0,5 mm Dicke. Der Magnetkopf wurde durch eine Gewindespindel tangential über die Plattenoberfläche geführt, wobei sich die Plattendrehzahl entsprechend der jeweiligen Kopfposition von außen kommend nach innen erhöht. Das Ergebnis sind bei einer auf diese Weise konstanten Relativgeschwindigkeit zwischen Kopf und Platte von ca. 0,5 m/s gleiche Wellenlängen einer Aufzeichnungsfrequenz, unabhängig vom Aufzeichnungsort.

Ein unter Leitung der Firma Mix & Genest AG stehendes Syndikat übernahm es Anfang des Jahrhunderts, die inzwischen erteilten Schutzrechte zu verwerten. Geplant waren zunächst Diktiergeräte sowie Anlagen zur Aufzeichnung von Telefongesprächen, sämtlich mit Stahldraht als Informationsträger. Trotz intensiver Bemühungen ging das Interesse an Magnettongeräten nach kurzer Euphorie zurück, so daß die Fertigung sowohl bei Mix & Genest als auch bei inzwischen in den USA entstandenen Unternehmen eingestellt werden mußte. Gründe dafür waren in erster Linie die unbefriedigende Qualität der Wiedergabe wegen des Fehlens geeigneter Verstärker sowie Bedienungsschwierigkeiten, bedingt im wesentlichen durch die Verwendung von Stahldraht bzw. -band.

Als Urknall auf dem Wege zur heutigen Bedeutung der Magnetaufzeichnungen ist rückwirkend das Erscheinen des Magnetbandgerätes Magnetophon K1 der AEG auf der Berliner Funkausstellung im Jahre 1935 anzusehen. Es verwendete erstmalig als Informationsträger das 1928 von Pfleumer erfundene, von der IG Farben, Werk Ludwigshafen, zur Serienreife entwickelte 6,5 mm breite Magnetband. Es zeichnet sich vor allem aus durch preiswerte Herstellung, Anwendbarkeit verschiedener, jeweils optimaler Speichermaterialien sowie die Möglichkeit des einfachen Schneidens und Klebens.

Den Bandantrieb im Laufwerk besorgten erstmalig drei Motoren: Ein Motor für konstante Bandgeschwindigkeit von 1 m/ s im Bereich der Magnetköpfe und je ein Motor für Auf- und für schnelle Rückwicklung. Ebenfalls zum ersten Male dienten Ringmagnetköpfe als elektrisch-magnetische Wandler für Aufzeichnungen und Abtastung, erfunden 1933 von dem späteren Leiter der Magnetton-Entwicklung im Hause AEG, Eduard Schüller. Ein für Aufnahme und Wiedergabe umschaltbarer zweistufiger Röhrenverstärker diente zur Verstärkung der aufzusprechenden Ströme bzw. der abgetasteten Spannungen.

Abgesehen von wenigen Einzelfällen ging mit Einführung des Magnetbandes Mitte der dreißiger Jahre zunächst in Deutschland, nach 1945 auch im Ausland, die Anwendung von Stahldraht und Stahlband als Speichermedium, die Stahlzeit, zu Ende.

1940 entdeckten Hans Joachim v. Braunmühl und Walter Weber, Mitarbeiter der Reichsrundfunk-Gesellschaft, daß eine Hochfrequenz-Vormagnetisierung des Bandes an Stelle der oben erwähnten G1eichstromvormagnetisierung den vorher maximal 38 dB betragenden Dynamik-Umfang auf 60 dB erweitert, bei gleichzeitiger Erhöhung der oberen Grenzfrequenz von bisher 5000Hz auf 10 000 Hz. Beide Herren entwickelten in wenigen Monaten das neue Verfahren zur Serienreife. Mit diesen Merkmalen blieb die HF-Vormagnetisierung, wie das Verfahren im Sprachgebrauch heißt, bis zum Aufkommen digitaler Techniken auch im Vergleich mit anderen Tonfrequenz-Aufzeichnungsverfahren unübertroffen. Am 10. Juni 1941 wurde in einer Vorführung im Berliner Ufa Palast am Zoo das HF-Magnetophon und damit hergestellte Sprach- und Musikaufnahmen Fachleuten vorgestellt. Auf Grund der bis dahin unerreichten Qualität eines Schallaufzeichnungsverfahrens begannen sofort die Vorarbeiten zur Anwendung dieses Standes der Technik in Rundfunk-, Tonfilm- und Schallplattenstudios.

1943 schuf Weber die erste Magnetband-Apparatur für zweikanalige Stereophonie. Von den damals aufgenommenen ca. 300 Stereo-Aufzeichnungen befanden sich bis vor kurzem nur 2 im Besitz des SFB, der Rest ist inzwischen von den Russen ebenfalls dem SFB übergeben worden.

Mit dem 1936 auf den Markt gekommenen Magnetophon K2 beginnend, betrug für lange Zeit die Bandgeschwindigkeit, insbesondere bei Studiogeräten 76,2 cm. Erstmalig in dem bei der RRG entwickelten Kleinstmagnetophon R 26 fur Reportagezwecke, eingerichtet für HF-Vormagnetisierung, wurde eine auf ca. 18 cm/s verminderte Bandgeschwindigkeit angewandt.

Während des Krieges entstand sowohl in den USA als auch in Deutschland eine Vielzahl von Magnettongeräten für militärische Zwecke. Während die US-Geräte ausschließlich Stahldraht zum Speichern verwendeten, lief in den deutschen Geräten mit der Wehrmachtsbezeichnung Tonschreiber nur Tonband als Informationsträger. Besonders hervorzuheben ist der Tonschreiber b, bei welchem zur Zeitdehnung und Zeitraffung während der Abtastung vier Magnetköpfe auf dem Umfang eines, von einem speziellen Motor angetriebenen Kopfrades angeordnet waren. Damit konnte, unter Beibehaltung der Relativgeschwindigkeit zwischen Band und den rotierenden Köpfen, die Absolutgeschwindigkeit des Bandes gegenüber der Aufnahme ohne Veränderung der ursprünglichen Tonhöhe verändert und auf diese Weise die Wiedergabezeit gegenüber dem Original wahlweise verlängert oder verkürzt werden.

Es ist nachträglich nicht mehr feststellbar, warum trotz zahlreicher Veröffentlichungen in deutschen Fach- und Tageszeitungen die Magnetbandtechnik zunächst auf Deutschland beschränkt blieb. Der US Major Jack Mullin, ein Tonfrequenzfachmann, lernte 1945 bei einer Besichtigungsfahrt in Bad Nauheim das HF Magnetophon kennen. Er beschaffte sich ein Gleichstrom Magnetophon K4, verfrachtete es in seine Heimatstadt San Francisco, ergänzte die Apparatur durch einen HF-Generator und führte den deutschen Stand der Technik im Mai 1946 Fachleuten vor. Damit war der Startschuß für zahlreiche Magnetband-Aktivitäten, zunächst in den USA, ab 1950 auch in Japan, gegeben. Die deutschen Kenntnisse, Verfahren und Geräte standen als „beschlagnahmtes Feindeigentum“ den Siegermächten kostenlos zur Verfügung. In zahlreichen „BIOS“ und „FIAT“-Berichten wurde ab 1945 von Engländern und Amerikanern sowie in den „Berichten“ des Russischen Technischen Büros für Kinematographie in Potsdam-Babelsberg der deutsche Stand, auch die Magnettontechnik, erfaßt und in den Archiven gelagert.

Bis 1947 waren sämtliche Magnetbandgeräte bezüglich elektro-akustischer Daten, Aufwand und Bedienung für kommerzielle Zwecke bestimmt. In diesem Jahre begann in den USA der Vertrieb des ersten, für Heimgebrauch konzipierten Gerätes Sound Mirror BK 401 der US Firma Brush. Entwickler war Semi Joseph Begun, bis 1935 bei der damaligen C. Lorenz AG verantwortlich für den Magnettonbereich.

Die von ihm Anfang der dreißiger Jahre entwickelte Stahlton-Bandmaschine, gedacht in erster Linie für Rundfunkzwecke, wurde wegen der ab 1936 erhältlichen AEG Magnetbandgeräte nur in geringen Stückzahlen gebaut. Der Sound Mirror öffnete einen bis heute ständig zunehmenden Markt für Amateurgeräte einschließlich der zugehörigen Magnetbänder.

Vorschläge aus dem Jahre 1941 für die Konstruktion von Magnetfilm-Laufwerken zur Aufzeichnung unter Verwendung der HF-Vormagnetisierung stammen von der Firma Klangfilm GmbH. Mit Magnetfilm-Vorversuchen beschäftigten sich um diese Zeit sowohl die AEG als auch die Tobis-Studios in Berlin-Johannisthal. Zwischen der Magnetophon GmbH, in welcher seit 1942 die Interessen der AEG als Gerätehersteller und die der IG Farben als Magnetbandhersteller zusammengefaßt waren, begannen 1943 Verhandlungen mit der Ufa-Film GmbH als möglichem Abnehmer von Magnetfilmen. In dem 1943 unterzeichneten Abkommen heißt es unter Ziffer I einleitend: „Beide Parteien werden zum Zwecke der Nutzbarmachung des Magnetophon-Verfahrens für die Tonfilmaufnahmen weitgehend zusammenarbeiten“. Die Kriegsereignisse verhinderten eine Realisierung.

Veranlaßt durch die Mullin’schen Magnetophon-Demonstrationen begannen ab 1946 in den USA Vorversuche mit dem Ziel der Einführung des Magnetfilmes in Studios. Auf Grund der ausgezeichneten Ergebnisse entstanden zunächst durch Einbau von Magnetköpfen in Lichtton-Kameras provisorische Anlagen, bis 1948 die US Firma Hallen Co. das erste serienmäßige Magnetfilmlaufwerk auf den Markt brachte. Es ähnelte, was den Filmlauf betrifft, stark dem Magnetophon.

Auf Anregung des ehemaligen Ufa-Technikers Dr. Martin Ulner entwickelte 1949 Wilhelm Albrecht in seiner Firma MWA GmbH die für 17,5 mm Magnetfilm eingerichtete Magnetton-Kamera MTK l. Der darin veıwirklichte Filmlauf, die Anordnung der mechanischen Filter, die Schnellanlaufvorrichtung, um nur einige Merkmale zu nennen, waren für damalige Verhältnisse optimal und zukunftsweisend. Mit diesem Laufwerk wurde Ende März 1950 in den Ufa-Studios Berlin-Tempelhof der englische Film „Die seidene Schlinge“ synchronisiert.

Auch für Filmvorführzwecke in den Kinos wurde Magnetton bald darauf eingeführt. Unmittelbarer Anlaß dafür waren ab 1952 die Versuche verschiedener US Filmproduzenten, durch Breitwand-Filmvorführungen das Kino attraktiver zu machen. Breite Filmwände erfordern zur Zuordnung von Bildgeschehen und zugehörigem Ton ein mehrkanaliges Tonsystem. Dafür war nach dem damaligen Stand der Technik das übliche Lichtton-Verfahren nicht geeignet. Als Ergebnis einer Reihe von Vorschlägen setzte sich ab 1953 das vierkanalige CinemaScope-Verfahren der 20th Century Fox durch mit vier auf der Vorführkopie angebrachten Magnettonspuren. Drei der Kanäle speisten die hinter der Vorführwand aufgestellten Saallautsprecher, die vierte Spur die im Saal befindlichen Effekt-Lautsprecher. Wegen des gegenüber der Lichttontechnik höheren Aufwands konnte sich der Magnetton im Kino nicht halten, zumal das ab 1978 eingeführte Rauschminderungsverfahren System Dolby bei zweikanaliger Lichttonwiedergabe gute Qualität erbrachte. In jüngster Zeit sind darüber hinaus digitale Lichttonverfahren mit ausgezeichneter Tonqualität bei Wiedergabe über 6 Kanäle entstanden.

Ein weiterer markanter Schritt in Richtung auf den heutigen Stand der Magnetband-Technik betrifft die Bandkonfektionierung, scheinbar eine Nebensächlichkeit. Bei den meistens von Fachkräften bedienten Magnetband-Laufwerken ist bis heute das Band unter Verwendung von Kernen auf Bandtellern untergebracht. In den Wehrmachts-Tonschreibern befand sich das Band auf Spulen. Zur Aufnahme des Speicherdrahtes in dem 1929 auf dem Markt erschienenen Diktiergerät Dailygraph dienten zwei Spulen, die zur Vereinfachung des Austausches in einer Kassette untergebracht werden.

Nach dem Kriege erschienen, nunmehr für Magnetband, in Deutschland und den USA verschiedene Kassettenkonstruktionen auf dem Markt, von denen sich mit Ausnahme einer Endloskassette, die unter 1.1 auf S. 11 erwähnt ist, kein Produkt behaupten konnte. Für eine große Zahl von Magnetton-Interessenten war dennoch das Einlegen und Wechseln des Bandes zu schwierig - ein echtes Vertriebshemmnis. Das änderte sich ab 1963. Zunächst auf der Internationalen Automobil-Ausstellung in Frankfurt und anschließend auf der Berliner Funkausstellung zeigte Philips den im belgischen Werk Hasselt entwickelten Taschen Recorder EL 3300, „ein interessantes Tonbandgerät für den Autofahrer“, wie es in einer Presseinformation heißt.

Für die Unterbringung des 3,81 mm breiten Bandes, welches mit einer Geschwindigkeit von 4,75 cm/ s lief, wurde die inzwischen weltweit eingeführte und genormte Compact Cassette, abgekürzt CC, geschaffen. Diese enthielt nicht nur das von der BASF hergestellte Band mit den erforderlichen Wickelkernen, sondern zusätzlich unter anderem Bandführungselemente, die vorher stets gerätefest waren. Im Laufe der Zeit entstanden zunächst bei Philips, dann auch bei Wettbewerbern, denen Philips den Bau von CC-Geräten ohne Lizenznahme gestattete, für Stereobetrieb mit HIFI-Merkmalen geeignete Cassettenrecorder. Voraussetzung für die erzielte Wiedergabequalität waren die zunächst von der BASF, dann von zahlreichen anderen Bandherstellern entwickelten Bänder mit hervorragenden Speicher- und Betriebseigenschaften.

Der Erfolg von Geräte und Cassette am Markt beruhte anfangs nicht auf Wiedergabekriterien, sondern auf der gegenüber sämtlichen bisher erschienenen Geräten wesentlich vereinfachten Gerätebedienung, insbesondere beim Einlegen und Wechseln der Cassetten. Es begann ein ungeahnter Aufschwung des Magnettongeschäftes auf allen Sektoren: Geräte sowie unbespielte und bespielte Cassetten.

Akio Morita, Chairman der Firma Sony, kam auf die Idee, ein nur für die Wiedergabe bespielter CC’s verwendbares, tragbares, leichtes Tonbandgerät für Kopfhörerbetrieb zu entwickeln. Der Walkınan war geboren. Im Sommer 1979 erschien der erste Walkman TPS-L 2 auf dem Markt, welchem ein breites Spektrum weiterer Geräte, auch mit anderen Merkmalen, folgte.

So waren bald nicht nur Wiedergabe, sondern auch Aufnahme möglich, der eingebaute Empfänger erlaubte Rundfunk-Empfang sowie -Aufzeichnung und ähnliches mehr. Das Geschäft, an dem sich inzwischen auch andere Hersteller beteiligen, expandiert weiterhin. Schließlich entstanden auch kommerzielle Reportage-Geräte mit den Merkmalen des Walkman: Eingerichtet für den Betrieb mit CC, dabei klein und leicht.

Der Cassetten-Recorder N 1000 ZXL der Firma Nakamichi aus dem Jahre 1978 enthält zwei markante Neuerungen. Die eingebaute Elektronik ermittelt vor Beginn einer Aufzeichnung automatisch die magnetischen Werte des Speichermediums und eine weitere Automatik stellt den HF-Vormagnetisierungsstrom ein.

Aus dem Hause Sony kam im Jahr 1984 mit dem Beta HIFI Recorder SLHF ein Vorläufig letztes „first“ auf dem Gebiet der analogen Magnettontechnik: Die trägerfrequente Aufzeichnung der zwei Tonfrequenzen eines zweikanaligen Stereosignals. Es handelte sich um die erste Anwendung der eine hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Informationsträger und Köpfen ergebenden Schrägspur-Aufzeichnung für Tonfrequenzzwecke. Das Schrägspur-Verfahren erfand im Jahre 1953 Eduard Schüller, damals Telefunken GmbH. Gedacht war es ursprünglich für Videozwecke.


Abschließend werden zwei Magnetbandgeräte erwähnt, welche nur wenig bekannt sind, dennoch eine große Bedeutung haben:
Die meisten Flugzeugkatastrophen lassen sich rekonstruieren, weil durch den Flugdaten Recorder eine Vielzahl wichtiger Betriebsdaten beispielsweise des Flugzeugantriebes, der Steuerung, des Kurses sowie gleichzeitig durch den Cockpit Voice Recorder auf vier Kanälen die jeweils während der letzten halben Stunde im Cockpit geführten Gespräche und der Funkverkehr aufgezeichnet werden. Beide Geräte sind im Heck des Flugzeugs untergebracht und so konstruiert, daß auch nach einem Absturz unter den nachstehend erwähnten extremen Bedingungen das in den Geräten befindliche Magnetband abtastbar bleibt: Beschleunigungen bis zu 1000 g; Feuer mit 1000 °C für 30 min; Druck von 4,5 t; Verbleiben in 12 000 m Seetiefe für 30 Tage.

Einige Details des seit 1984 im Einsatz bewährten Fairchild Cockpit Voice Recorder A 100 der US Firma Loral Data Systems: Als Informationsträger dient ein 6,35 mm breites Magnetband, untergebracht in einer Endloskassette mit einer Durchlaufdauer von 30 min für einen Zyklus bei einer Bandgeschwindigkeit von 9,5 cm/ s. Die DMI Eclipse Magnetband-Anlage der Firma Sonotron GmbH zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Langzeit Elektro-Kardiogrammen unterscheidet sich beträchtlich von Geräten der Unterhaltungs-Elektronik. Der batteriebetriebene Holter-CassettenRecorder, so genannt nach seinem Erfinder, wird während der EKG-Aufzeichnung am Körper getragen. Einige Merkmale des Recorders: Bei einer Bandgeschwindigkeit von 1 mm/ s reicht eine C 60 Cassette in einer Bandlaufrichtung für 24 h Aufzeichnungsdauer, 2 Spuren für EKG-Aufzeichnung, 2 Zeitspuren; Frequenzgang 0,05 Hz bis 100 Hz; Gleichlaufschwankungen 0,010/o. Zum Auslesen und Auswerten der magnetisch gespeicherten Herzstrom-Kurven dient das Sonotron-Wiedergabe-Laufwerk Typ DMI Eclipse. In diesem läuft das Band mit einer Geschwindigkeit von 5 . . . 25 cm/ s. Dadurch entstehen bei der Abtastung gegenüber der Aufzeichnung höhere Frequenzen und die Auswertungszeit verkürzt sich für eine 24-Stundenaufzeichnung auf minimal 25 min.

1.2 Digitale Tonfrequenzgeräte

Bei den unter 3.2 S. 42 erwähnten Vorzügen digitaler Verfahren, insbesondere auch im Zusammenhang mit magnetischer Speicherung, erscheint es merkwürdig, daß erst 1977 mit dem Sony Processor PCM-1 eine digitale Anlage auf den Markt kam. Dieser erste Processor funktioniert in Verbindung mit einem als Magnetton-Laufwerk dienenden handelsüblichen Videorecorder. Der späte Start dieser zukunftsweisenden Anlage ist neben einem langen Entwicklungsverlauf begründet in der Tatsache, daß zur Realisierung der zugehörigen Signalverstärkung, -auibereitung und -speicherung eine im Vergleich zu analogen Anwendungen ganz beträchtlich höhere Zahl von verstärkenden, schaltenden und speichemden Bauelementen erforderlich ist. Diese müssen zudem ihre Funktionen in außerordentlich kurzen Zeitintervallen auszuführen. Kurz gesagt: Die Digitaltechnik erfordert spezielle, hochgezüchtete integrierte Schaltkreise. Diese gibt es erst seit den siebziger Jahren. Laborgeräte für digitale Magnetbandaufzeichnung entstanden ab Mitte der sechziger Jahre bei der BBC und NHK. Inzwischen werden die nachstehend beschriebenen zwei Formate weltweit akzeptiert. Auf ihnen basieren zahlreiche Geräte.

I. DASH (Digital Audio Stationaıy Head)

1980 kündigte Sony einen 24-Kanal Digital-Recorder für Studiozwecke an, basierend auf dem DASH Format. Nachdem im Jahre 1980 die Firmen Studer und 1989 Tascam ebenfalls DASH-Recorder auf den Markt brachten, ist DASH, erweitert auf 48 Kanäle, zum meist verwendeten Digital-Studio-Fonnat geworden.

Einige Merkmale:
Längsspur-Aufzeichnung, damit mechanisches Schneiden des Bandes möglich; feststehende, mehrspurige Köpfe; Bandbreite 12,65 mm; Bandgeschwindigkeit 76,2 cm/s; Tonspurbreite je 0,17 mm; Abstand zwischen Tonspuren (Rasen) 50 µm kürzeste Wellenlänge = 2 bit = 1,98 µm Datenrate/Kanal 1,152 Mbit/ s; Aufzeichnungsdichte 1,52 kbit/mmz; Band auf Spule.

DASH-Tonfrequenzdaten der Studer Tonbandmaschine D820-48:
Klirrfaktor bei 0 dB 0,0060/o; Frequenzgang 20 Hz _ _ . 20 000 Hz +/- 0,3 dB; Signal-, Rauschabstand 85 dB; Gleichlaufschwankungen nicht meßbar.

2. R-DAT (Rotating Head Digital Audio Tape), seit einiger Zeit nurmehr als DAT bezeichnet.

Im Jahre 1986 stellte Sony in den USA den Prototyp eines für Heimgebrauch sowie semiprofessionelle Zwecke konzipierten Kassetten-Recorders vor, basierend auf dem DAT Format, dem bald Geräte anderer Hersteller folgten.

Einige Merkmale:

Schrägspur-Aufzeichnung; anders als bei üblichen Video-Recordern umschlingt das Band die Kopftrommel mit nur 90°; Bandbreite 3,81 mm; Bandgeschwindig 8,15 mm/ s; Relativgeschwindigkeit Band-Kopf 3,133 m/ s; Spurbreite 13,5 µm kein Rasen; zur Vermeidung von Übersprechen zwischen den Spuren Azimut der beiden rotierenden Köpfe um +/- 20° von der Senkrechten abweichend; kürzeste Wellenlänge = 2 bit = 0,67 mm; Datenrate 7,5 Mbit/ s; Aufzeichnungsdichte 177 kbit/mmz; Band in Kassette ähnlich Compact Cassette, jedoch außerhalb des Recorders nahezu hermetisch geschlossen; 2 Kanäle für Stereobetrieb; zwei 0,5 mm breite Längsspuren für Sonderzwecke; max. Laufdauer 2 h bzw. mit geringfügig verringerter Qualität 4 h.

DAT Tonfrequenzdaten des Sony DAT Recorder DTC-55 ES:

Klirrfaktor bei 0 dB 0,0050/o; Frequenzgang 2 . . _ 20 000 Hz +/- 0,5 dB; Signal-, Rauschabstand 92 dB; Gleichlaufschwankungen nicht meßbar.
Das Gerät enthält eine Überspielsperre, um mehrfache Kopien von Compact Discs zu verhindern.

1.3 Analoge Videofrequenzgeräte

In den USA begannen Anfang der fünfziger Jahre intensive Arbeiten mit dem Ziel des Einsatzes der Magnetaufzeichnungstechnik auch für Videozwecke. Zunächst wurde versucht, die gegenüber Tonfrequenz-Anwendungen erforderlichen hohen Grenzfrequenzen durch Erhöhung der Band-Transportgeschwindigkeit zu erreichen. So lief 1951 das Magnetband in einer bei der Bing Crosby Enterprises begonnenen Videorecorder-Entwicklung mit 18 m/ s. 1953 betrug bei einer Versuchsanlage der Radio Corporation of America die Bandgeschwindigkeit für akzeptable Bildqualität immerhin noch ca. 9 m/s. Für vier Minuten Laufzeit war eine Spule von ca. 42 cm Durchmesser erforderlich. U. a. wegen dieser unhandlichen Bandmengen und anderer Begleiterscheinungen der hohen Bandgeschwindigkeiten führte die Längsspuraufzeichnung damals nicht zu einem brauchbaren Resultat. Das Verfahren erlebte im Jahre 1979 in Form des LVR-Recorders der BASF eine kurze Renaissance. Da war es jedoch zu spät: Geräte mit sowohl bewegtem Informationsträger als auch bewegten Magnetköpfen erbrachten die für hohe Frequenzen erforderlichen hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Band und Magnetkopf.

Den weiteren Entwicklungsverlauf von Mitte der fünfziger Jahre bis heute zeigen einige typische Geräte.

Im April 1956 stellte die Firma Ampex, die ab 1948 die ersten kommerziellen US Studio-Tonbandgeräte lieferte, der Fachwelt den ersten betriebstüchtigen Videorecorder vor: Modell Mark IV. Dieses Laborgerät war der Vorläufer des dann in Stückzahlen hergestellten Typs Ampex VR 1000. Das 2-Zoll Videoband lief mit einer Geschwindigkeit von 38,1 cm/ s. Unter einem geringen Winkel senkrecht zur Bandlaufrichtung schrieben mit einer Drehzahl von 250 U/ s vier auf einem Kopfrad befestigte Magnetköpfe, wahlweise für Aufzeichnungen und Abtastung genutzt, Querspuren auf das Band. Damit betrug die Relativgeschwindigkeit zwischen Köpfen und Band 3,81 m/ s. Die Anlage, ausschließlich für Studioeinsatz konzipiert, lieferte schwarz-weiß Bilder mit einer annehmbaren Qualität. Bandbedarf für 1 hz 1440 m. Das zugehörige Band mit der Bezeichnung Magnetic Tape # 179 stammte von der Firma 3M.

 

In Deutschland beschaffte als erster Sender der Südwestfunk eine von der damaligen Siemens & Halske für das bisherige Fernsehsystem umgebaute Anlage.

 

Den nächsten Schritt in Richtung auf den heutigen Stand der Technik machte Toshiba mit dem 1958 fertiggestellten ersten Labormodell eines Recorders, basierend auf der unter 3.3 S. 48 erwähnten Schrägspuraufzeichnung. Ab 1959 wurde von Toshiba der Schrägspurrecorder VTR-1 geliefert, bereits eingerichtet für Farbbetrieb in NTSC Norm. Das Videoband war 2" (Zoll) breit, lief mit einer Geschwindigkeit von 38,1 cm/ s und das Kopfrad rotierte mit einer Drehzahl von 60 U/ s mit dem Resultat einer Relativgeschwindigkeit von 40 m/ s. Die kürzeste Wellenlänge betrug 6 µm. Der Kopf zeichnete eine, dem Halbbild des Fernseh-Vollbildes entsprechende Spur auf.

 

Sämtliche nachstehend beschriebenen Videorecorder verwenden das Schrägspur-Verfahren zur Aufzeichnung der Videosignale. Die Bänder befinden sich in Kassetten. Unter „kürzeste Wellenlänge“ ist jeweils die aufgezeichnete Wellenlänge zu verstehen.

 

Nach einigen früher entwickelten Geräten für semiprofessionelle Zwecke stellte Philips 1970 mit dem Typ N 1500 erstmalig einen farbtüchtigen Videorecorder für Amateurzwecke vor.

 

Einige Merkmale:

 

Bandbreite 12,65 mm; Bandgeschwindigkeit 14,29 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 8,08 m/s; Videospurbreite 130 µm Rasenbreite 57 µm kürzeste Wellenlänge 1,7 µm 2 Längsspuren für Ton.

 

Sony, seit 1962 ebenfalls mit Videorecordem beschäftigt, begann 1971 mit der Lieferung der U-Matic Geräteserie, bestimmt für semiprofesionelle Zwecke.

 

Einige Merkmale:

 

Bandbreite 19,05 mm; Bandgeschwindigkeit 9,53 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 8,54 m/s; Videospurbreite 85 µm; Rasenbreite 52,3 µm kürzeste Wellenlänge 1,581 µm; 2 Längsspuren für Ton.

 

Den gegenwärtigen Stand der Technik repräsentieren folgende Geräte:

 

1. für Studio-Zwecke

 

BTS BVW-75P Betacam SP Recorder für PAL Standard, ortsfest;

 

Einige Merkmale:

 

Bandbreite 12,65 mm; Bandgeschwindigkeit 10,15 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 5,75 m/s; Luminanz-Spurbreite 86 µm; Chrominanz-Spurbreite 73 µm Rasenbreite 1 µm; kürzeste Wellenlänge 0,6 µm; Laufdauer 110 min; 2 Längsspuren für Ton, je 1 Spur für Zeitcodeaufzeichnung und 1 Steuerspur; eingebauter Zeitcodegenerator und -ausleser; eingebauter Time Base Corrector fur Sendesignale im exakten Synchronismus; zahlreiche eingebaute Zusätze für Bildbearbeitungen.

 

Basierend auf dem Betacam SP Format gibt es eine Reihe von Camcordern, für professionelle Zwecke, u. a. Sony BVW-300AP.

 

2. für Amateurzwecke

 

2.1 nach dem Format Hi8

 

Sony EVS 1000

 

Einige Merkmale:

 

Bandbreite 8 mm; Bandgeschwindigkeit 2 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 3,1 m/s; kürzeste Wellenlänge 0,4 µm; Max. Laufdauer 180 min; 2 Längsspuren.

 

2.2 nach dem Format S-VHS

 

Grundig VS 680 VPT

 

Einige Merkmale:

 

Bandbreite 12,65 mm; Bandgeschwindigkeit 2,339 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 4,87 m/s; Spurbreite 0,5 µm bei „Longplay“ 25 µm kürzeste Wellenlänge 0,8 µm; Laufdauer 240 min im Normalbetrieb; 2 Längsspuren.

 

Für die Amateurformate Video 8, Hi8, VHS und S-VHS gibt es außer Recordem zahlreiche Camcorder mit unterschiedlichen optischen Ausstattungen, Suchern, Tonteilen und Videoqualitätsparametern.

 

Abschließend zwei Beispiele konstruktiver Höchstleistungen auf dem Gebiet der Konsumer-Geräte.

 

1. Camcorder

 

Der erstmals auf der Photokina Köln 1990 gezeigte Camcorder HS-C50 der Firma Mitsubishi enthält neben sämtlichen Komponenten einer Farb-Video-Camera einen 470 000 Pixel Halbleiter-Bildwandler, elektronischen Sucher, Autofocus Optik und einen kompletten S-VHS Videorecorder. Kürzeste Wellenlänge 0,7 µm der zur Szene gehörende Stereoton wird trägerfrequent nach dem Tiefen-Multiplex-Verfahren aufgezeichnet. Abmessungen: l30 x 145 x 355 mm (BxHxT); Gewicht einschl. Akku für 45 min Betriebsdauer: 2,1 kg.

 

2. Still-Video Kamera

 

Dieser im Herbst 1990 von Canon auf den Markt gebrachte Photoapparat ION RC-260 speichert das Bild nicht photochemisch, sondern magnetisch auf einem im Gerät eingebauten Disketten-Laufwerk. Die Video-Diskette mit 2 Zoll ø hat eine Kapazität von 50 farbigen Bildern, welche sofort nach Aufzeichnung auf dem Bildschirm eines Fernsehgerätes betrachtet sowie bei Bedarf auch gelöscht werden können. Mit Hilfe eines speziellen Druckers lassen sich farbige Papierbilder herstellen. Die Kamera-Merkmale entsprechen denen einer üblichen Hochleistungs-Spiegelreflex-Kamera. Halbleiter-Bildwandler mit 23 000 Pixel; Diskettendrehzahl 3000 U/ min; Spurbreite 60 µm Rasen 10 µm kürzestes Wellenlänge 0,48 µm Videoausgang zum Anschluß an Femsehgeräte; Abmessungen 111,5 x 42 x 113 mm (BxTxH); Gewicht einschl. Akku für 250 Aufnahmen: 475 g.

 

Mit Ausnahme des im Philips N 1500 Recorder verwendeten Kassettensystems entstanden aus den beschriebenen, ursprünglich firmeneigenen Video-Formaten schließlich Normen, welche firmen- und länderübergreifend dem in seinem Ausmaß noch nicht abzuschätzenden Video-Amateurmarkt zugute kommen.

 

1.4 Digitale Videofrequenzgeräte

 

Vor einer Sendung müssen die dafür bestimmten Bild-Ton-Informationen im Sinne einer inhaltlichen und technischen Qualitätsoptimierung bearbeitet werden. Damit Verbunden ist meistens die Anfertigung mehrerer Generationen von Bandaufzeichnungen. Deren Qualität verringert sich mit der Zahl der Kopien von Kopien ständig, was bei Videobändern, welche nach analogen Verfahren kopiert wurden, die Spanne der Bearbeitungsmöglichkeiten erheblich beschränkt.

 

Wie unter 3.4 auf S. 49 beschrieben, ist dieses Handicap aller analogen Videoaufzeichnungen bei digitalen Verfahren theoretisch nicht vorhanden. Hier sind nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ohne merkbaren Qualitätsverlust etwa zwanzig Generationen erreichbar. Insbesondere aus diesem Grunde begannen in den achtziger Jahren Vorarbeiten für zwei Verfahren, welche den erwähnten Anforderungen entsprechen. Beiden Verfahren gemeinsam sind Schrägspur-Aufzeichnungen der Video-Informationen, die Bandbreite des Magnetbandes von 19,01 mm, vier digitale Audiokanäle sowie die Form des Kassettengehäuses.

 

Zunächst entstand auf Anregung der zuständigen EBU- und SMPTE-Gremien nach eingehenden, jahrelangen Diskussionen das Dl Komponenten Format. Es ist konzipiert für Anlagen, in denen die Komponenten des Fernsehsignales - Luminanz, Farbart, Farbsättigung - getrennt zur Verfügung stehen und nicht als FBAS-Signal in PAL-codierter Form vorliegen. Nach dem Komponentenverfahren können die einzelnen Signalarten bei gleichzeitig erhöhter Qualität optimal aufbereitet werden.

 

Einige Merkmale des Dl Formates: Bandgeschwindigkeit 28,68 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 35,63 m/s; Videospur-Breite 40 µm; kürzeste Wellenlänge 0,9 µm; Datenrate 227 Mbit/ s; Aufzeichnungsdichte 49,38 kbit/mmz. Metallpigmentband genügt.

 

Die in der Praxis bewiesenen Vorteile der digitalen Technik waren Anlaß für Ampex und Sony, ein zweites digitales Videosystem zu entwickeln, ebenfalls mit der Möglichkeit einwandfreier Kopienherstellung bis in die zwanzigste Generation. Dieses ist in der Lage, FBAS-Pal oder FBAS-NTSC-Signale, die bisher beispielsweise in C-Format-Anlagen analog aufgezeichnet wurden, digital auf Magnetband zu speichern: Das PAL D2-Composite Format bzw. NTSC D2-Composite Format.

 

Einige Merkmale des D2 Formates: Bandgeschwindigkeit 13,17 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/Band 30,4 m/s; Videospur-Breite 35,2 µm; kürzeste Wellenlänge 0,79 µm; Datenrate 152 Mbit/ s; Aufzeichnungsdichte 74,76 kbit/mmz. Metallpartikelband erforderlich.

 

Zwei Beispiele für gegenwärtig angebotene digitale Video-Recorder:

 

1. Sony DVR-/DVPC-1000 Recorder für D1 Format; ortsfest;

 

Einige Merkmale:

 

Laufdauer 94 min; digitale Ein- und Ausgänge zur Verwendung in Verbindung mit digitalen Komponenten Videoanlagen; Zusatzgeräte für den Einsatz in FBAS-Anlagen; umschaltbar für 625 Zeilen/50 Hz - 525 Zeilen/ 60 Hz; während der Wiedergabe automatische Nachführung der Magnetköpfe zur optimalen Abtastung; zahlreiche eingebaute Zusätze für Bildbearbeitungen.

 

2. BTS DCR l8P Recorder für D2 Format; ortsfest;

 

Einige Merkmale:

 

Laufdauer 208 min; analoge Ein- und Ausgänge zur Verwendung in Verbindung mit analogen PAL-Anlagen; Zusätze für den Einsatz in digitalen Komponentenanlagen; Wiedergabe der zur Aufzeichnung vorgesehenen Video- und Audiosignale vor Aufzeichnung möglich; Umspulgeschwindigkeit max. 100fache Normalgeschwindigkeit; während der Wiedergabe automatische Nachfuhrung der Magnetköpfe zur optimalen Abtastung; zahlreiche eingebaute Zusätze für Bildbearbeitungen.

 

Auch für die angekündigten HDTV-Fernsehverfahren wird in den einschlägigen Firmen an der Entwicklung geeigneter digitaler Video-Recorder gearbeitet. Beispielsweise hat Sony bereits im Jahre 1989 eine Anlage vorgeführt, eingerichtet für den japanischen Hi-Vision Standard mit 1125 Zeilen/ 60 Hz, Teilbildabtastung.

 

Einige Merkmale dieses Laborgerätes:

 

Bandbreite 12,65 mm; Bandgeschwindigkeit 80,5 cm/s; Relativgeschwindigkeit Kopf/ Band 51,5 m/ s; Videospur-Breite 27 µm; kürzeste aufgezeichnete Wellenlänge 0,69 µm; Datenrate 1,188 Gbit/s; Aufzeichnungsdichte 77,7 kbit/mmz. Metallpigmentband erforderlich.

 

Im Rahmen des Eureka 95 Projektes arbeitet die europäische Industrie ebenfalls an digitalen Videofrequenz-Magnetbandgeräten. Diese werden 1250 Zeilen/50 Hz mit Vollbilddarstellung verwirklichen.

 

1.5 Speicher- und Trägermaterialien magnetischer Informationsträger

 

Von Anbeginn der magnetischen Speichertechnik bis Mitte der dreißiger Jahre war homogener Stahl in Form von Draht, seltener Band, das einzig angewandte Speichermaterial. Weil der Speicher zugleich Träger ist, nämlich Metall, ist ein betriebsmäßiges Schneiden zur Bearbeitung der aufgezeichneten Tonkonserve nicht möglich. Draht hat außerdem einen funktionellen Nachteil gegenüber heute üblichen Informationsträgern: Er tordiert während des Laufes, so daß die für optimale Magnetisierung und Abtastung erforderliche definierte Zuordnung zwischen Draht und Magnetköpfen unmöglich ist. Rückblickend war es demnach einer der markanten Schritte im Entwicklungsverlauf der magnetischen Speichertechnologie, als Ende der zwanziger Jahre Fritz Pfleumer nicht nur das Magnetband in seiner heutigen Form erfand, sondern sich auch erfolgreich um dessen Herstellung und Markteinführung bemühte. So ist in seinem 1928 erteilten DRP 500 900 „Lautschriftträger“ beschrieben, daß „das . . . Pulver mit permanentmagnetischen Eigenschaften _ _ . auf die Gesamtoberfläche der Unterlage in gleichmäßiger Schichtstärke und Dicke aufgetragen ist“. Nach diesem Rezept entstanden seitdem nicht mehr erfaßbare Mengen von Informationsträgem. Es mindert die Bedeutung der Pf1eumer'schen Arbeiten nicht, daß im Jahre 1936 sein Patent nichtig geklagt wurde, weil der Amerikaner O’Neill kurz vor ihm ein entsprechendes Schutzrecht in den USA erhalten hatte. O’Neills Idee blieb eine Schreibtischerfindung. Als Speichermaterial verwendete Pfleumer zunächst pulverförmigen gehärteten Stahl, den er in Form einer Suspension auf Papierband fixierte. Die 1932 bei der IG Farben, Werk Ludwigshafen, der jetzigen BASF, begonnenen und bis heute in zahlreichen Unternehmen weltweit betriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erbrachten Fortschritte sowohl der magnetischen als auch der mechanischen Informationsträger-Eigenschaften: Verbesserungen von Remanenz, Koerzitiv-Feldstärke, Partikelabmessungen, Fixierung der Speichermaterialien während der Herstellung in einer Vorzugsrichtung und bei den Trägermaterialien Verbesserungen von Festigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Planlage sowie Verringerung der Dicke, um nur einige der wesentlichen Parameter zu nennen.

 

Ausgehend vom Stahlstaub wurden im Laufe der Zeit folgende Speichermaterialien hergestellt:

 

1934 . . 1936 Carbonyl-Eisen; es folgten 1936 . _ 1938 Fe3O4; 1938 bis heute gamma Fe2O3; 1970 bis heute CrO2; 1980 bis heute Metallpigment (reines Fe); 1980 bis heute aufgedampftes Metall (reines Fe); 1972 bis heute kobaltdotiertes gamma Fe2=3; 1991 bis heute kobaltdortiertes CrO2.

 

Dazu kamen zeitweise Zweischichtbänder, beispielsweise mit einer Unterschicht aus gamma Fe2O3 und einer Oberschicht aus CrO2.

 

Als Träger der Speichersubstanzen diente bereits bei dem ersten, 1934 von IG Farben Ludwigshafen gelieferten 50 000 m Magnetband Typ C, Acetylcellusose, eingesetzt bis etwa 196l;es folgten 1943 ._ 1968 Polyvinylchlorid = PVC, seit 1965 bis heute Polyethyleterephtalat, abgekürzt PET.

 

1943 ._ 1955 wurden sogenannte Masse-Bänder hergestellt, bei denen das Speichermaterial gamma Fe2O3 mit PVC zu einer homogenen Masse vermischt, ausgewalzt und in Bandform geschnitten wurde. Wegen der IG-üblichen Bezeichnung „Luvithenn“ für PVC trugen derartige Bänder die Bezeichnung Typ L.

 

Perforiertes Trägermaterial in Form von Magnetfilm sowie solches mit aufgebrachter lichtempfindlicher Emulsion wird dort eingesetzt, wo der Träger entweder formschlüssig transportiert werden muß oder die Perforation zur Ermittlung der ablaufenden Trägerlänge dient.

 

Rohfilmmaterial mit Magnetspuren ist beispielsweise für 16-mm- und 8S-Farbumkehrfilm im Gebrauch. Es gibt auch Filme, die erst nach ihrer Entwicklung bespurt werden, zum Beispiel Magnetton-Bildfilmkopien.

 

1.6 Formen, Formate, Spuren und deren Abstände bei magnetischen Informationsträgern

 

Bei dem ersten je angewandten Tonträger im Poulsen'schen Telegraphon handelte es sich um Stahldraht von 1 mm Ø, dem bald 0,05 mm dickes, 3 mm breites Stahlband folgte. Pfieumer benutzte 1931 für ein Demonstrationslaufwerk 16 mm breites Magnetband mit je einer Spur in beiden Laufrichtungen. In der 1935 mit dem AEG Magnetophon Kl begonnenen Magnetbandära wurde die volle Breite des Bandes von 6,5 mm als eine Spur verwendet. Eine Ausnahme bildeten die zweispurig genutzten, ebenfalls 6,5 mm breiten Bänder im Zusammenhang mit den 1938 bei der AEG angestellten Gegentaktversuchen und ab 1943 für die bei der RRG entwickelten Stereophonieanlage. Als 1945 Amerikaner die deutsche Magnetbandtechnologie kennenlernten, nahmen sie irrtümlich an, die Breite der deutschen Bänder betrüge 1/4" (Zoll) = 6,35 mm. Von Anbeginn lieferten die US Bandhersteller Bänder in dieser Breite. Unter Berücksichtigung der deutschen Nachkriegsverhältnisse wurde bald die Bandbreite 6,5 mm aufgegeben und statt dessen 1/4" festgelegt. Zur Zeit sind u. a. folgende Bandbreiten üblich: l/8”; 1/ 4”; 1/2"; 3/ 4”; l”; 2". Mehrere Spuren, beispielsweise bei analogen Geräten 24 auf 2" Band und bis zu 50 Spuren auf l” bei digitalen Geräten, kommen häufig vor.

 

Perforiertes Magnetband, als Magnetfilm bezeichnet, existiert in Abmessungen und perforiert entsprechend den 16 mm und 35 mm Film-Formaten, zusätzlich als 17,5 mm breiter Splitfilm mit einer Perforationsreihe.

 

In einigen Diktiergeräten wird eine perforierte, beispielsweise 97 mm breite Magnetfolie verwendet und nach Art einer Schreibmaschinenseite zeilenweise besprochen und abgetastet.

 

Die erste Magnetplatte hatte einen Durchmesser von 130 mm und bestand aus homogenem Stahl. Sie wurde in dem 1903 erstmals gezeigten Poulsen’schen Telegraphon-Plattenapparat verwendet. Inzwischen gibt es, vor allem zur Speicherung von Daten in Rechnern, Schreibmaschinen und Still-Videocameras, zahlreiche plattenförmige Informationsträger mit unterschiedlichen Durchmessern von beispielsweise 8”; 5,25"; 3,5" und 2” mit wie bei Bändem getrennten Träger- und Speichermaterialien.

 

Die Speicherschichten sind vielfach auf beiden Plattenseiten aufgebracht und entsprechen weitgehend denjenigen der Bänder. Als Trägermaterial wird bei Festplatten Aluminium und neuerdings Glas, für Floppy Disks Polyesterfolien verwendet. Wegen der im Betrieb notwendigen Relativbewegung der Kopfposition gegenüber der Plattenoberfläche sind in den Laufwerken besondere Mechanismen zur Führung der Magnetköpfe, vorzugsweise radial über die Bandoberfläche, vorhanden. Dies ist bei Magnetplatten mit spiralförmigen Rillen, in einigen Diktiergeräten angewandt, nicht nötig. Hier gleitet der mit einer Spitze versehene Magnetkopf in der Rille, ähnlich dem Tonabnehmer auf einer konventionellen Schallplatte.

 

Man war von Anfang an bemüht, die zur Speicherung eines Ereignisses erforderliche Speicherfläche in ihren Abmessungen so gering wie möglich zu halten. Die spezifische Speicherfläche, gekennzeichnet durch ihre Länge in Aufzeichnungsrichtung sowie Breite quer dazu, hängt für die kürzeste aufzuzeichnende Wellenlänge im wesentlichen ab von der Koerzitivfeldstärke des Speichermaterials, den Magnetkopfdaten sowie der aus Gründen der Dynamik erforderlichen Abtastspannung. Diese wiederum ist neben anderen Parametern proportional der abgetasteten Spurbreite.

 

Um den Bedarf an Fläche zur magnetischen Speicherung einer Nachricht zu verringern, wurde bis heute ständig an Verbesserungen der Speichermaterial-Eigenschaften, der Magnetköpfe sowie der Laufwerkmechanik gearbeitet.

 

Die Ergebnisse am Beispiel der jeweils kürzesten möglichen Wellenlänge und einer Dynamik von 60 dB, können sich, wie nachfolgende Beispiele zeigen, sehen lassen.

 

1941:  Kürzeste Wellenlänge 1 = 100 µm; abgetastete Spurbreite b = 6500 µm; Fläche F = 650 000 µmz;

 

Apparatur: Auf HF-Vormagnetisienıng umgebautes Magnetophon K4; Band: Typ C mit gamma Fe2O3;

 

um aus den gespeicherten Wellenlängen die obere Grenzfrequenz von 10 000 Hz zu erzeugen, ist eine Band-Laufgeschwindigkeit von 100 cm/s erforderlich.

 

1991:  Kürzeste Wellenlänge 1 = 2,35 µm; abgetastete Spurbreite b = 600 µm; Fläche F = 1410 µmz;

 

Apparatur: Studer Cassetten Recorder B215 ; Band: BASF CrO2 II; um aus den gespeicherten Wellenlängen die obere Grenzfrequenz von 20 000 Hz zu erzeugen, genügt eine Band-Laufgeschwindigkeit von 4,76 cm/ s.

 

Die erwähnten Verbesserungen kommen auch der digitalen Speicherung zugute.

 

Bei mehrspurigen Aufzeichnungen dürfen die Spuren wegen des magnetischen Übersprechens ohne besondere Maßnahmen nicht beliebig eng nebeneinander liegen: Es ist ein Rasen erforderlich. Auf diesen kann verzichtet werden, wenn die Kopfspaltwinkel benachbarter Spuren voneinander abweichen.

 

Einige Beispiele von Spuraufteilungen und Abständen auf Bändern aus dem Konsumerbereich:

 

Spurlagen auf einem CC-Band Abb. 1

 

Spurlagen auf einem VHS-Band Abb. 2

 

Spurlagen auf einem DCC-Band Abb. 3

 

Magnetische Informationsträger werden in verschiedenen Konfektionierungen geliefert:

 

Bänder u. a. auf Kernen, auf Spulen, in Magazinen, die auch als Einloch-Kassetten bezeichnet werden, und in Kassetten; Platten u. a. in Taschen, Kassetten und Jackets.

 

Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3

 

1.7 Tendenzen ım Wettbewerb: Verfahren und Zukunftsaussichten

 

Als Magnetspeicher auf dem Gebiet der Unterhaltungs-Elektronik hat die Compact Cassette eine überragende Bedeutung. Hier einige Zahlen betreffend weltweite VerKaufe Jahr 1989 1990 I

 

konventionelle Schallplatten 340 Mio 260 Mio

 

Compact Discs 615 Mio 780 Mio

 

Leercassetten 1600 Mio 1600 Mio

 

Besprelte Cassetten 1000 Mio 970 Mio

 

Wıe man sieht sind die Verkäufe von Schallplatten und bespielten Cassetten zu Gunsten der CD s zurückgegangen. Offenbar ist neben anderen Merkmalen die auf digitaler Speicherung beruhende optimale Wiedergabequalität der CD”s ein Grund für dieses Phanomen Im Gegensatz zu ursprünglichen Erwartungen verläuft die Einfuhrung der DAT Recorder eher zögernd, vermutlich auch deshalb, weil bei diesem Format bespıelte Kassetten wegen des im Vergleich zu bespielten CD's höheren Herstellaufwandes und damit Preises kaum im Handel sind.

 

Hier verspricht das von Philips entwickelte und im Januar 1991 auf der NAB in Las Vegas sowıe auf der IFA_in Berlin im August 1991 vorgestellte DCC (Digital Compact Cassetten) Format eine Anderung der Situation: Die zugehörigen Cassetten können, stung durch feststehende Magnetköpfe erfolgt, in gleicher Weise wie herkömmliche CD s mit gegenüber in Echtzeit wesentlich höherer Geschwindigkeit kopiert werden. Bei DAT Kassetten ist dies nicht möglich.

 

Einige Merkmale des DCC-Formates:

 

Längsspur Aufzeichnung; Bandbreite 3,78 mm; Bandgeschwindigkeit 4,76 cm/ s; Spurbreıte 185 µm Rasenbreite 5 µm; 8 Spuren für Ton- und 1 Spur für Hilfs-Code-Zwecke; kürzeste Wellenlänge = 2 Bit = 0,99 µm; Datenrate 768 kbit/s; Aufzeichnungsdichte ca. 11 kbrt/mmz Band in Cassette ähnlich Compact Cassette, jedoch außerhalb des Recorders nahezu hermetisch geschlossen, so daß die bisher übliche Box bei vielen Anwendungen uberflüssig ist; 2 Kanäle für Stereobetrieb; Laufdauer 2 X 60 min.

 

Die gegenüber DAT verringerte Datenrate, eine Voraussetzung zur Anwendung des Längsspurverfahrens bei der angegebenen Band-Transportgeschwindigkeit, basiert auf dem PASC (Precision Adaptive Sub-band Coding) Verfahren, nach dem nicht sämtliche Tonfrequenzanteile gespeichert werden, sondern nur diejenigen oberhalb der vom Gesamtspektrum abhängigen Hörschwelle.

 

Als Speıchermaterial genügt das bei DAT nicht verwendbare Chromdioxid. In den angekündigten Recordern können sowohl CC als auch DCC abgespielt werden - eine reizvolle Vergleichsmöglichkeit analoger und digitaler Tonfrequenztechniken.

 

Insgesamt gesehen ist, unabhängig von der Chip-Konkurrenz, mit einer ständigen Zunahme magnetischer Speicherung zu rechnen. Das betrifft beispielsweise den Videorecordermarkt. Der Bedarf an Geräten sowie Kassetten wächst sprunghaft. Camcorder verdrängen in zunehmendem Maße die Amateur-Schmalfilmkameras. Damit verschwindet allmählich ein Anwendungsbereich der Photochemie zu Gunsten der magnetischen Speicherung. Einige Zahlen aus der Bundesrepublik:

 

Jahr 1984 1990

 

Video-Leerkassetten in Mio. Stückzahl 36 101

 

Videoprogramme in Mio. Kassetten 2,1 9,8*

 

Videorecorder 1,49 3,3

 

Camcorder in Mio. Stückzahlen 0,02 0,79

 

* Geschätzte Zahlen, Absatz an Handel, Verschiebung von Miet- zu Kaufkassette besonders 1990; hier ohne ca. 5 Mio. Kassetten im Niedrigstpreissegment.

 

Über die künftige Bedeutung magneto-optischer Verfahren und darauf basierender bespiel- und löschbarer CD”s kann zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nichts gesagt werden.

 

In zunehmendem Maße kommen datenspeichernde Anlagen und Geräte auf den Markt, welche keine bewegten Teile und keine bewegten Informationsträger enthalten. Die Speicherung geschieht unter Verwendung hochintegrierter Schaltungen rein elektronisch in digitaler Form. Den Signalen entsprechende Zahlen werden für die Dauer der Speicherzeit als Kondensatorladungen festgehalten. Im Gegensatz zu Geräten mit magnetischen Informationsträgern sind in der Regel die Speicher-ICs gerätefest. Sie benötigen zur Aufrechterhaltung der Speicherung eine ständig anliegende Gleichspannung, was insgesamt ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt.

 

Zwei Beispiele elektronischer Datenspeicherung in Konsumergeräten.

 

1. CODE-A-PHONE Telefon-Anrufbeantworter Modell 2760

 

(Speicherung tonfrequenter Signale)

 

Während zur Aufzeichnung des Telefonanrufes ein Recorder mit Mikrokassette dient, wird die Hauptansage bis zu 28 s und die Schlußansage bis zu 4 s elektronisch gespeichert.

 

2. Fuji Still Video Camera DS-X

 

(Speicherung videofrequenter Signale)

 

Seit einigen Jahren gibt es Still Video Kameras verschiedener Hersteller, von denen als Beispiel unter 1.3 auf S. 15 ein Canon Gerät erwähnt ist. Bisher speichern in sämtlichen Modellen Magnetplatten die Bilder. Die erstmals 1990 in den USA gezeigte Fuji-Camera DS-X enthält statt dessen einen IC-Festkörperspeicher mit einer Speicherkapazität von l8 Mbit, geeignet zur Speicherung von 6 farbigen Fotoaufnahmen in „hoher Qualität“.

 

Mit weiterer Verbilligung zunächst der 16 Mbit, später Verfügbarkeit der 64 und 256 Mbit speichernden IC werden elektronische Speicheranwendungen zunehmen. Wegen Wegfall der Laufwerkmechanik zeichnen sich derartige Geräte durch geringen Leistungs- und Raumbedarf sowie das Fehlen von Komponenten aus, welche der Abnutzung unterliegen. Damit werden der Signalspeicherung weitere Anwendungsgebiete erschlossen.

 

2. Grundlagen und Begriffe

 

2.1 Nachrichtentechnik

 

Seit Urzeiten ist es ein menschliches Anliegen, Informationen zu sammeln, weiterzuleiten, zu vervielfältigen und zu verarbeiten. Laut Duden kann Information Nachricht, Auskunft, Belehrung, Aufklärung bedeuten.

 

Nachricht ist, wie in DIN 40 146 „Begriffe der Nachrichten-Technik“ beschrieben, ein Wort der Umgangssprache, das viele und vielartige Bedeutung hat. Der gedankliche Inhalt einer Nachricht kann durch diverse, vorzugsweise physikalische, Zustände und Ereignisse repräsentiert werden, wie elektrische, magnetische, mechanische oder optische Vorgänge, weiterhin auch in Form von geschriebenen, gedruckten oder geprägten Buchstaben, Wörtem und Sätzen sowie in Steh- und Laufbildern vorliegen.

 

Die Darstellung einer Nachricht insgesamt oder eines Teiles davon durch physikalische Größen z. B. durchelektrische Spannungen und Ströme, magnetische Feldstärken, insbesondere deren Anderungen, bezeichnet man als Signal.

 

Vielfach handelt es sich bei solchen Vorgängen um verschiedenartige Schwingungen, beispielsweise Schall. Dieser besteht seiner physikalischen Natur nach aus mechanischen Schwingungen elastischer Medien. Die Lehre vom Schall, von den Tönen, der Schalltechnik, heißt Akustik.

 

Daten sind in besonderer Weise normierte Nachrichten.

 

Die zur Nachrichtenübertragung verwendeten Signale ändern sich zeitabhängig gemäß einer Zeitfunktion. Wenn sich, wie dies beispielsweise bei den Luftdruckschwankungen im Verlaufe eines Gespräches der Fall ist, die Zeitfunktion des entsprechenden Signales wert- und zeitkontinuierlich ändert, spricht man von einem analogen Signal. Das Prinzip eines wert- und zeitkontinuierlichen Signals zeigt Abb. 4.

 

Abb. 4

 

Von den drei anderen möglichen Arten der Zeitfunktionen, nämlich wertkontinuierlich und zeitdiskret; wertdiskret und zeitkontinuierlich sowie schließlich wert- und zeitdiskret hat die letzte Sorte eine besondere Bedeutung. Bei diesen digitalen Signalen bestehen die eine Nachricht enthaltenden Signalparameter in der Regel, wie in Abb. 5 dargestellt, aus Proben, die dann als Daten in F onn zeitlich aufeinander folgender Zahlenreihen vorliegen.

 

Abb. 5

 

Daneben gibt es zahlreiche andere Formen wert- und zeitdiskreter Nachrichten, beispielsweise eine Reihe aufeinanderfolgender Phasenbilder, angewandt in der Kinematographie.

 

Eine Ortsfunktion entsteht bei Speicherung von Nachrichten auf einem relativ zum Aufzeichnungsorgan bewegten Informationsträger. Die Abtastung der gespeicherten Information ergibt wieder die ursprüngliche Zeitfunktion. Die Schallplattenrille, mit ihren dem wert- und zeitkontinuierlichen Signal entsprechenden Auslenkungen, ist das Beispiel einer Ortsfunktion.

 

Eine Nachricht wird von einer Quelle zu einer Senke übertragen, dabei häufig verstärkt, aufbereitet, durch ein Aufzeichnungsgerät einem Speicher oder Informationsträger zugeführt, aus diesem zeitunabhängig und vielfach auch unabhängig vom Aufzeichnungsort durch ein Wiedergabegerät abgerufen sowie gelegentlich in einer Kopieranlage vervielfältigt.

 

Im Zuge einer Nachrichtenübertragung kommt es häufig vor, daß erstens der physikalische Zustand, welcher eine Nachricht repräsentiert, bei Erhalt des Nachrichteninhaltes durch einen Wandler in einen anderen physikalischen Zustand gebracht werden muß. Weiterhin sind zweitens oft Wandlungen von Zeit- in Ortsfunktionen und umgekehrt sowie drittens wert- und zeitkontinuierliche in wert- und zeitdiskrete Funktionen und umgekehrt erforderlich, das heißt Wandlungen analoger in digitale Nachrichten/Signale und umgekehrt.

 

Für diese Aufgaben existieren jeweils Kategorien von Wandlem. Jeder Wandler fungiert dabei für die eingehende Nachricht/ das eingehende Signal als Senke, für die abgehende Nachricht/ das abgehende Signal als Quelle.

 

Die erste Kategorie verbindet in beliebiger Kombination akustische, elektrische, magneti

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