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Zur Belebung der Vorführung von Werbedias ist ein neuartiger Werbeprojektor DIAMATIC von einem Schweizer Ingenieur entwickelt worden, der ab Januar 1958 von der Deutschen Filmtheater-Werbung G.m.b.H., München, vertrieben wird.

Das Gerät arbeitet vollkommen automatisch und gewährleistet dadurch eine genaue Einhaltung der vereinbarten Dia-Standzeit. Es hat darüber hinaus den weiteren Vorteil, daß die Dias nach dem Blink-Trick-Verfahren beweglich vorgeführt werden können und dadurch die Werbewirkung erhöhen.

Der DIAMATIC-Werbeprojektor, der unten schematisch dargestellt ist, besteht aus einer drehbaren Scheibe, die von einem Motor über Schützsteuerung angetrieben wird, auf der je nach Bedarf 12 oder 24 Diapositive eingespannt sind. Für die Blink-Trick-Vorführung werden zwei Diasitive (A und B) benutzt.

Zunächst erscheint das Diapositiv A auf der Bildwand, das einen Teil des Gesamtbildes oder Textes, bzw. eine Kombination beider, enthält. Nach etwa 1 Sekunde Standzeit wird das zweite Dia B eingeblendet und erzeugt mit der im Gerät enthaltenen Blink-Vorrichtung die Bewegung und den Trickvorgang. Diese Einblendung erfolgt während der gesamten Standzeit zweimal, so daß gewünschte Schlagtexte oder ergänzende Bildteile wirksam eingeprägt werden können. Der einzublendende Text wird bei diesen „Blink -Trick-Diapositiven" in der normalen Schreibrichtung von links nach rechts in das stehende Bild eingezogen.

Es können auch farbige Effekte hervorgerufen werden. Das Gerät kann entweder im Vorführraum oder auch im Zuschauerraum (mit Fernsteuerung) aufgestellt werden. Die Einschaltung erfolgt über einen Startknopf bzw. über ein Schaltschütz. Von da an arbeitet das Gerät vollkommen automatisch. Die Standzeit kann zwischen 8 und 20 Sekunden eingestellt werden. Als Lichtquelle dienen je nach Bildgröße und Projektionsentfernung (5 bis 50m) entweder zwei in Serie geschaltete 110V- Projektionslampen von 1.000 oder 1.500 Watt oder Xenonlampen. Die Projektionsfenster und die Optik können für Normal- oder Breitwand-Vorführung, letztere mit dem Seitenverhältnis 1:1,85, eingerichtet werden. Ein besonderer Vorteil des Gerätes besteht darin, daß der Vorführer nicht mehr mit der Dia-Vorführung belastet ist und sich während dieser Zeit anderen Aufgaben widmen kann.

Bei allen Vorzügen haben Bogenlampen einen großen Nachteil: Die Kohlestifte brennen während des Gebrauchs ab und werden kürzer.

Die Folgen sind

• 1. längere Lichtbögen und damit Instabilität
• 2. geringere Stromstärken
• 3. Vergrößerung der Schnittweite (Abstand des Positivkraters vom Spiegel).

Alles dies führt dazu, daß das Licht in seiner Qualität und Quantität einbüßt. Daher müssen die Kohlen dem Abbrand entsprechend nachgeschoben werden, wobei nicht nur darauf zu achten ist, daß die Bogenlänge stimmt, sondern auch auf die richtige Lage des Positivkraters.

Während bei den niedrigen Abbrand- Geschwindigkeiten, wie sie etwa bei Reinkohlen vorliegen, das Nachschieben von Hand noch möglich wäre, ist bei Beckbetrieb eine selbsttätige Nachschubanordnung unbedingt erforderlich. Dies beweisen am besten die Zahlen für die in der Praxis vorkommenden Abbrandgeschwindigkeiten.

Bei Reinkohlebetrieb brennen die Kohlen mit etwa 1mm pro Minute ab; bei Beckbetrieb mit normaler Belastung hat die Positivkohle 4mm/min und die Negativkohle 1,5mm/min Abbrand.

Bei starker Belastung der Beckkohlen, wie sie erforderlich sind, um höchste Leistungen und Leuchtdichten zu erzielen, erhält man Abbrandgeschwindigkeiten von fast 10mm/min für die positive und 1,5 mm/min. für die negative Kohle.

Würde man bei diesen zuletzt angegebenen Werten von 10 mm/min die Kohlen nur drei Sekunden nicht nachschieben, so wandert der positive Krater bereits um 0,5mm vom Spiegel weg. Dies
ist im allgemeinen das höchstzulässige Maß der Schnittweitenveränderung, das nicht überschritten werden darf, um Verfärbungen und Abnahme des Lichtes zu vermeiden.

Nun hat ja der Vorführer nicht nur die Lampe zu bedienen, sondern während der Vorstellung noch einige andere Arbeiten durchzuführen. Besonders aber steht ihm dann keine Zeit mehr für die Beobachtung bzw. Regulierung der Bogenlampe zur Verfügung, wenn die Überblendung naht. Diese nimmt ihn voll in Anspruch.

Wenn man vielleicht auch auf die Forderung verzichten kann, daß der Krater während der ganzen Dauer des Aktes sich an der vorgeschriebenen Stelle befindet, so muß man doch unbedingt verlangen, daß der automatische Nachschub die Kohlen eine angemessene Zeit (d. h. wenigstens fünf Minuten) in dieser Lage hält.
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Abb. 1 zeigt die Abhängigkeit der Bogenspannung von der Bogenlänge (bei konstantem Strom). Wenn auch diese Abhängigkeit nicht durch eindeutige Zahlenwerte gegeben ist, sondern vielmehr durch verschiedene Betriebsbedingungen (Charakteristik und Spannung der Stromquelle, Größe des Vorwiderstandes, Eigenschaften der Kohlen) beeinflußt wird, so läßt sich doch wenigstens für jede Kohlenart ein bestimmter Bereich feststellen und daraus wieder eine mittlere Abhängigkeit der Bogenspannung von der Bogenlänge.

Im Bereich der normalen Betriebsbedingungen ergibt 1mm Änderung der Bogenlänge eine Spannungsänderung von ca. 0,4 Volt bei Reinkohle bzw. 1,8 Volt bei Beckbetrieb. Diese Spannungsdifferenzen sind sehr geringfügig, die an den automatischen Kohlennachschub zu stellenden Anforderungen auf Ansprechempfindlichkeit also recht hoch.

Der für die Praxis in Frage kommende Fall ist jedoch der, daß im Gegensatz zu vorigem Beispiel nicht der Strom konstant gehalten wird, sondern daß die Kohlen abbrennen, ohne daß am Gleichrichter oder Vorwiderstand nachgeregelt wird.

Diese Verhältnisse sind in Abb. 2 dargestellt. Mit zunehmender Bogenlänge steigt die Bogenspannung und der Strom nimmt ab. Die Steilheit dieser Kurven ist von den örtlichen Verhältnissen abhängig (z. B. Höhe der Gleichspannung, Größe des Vorwiderstandes usw.).

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Abb. 1. Bogenspannung in Abhängigkeit von von der Bogenlänge bei konstantem Strom
Abb. 2. Strom und Spannung eines Lichtbogens in Abhängigkeit von der Bogenlänge bei konstantem Widerstand
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Um den Abbrand der Kohlestifte auszugleichen, verwendet man Kohlenachschubeinrichtungen, von denen es die verschiedensten Ausführungen gibt. Am häufigsten werden hierbei zum Antrieb Elektromotoren verwendet.

Man unterscheidet zwei Arten: den kontinuierlich und den intermittierend arbeitenden Kohlenachschub.

Bei diesem läuft der Motor bzw. das Nachschubgetriebe dauernd, nur die Geschwindigkeit ändert sich. Bei diesen kontinuierlich arbeitenden Nachschüben pflegt man nicht mit einer starren Drehzahl des Motors zu arbeiten. Theoretisch wäre dies wohl möglich, wenn man die genaue Abbrandgeschwindigkeit der Kohlen kennt.

Jedoch pflegen die Kohlen infolge von Inhomogenitäten, Stromschwankungen und dergl. nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit abzubrennen, so daß ein solcher kontinuierlicher Nachschub mit konstanter Drehzahl keineswegs eine Entlastung für den Vorführer bringt.

Vielmehr soll die Drehzahl abhängig sein von den Verhältnissen am Lichtbogen selbst. Ist die Bogenlänge zu groß, so soll der Motor schneller als normal laufen, ist der Bogen zu klein, so ist eine entsprechende Drehzahlminderung erwünscht.

Da bekanntlich mit größer werdendem Bogen der Strom ab- und die Spannung zunimmt (Abb. 2) kann man diese Eigenschaft benutzen, um die Drehzahl des Motors zu steuern. Zunahme der Stromstärken von Anker und Feld eines Motors hat bekanntlich entgegengesetzte Wirkungen zur Folge.

Während durch die Erhöhung der Ankerstromstärke auch die Drehzahl größer wird, verursacht ein größerer Feldstrom eine Abnahme der Drehzahl. Wenn auch die Wirkung des Feldes nicht so stark ist wie die des Ankers, so stört doch dieses entgegengesetzte Verhalten. Man nimmt daher gern Nebenschlußmotoren und legt das Feld an eine konstante Spannung (z. B. Umformerspannung) und den Anker an die Bogenspannung.

In diesem Falle (Abb. 3) reagiert der Motor besonders stark auf Änderungen der Bogenspannung. Wird der Bogen länger, d. h. die Spannung größer, so läuft der Motor sehr schnell, so daß die Kohlen bald die normale Stellung erreicht haben.

Ist die Bogenlänge zu kurz, so läuft wegen der damit verbundenen niedrigen Bogenspannung der Motor sehr langsam, so daß die Kohlen fast nicht nachgeschoben werden. Hinzu kommt noch, daß bei kurzen Bogen der Bogenstrom größer als normal ist und daher die Kohlen auch schneller abbrennen, so daß bald der Normalzustand erreicht ist.

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Abb. 3. Schaltbild für den Anschluß des Nachschubmotors parallel zum Lichtbogen. Das Feld liegt an der Gleichspannung, die vom Umformer oder Gleichrichter kommt. (Zeichnungen: Zeiss Ikon)
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Abb. 4 zeigt die Charakteristik eines solchen Nebenschlußmotors. Bei konstantem Drehmoment (konst. Last) ist die Drehzahl bei Änderung der Spannung gemessen worden. Die Kurve Uges gibt die Drehzahl bei Änderung der Klemmenspannung des Motors (Feld- und Ankerspannung werden also gleichzeitig geändert, da diese parallel liegen).

Die Kurve UA zeigt die Drehzahl, wenn nur die Ankerspannung geändert wird, während die Feldspannung konstant bleibt; die Kurve UF zeigt die Drehzahl bei veränderlicher Feldspannung und konstanter Ankerspannung.

Während im zweiten Falle bei konstanter Feldspannung der Motor am empfindlichsten ist, etwa 92 Umdrehungen pro Volt Änderung der Ankerspannung, reagiert er im ersteren Falle Uges also bei reinem Nebenschlußbetrieb, weniger, und zwar nur 46 Umdrehungen pro Volt, weil hier das Feld entgegen arbeitet.

Die Empfindlichkeit im dritten Falle, also bei konstanter Ankerspannung ist sogar negativ, d. h. mit Zunahme der Feldspannung nimmt die Drehzahl ab. Die Empfindlichkeit beträgt hier 44 Umdrehungen (negativ) pro Volt. Bei den modernen Gleichrichtern mit induktiver Regelung (d. h. ohne Vorwiderstand) läßt sich eine getrennte Feldspannung nicht abnehmen, so daß in diesen Fällen bei dem Nachschubmotor Anker und Feld parallel geschaltet sein muß.

Wenn nach dem eben Geschilderten die Spannungsempfindlichkeit des Nachschubmotors möglichst groß sein soll, so ist erwünscht, daß der Motor unempfindlich gegen Drehmomentänderungen ist. Würde nämlich das Getriebe der Bogenlampe verschieden schwer gehen, z. B. unter dem Einfluß der Wärme und dergleichen, so hätte das jeweils eine Drehzahländerung des Motors und damit eine unerwünschte Veränderung der Bogenlänge zur Folge.

Abb. 4. Drehzahl des Nachschubmotors in Abhängigkeit von Anker-, Feld- und Klemmenspannung
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Im Gegensatz zu dem dauernd laufenden Motor gibt es Getriebe, in denen der Nachschubmotor periodisch ein- und ausgeschaltet wird.

Man hat hierbei den Vorteil, daß der Motor mit hoher Drehzahl bis zum Erreichen der vorgeschriebenen Bogenspannung läuft, wodurch Ungleichheiten im Drehmoment, d. h. der Belastung, sich nicht auswirken. Der Motor wird bei diesen intermittierend arbeitenden Nachschüben durch ein Relais geschaltet, welches von der Bogenspannung abhängig ist.

Bei hoher Bogenspannung, d. h. bei großem Bogen, zieht das Relais an und schaltet den Motor ein, um nach Erreichen einer gewünschten niedrigeren Bogenspannung wieder abzufallen und den Motor auszuschalten (Abb. 5).

Abb. 5. Anordnung für intermittierende Steuerung des Nachschubmotors durch ein Relais

Damit der Nachschubmotor nicht schon vor dem Zünden durch das Anlegen der meist hohen Gleichspannung mit unzulässig hohen Drehzahlen läuft, kann das Relais einen zweiten Anker 2 erhalten, der nur bei hoher Gleichspannung (z. B. 80 Volt) anspricht und dabei den Motorstromkreis unterbricht.

Nach dem Zünden fällt dieser Anker, da die Bogenspannung geringer ist (z. B. 45 Volt) ab und der eigentliche Arbeitsanker 1 tritt nun in Tätigkeit und schaltet den Nachschubmotor entsprechend den eingestellten Betriebsbedingungen aus und ein.

Während hierbei an den Motor keine besonderen Bedingungen zu stellen sind, muß das Relais sehr empfindlich auf die Spannungsänderungen des Lichtbogens reagieren, um Lichtschwankungen zu vermeiden. Dies ist nicht leicht, denn wie bereits erwähnt, soll sich der Krater nicht weiter als 0,5mm von seiner ursprünglichen und vorgeschriebenen Lage bewegen.

Eine weit bessere Arbeitsweise erhält man, wenn das Relais nicht parallel zum Lichtbogen gelegt wird, sondern sich in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung befindet (Abb. 6). In diesem Falle hat das Relais nicht die gesamte Bogenspannung aufzunehmen, sondern ist nur für den Betrag ausgelegt, der der Bogenspannungsänderung entspricht, also knapp ein Volt.

Die Brücke wird so eingestellt, daß bei normalem Bogen keine Spannung an den Punkten X und Y ist, d. h. kein Strom durch das Relais fließt. Erst bei länger werdendem Lichtbogen wird das Gleichgewicht der Brücke gestört, so daß an X und Y eine Spannung und damit im Relais ein Strom auftritt.

Das Relais wird also nicht mit der vollen Bogenspannung, sondern nur mit der Spannungsänderung belastet und spricht viel exakter auf diese Änderungen an, gegenüber einer einfachen Parallelschaltung des Relais zum Lichtbogen, wobei die Spannungsänderungen des Lichtbogens nur ca. 2% der normalen Bogenspannung betragen.
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Wenngleich es von den eben beschriebenen zwei Nachschubarten noch eine Anzahl von Varianten gibt, so - muß man dabei doch bedenken, daß hierbei das Kriterium immer die Bogenspannung ist. Es kann also passieren, daß bei richtiger Spannung und damit auch richtiger Stromstärke und Bogenlänge die Schnittweite, d. h. Abstand des Kraters vom Spiegel, nicht stimmt.

Da aber die Veränderung der Schnittweite nicht plötzlich auftritt, sondern nur ganz allmählich sich einstellt, ist dieser Nachteil nicht allzu störend, da der Vorführer doch gelegentlich den Krater oder die Kraterbildung beobachtet und evtl. erforderliche Korrekturen vornehmen kann.

Will man aber in besonderen Fällen den Krater dauernd ohne die geringste Abweichung an der vorgeschriebenen Stelle halten, so ist dies z. B. mit einer fotoelektrischen Steuerung möglich. In diesem Fall wird der Krater auf einem licht- oder wärmeempfindlichen Element abgebildet. Wenn der Krater wegwandert, ändert sich die Belichtung des Elementes und damit der Fotostrom. Diese Änderung des Fotostroms dient zur Steuerung eines Nachschubgetriebes. - Dipl.-Ing. H. Tümmel, Kiel

Abb. 6. Bei dieser Schaltanordnung liegt das Relais in einer Brückenschaltung (Zeichnungen: Zeiss Ikon)

Es ist bekannt, daß jede Lichtquelle außer dem sichtbaren Licht auch Wärme erzeugt. Diese Wärmerzeugung macht sich bei der Filmprojektion besonders unangenehm bemerkbar, da diese durch den Projektionsspiegel gebündelte Wärmestrahlung den Film und die filmführenden Teile des Projektors in der Umgebung des Bildfensters stark erwärmt und dadurch eine Gefahrenquelle bildet.

Hinzu kommt, daß von der für die Lichtquelle aufgewendeten elektrischen Energie - sei es nun Bogenlicht oder Xenonlicht - nur etwa 1% nutzbares Licht ist.

Die Bestrebungen der Techniker und Konstrukteure solcher Projektionseinrichtungen waren daher seit jeher darauf abgestellt, diese unerwünschte Wärmestrahlung vom Film und den filmführenden Teilen abzuhalten oder zumindest durch Kühlmittel zu beherrschen und andererseits den lichttechnischen Wirkungsgrad der Projektionseinrichtungen zu verbessern.

Für die Kühlung des Films und des Projektors werden bekanntlich seit langem Kühlgebläse verwendet; bei höheren Stromstärken zusätzlich noch Wasserkühlung. Diese Kühlmittel tragen selbstverständlich dazu bei, die Wirkung der Wärmestrahlung herabzusetzen, sofern sich die Betriebsstromstärke der Lichtquelle in normalen Grenzen hält.

Mit der Einführung der Breitbildtechnik mußten jedoch diese Grenzen vielfach überschritten werden, wodurch sich die Notwendigkeit ergab, neue Mittel zu ersinnen, die im Stande sind, die schädlichen Wärmestrahlen in ihrer Wirkung abzuschwächen.

Solche Mittel wurden gefunden in Form von Wärmeschutzfiltern, die zwar in ihrer Wirkung weit besser waren, als die früheren Kühleinrichtungen, aber auch nicht als Endlösung betrachtet werden konnten, weil sie mit einem mehr oder weniger hohen Lichtverlust behaftet sind.

Der Hauptzweck dieser Kühlmittel war der, eine Entzündung des Filmmaterials zu verhindern. Obwohl diese Gefahr durch die Einführung des Sicherheitsfilms weitgehend gebannt wurde, zeigten sich infolge der ständigen Steigerung der Lichtleistungen und damit der Stromstärke der Lichtquellen andere unangenehme Erscheinungen, indem der Film unter dem Einfluß dieser stärkeren Erwärmung dazu neigt, sich zu verwölben und auszutrocknen.

Die Folge davon ist, daß der Film nicht mehr plan durch die Filmbahn läuft und dadurch die Bildschärfe beeinträchtigt, die ja bekanntlich bei der Breitbildprojektion und den kurzbrennweitigen Objektiven besonders kritisch ist. Durch das Austrocknen des Filmmaterials wächst andererseits die Gefahr des Einreißens der Kopie.

Nach langwierigen Versuchen ist es nunmehr gelungen, ein neues Bauelement für die Kinotechnik zu entwickeln, das diese Schwierigkeiten weitgehend bannt und als eine ideale Lösung dieses Problems angesehen werden kann.

Es handelt sich hierbei um einen Kino-Projektionsspiegel, der keine rückseitige Verspiegelung aufweist, wie die bisher üblichen Spiegel, sondern eine vorderseitige Beschichtung besitzt, die nach einem von der Firma Gerätebau-Anstalt Balzers (Liechtenstein) entwickelten Verfahren auf das Glas aufgedampft wird.

Diese aus mehreren hauchdünnen Schichten von etwa je 1/1ooo mm Stärke bestehende Beschichtung hat die erstaunliche Wirkung, daß sie aus der von einem Kohlelicht- oder Xenonbogen abgestrahlten Energie nur das sichtbare Licht reflektiert und die übrigen Strahlungsanteile, also vor allem die langwelligen Wärmestrahlen, nach hinten durchläßt.

Der Film und die filmführenden Teile am Bildfenster werden also nur noch vom sichtbaren Licht getroffen, wodurch die Wärmebeanspruchung auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Der nach diesem Verfahren hergestellte BAUER-Kaltlichtspiegel ist ein großer Lampenspiegel, dessen Kaltlichtschichten aus Substanzen bestehen, die eine große mechanische Härte, hohe chemische Beständigkeit und eine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweisen.

In seiner Ausführung unterscheidet sich dieser Kaltlichtspiegel von einem bisherigen Glasspiegel mit rückseitiger Verspiegelung dadurch, daß zu seiner Herstellung hitzebeständiges Glas verwendet werden kann, dessen optische Eigenschaften für die Projektion ohne Bedeutung sind, da die sichtbaren Lichtstrahlen ja nicht mehr die Glasschicht zu durchdringen brauchen.

Ein besonderer Vorteil dieser neuartigen Oberflächenbeschichtung ist eine wesentlich höhere Lichtausbeute, die mit diesem Spiegel bei der Kinoprojektion zu erzielen ist.

Angestellte Versuche haben ergeben, daß gegenüber normalen Kinoglasspiegeln ein Lichtgewinn von 15% erreicht wird; gegenüber einem Kino-Metallspiegel sogar ein solcher von 30% und gegenüber einem Kinoglasspiegel mit Wärmeschutz- oder Hitzefilter ein Lichtgewinn von 25%.

Die dabei erreichte Wärmeminderung ist so beträchtlich, daß getrennte Kühlgebläse für den im Lichtspieltheater üblichen Stromstärkenbereich überflüssig werden. Dadurch wird auch die Gefahr der Filmverwölbung gebannt und damit eine gleichbleibende Bildschärfe erreicht.

Zudem wird der Film vor Austrocknung geschützt und die Lebensdauer der Projektorbauteile verlängert. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Kaltlichtspiegels besteht darin, daß er gegenüber dem Kinoglasspiegel weniger spritzempfindlich ist, weil die aufgedampfte Oberflächenschicht widerstandsfähiger und härter als Glas ist und Kupfer- bzw. Kohlespritzer abweist, so daß der Spiegel auf lange Zeit sein hohes Reflektionsver-mögen beibehält.

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Verletzung der Glasoberfläche (A) durch Kohlespritzer bedeutet doppelten Lichtverlust. Beim Oberflächenspiegel bedeutet Schichtverletzung (B) nur einfachen Lichtverlust

Im übrigen ist der BAUER-Kaltlichtspiegel auch weniger einstellempfindlich gegenüber fehlerhaftem Kohlenabbrand durch eine neuartige, auf die BAUER-Spiegellampen abgestimmte Schalenform.

Die guten Erfahrungen, die bei den Versuchen mit den neuen Kaltlichtspiegeln gemacht wurden, haben Kino-Bauer veranlaßt, ab sofort dieses neuartige Bauelement in alle BAUER-Spiegellampen mit mehr als 50A Belastung serienmäßig einzubauen.

Der BAUER-Kaltlichtspiegel kann auch nachträglich in vorhandene Bauer-Spiegellampen eingebaut werden. Der um etwa 25% höhere Beschaffungspreis eines solchen Spiegels wird durch die längere Lebensdauer ausgeglichen.

Die verblüffende Wirkung des BAUER-Kaltlichtspiegels wurde anläßlich einer Vorführung in der „Alhambra", Frankfurt am Main, am 27.9.1957 demonstriert, wobei u.a. bei einer Brennprobe mit einer Lampenstromstärke von 60A gezeigt wurde, daß ein im Bildfenster festgesetztes Filmstück bei Verwendung eines Kinoglasspiegels sofort ausbrannte, während bei Verwendung des BAUER-Kaltlichtspiegels bei der gleichen Stromstärke das Filmstück unversehrt blieb und sich nicht einmal die Bildschärfe veränderte.

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Beim normalen Kinoglasspiegel werden die Licht- und Wärmestrahlen zum Projektor reflektiert. Beim Kaltlichtspiegel wird an der Oberflächenschicht das sichtbare Licht reflektiert, während die Wärmestrahlen nach hinten durchgelassen werden. (Bauer: Bild und Ton)

Die magnetische Tonwiedergabe hat in den Filmtheatern festen Fuß gefaßt und wird vielleicht eines Tages den Lichtton ganz verdrängen. Aber nicht nur dem Lichtton ißt das Magnettonverfahren zum Konkurrenten geworden, auch zur Pausenmusik, zur Durchsage von Werbetexten und dergleichen wird mehr und mehr das Tonband herangezogen.

Neben dem Plattenspieler gehört daher auch ein Tonbandgerät zur Ausstattung des modernen Filmtheaters. Das Tonbandgerät hat gegenüber der Schallplatte den Vorteil, daß der Tonträger Aufnahmen ermöglicht, die geschnitten und geklebt werden können. Eine Abnutzung der Tonbänder beim Abspielen tritt im Gegensatz zur Schallplatte nicht auf. Daneben können die Tonträger gelöscht werden und stehen dann für neue Aufnahmen bereit.

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Prinzip-Anordnung eines Magnettongerätes. (LK = Löschkopf, SK = Sprechkopf, HK = Hörkopf)

Über die Grundlagen des Magnetismus wurde erst vor kurzem an dieser Stelle ausführlich berichtet. Sie sollen deshalb hier nur kurz wiederholt werden, soweit es für das Verständnis der Magnettontechnik erforderlich ist.

Wird ein magnetischer Körper, etwa ein Eisenstab, in eine vom Gleichstrom durchflosisene Spule getaucht, so werden die von der Spule ausgehenden Feldlinien in diesem Eisenstab konzentriert (besser = ausgerichtet). Mit anderen Worten: Der Eisenstab wird magnetisiert.

Je höher die magnetische Leitfähigkeit - die Permeabilität - des Stoffes ist, um so größer wird auch die magnetische Induktion, also der Kraftfluß im Eisen sein. Den Zusammenhang zwischen dem magnetischen Feld und der Induktion erhält man aus den Magnetiisierungskurven bzw. der Hysteresisschleife.

Es ergibt sich hieraus folgendes: Der Arbeitspumkt A auf der Schleife steigt zunächst vom Nullpunkt ausgehend aufwärts und erreicht dann bei einem bestimmten Induktioinswert das Sättigungsgebiet. Wird jetzt der Erregeirstrom geschwächt, so wandert der Punkt oberhalb der jungfräulichen Kurve wieder abwärts.

Nach Abschalten des Eregerstromes geht die Induktion jedoch nicht auf Null zurück, sondern besitzt noch einen beistimmten, endlichen Wert, welcher als Remanenz bezeichnet wird. Die Tatsache, daß ein magnetisierter Stoff auch nach Aufhören der Erregung noch einen remaneinten Magnetismus besitzt, ist für die Magnettontechnik sehr wichtig.

Soll die Remanenz beseitigt werden, so muß durch Umpolen der Erregerspule ein entgegengesetzt gerichtetes Feld eingestellt werden. Die Feldstärke wird dann negativ und der Arbeitspunkt geht auf Null zurück, wenn das negative Feld einen bestimmten Wert erreicht hart. Um die Remanenz zu beseitigen, ist die Koerzitivkraft, d. h. die Rückstellkraft des Probestückes zu überwinden.
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Die Zeichnung zeigt die schematische Darstellung des AufsprechHVorganges (Zeichnungen v. Verfasser)
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Die prinzipielle Wirkungsweise der magnetischen Schallaufzeichnung beruht darauf, daß ein gleichförmig bewegter magnetisierbarer Stoff im Rhythmus der Schallschwingungen aufmagnetiisiert wird.

Die ersten Versuche hierzu wurden im Jahre 1898 von dem Dänen Poulsen gemacht. Er führte einen ca. 1mm starken Stahldraht mit hoher Geschwindigkeit an den Polen eines Elektromagneten vorbei, dessen Erregerwicklung mit niederfrequentem Sprechstrom gespeist wurde.

Auf diese Weise wurde der Draht im Takte des Sprechstromes mehr oder weniger stark aufmagnetisiert. Läßt man nunmehr umgekehrt den Draht mit der gleichen Geschwindigkeit vor dem Elektromagneten ablaufen, so werden in dessen Wicklung Wechselspannungen induziert, die in Amplitude und Frequenz dem vorher hineingeschickten Sprechstrom entsprechen.

Da man aber zu jener Zeit weder Elektronenröhren noch Verstärker kannte, gab es keine Möglichkeit, die schwachen Wechselspannungen weiter zum Betrieb eines Lautsprechers zu verstärken. Auch lag die Wiedergabegüte weit hinter der der Schallplatte, und war auch mit damaligen Mitteln nicht zu verbessern.

Erst mit dem Aufkommen der Verstärkerröhre bekam auch die Entwicklung der magnetischen Schallaufzeichnung neuen Aufschwung. Man erkannte bald, daß die Beschaffenheit des Tonträgers von ausschlaggebender Bedeutung für die Wiedergabequalität ist. So verkleinerte man zunächst immer mehr den Durchmesser des Stahldrahtes - bis herunter zu 0,05mm.

Heute jedoch verwendet man für hochwertige magnetische Schallaufzeichnungen nur noch bandförmige Tonträger. Dieses Band besteht aus einem nichtmagnetisierbaren (Träger-) Material, welches mit einem magnetischen Stoff imprägniert bzw. übergossen ist. Eine weitere, grundlegende Verbesserung des Verfahrens gelang im Jahre 1940 durch Hochfrequenzvormagnetisierung des Tonträgers. Hierdurch wurde die Qualität der Aufnahmen so weit verbessert, daß sie heute allen anderen Verfahren hinsichtlich Dynamik, Frequenzumfang und Geräuschfreiheit weit überlegen sind.

Am Prinzip hat sich dabei nichts geändert. Von einem linken Bandteller kommend, passiert das Band zunächst den Löschkopf. Dahinter liegen der Sprech- oder Aufnahmekopf und der Hör- oder Wiedergabekopf. Ein zweiter Bandteller wickelt das durchgelaufene Tonband wieder auf.

Da die Bandgeschwindigkeit konstant sein muß - im Gegensatz zur Schallplatte, deren Rillengeschwindigkeit sich mit dem Durchmesser ändert - wird das Band durch einen gesehwindigkeitsbestimmenden Antrieb transportiert. Das Band wird hierbei von einer in Laufrichtung hinter den Köpfen liegenden sog. Tonrolle durch Reibung mitgenommen.

Die Tonrolle selbst wird angetrieben durch einen Motor mit hoher Laufkonstanz. Bei großen Studiomaschinen sind außer dem Tonmotor noch für jeden Bandteller getrennte Wickelmotore vorhanden. Diese besorgen außer der Aufwicklung des Bandes auch noch dessen Rückspulung, wobei jeweils der freie Motor als Bremse für den Abwickelteller wirkt. Bei den sog. Heimtongeräten - das sind auch die, die zumeist im Filmtheater eingesetzt werden - wird in der Regel nur mit einem Motor gearbeitet.
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Die Magnetköpfe stellen im Prinzip kleine Elektromagnete dar. Sie bestehen aus ringförmigem oder auch rechteckigem lamellierten Eisenblech mit einer Erreger- bzw. Abnahmespule und einem Luftspalt, an welchem das Band vorbeiläuft. Der Sprechkopf besitzt außerdem am unteren Ende einen zweiten Luftspalt, um eine Gleichstromvormagnetisierung des Kopfes zu vermeiden.

Beim Lösch- und Hörkopf ist dieser Spalt nicht erforderlich. Die Aufgabe des Löschkopfes ist es, auf den Tonträger eine gleichmäßige Vormagnetisierung mit Gleichstrom oder Hochfrequenz zu erzeugen. Außerdem kann mit Hilfe des Löschkopfes das aufgezeichnete Schallereiignis bei Bedarf wieder zum Verschwinden gebracht werden.

In bezug auf die Bauart unterscheiden sich Lösch-, Sprech- und Hörköpfe nur durch ihre Induktivität und die Breite der Luftspalte. Der Spalt des Löschkopfes ist dabei am größten, er beträgt bis zu 400um. Die Spalten der Sprech- und Hörköpfe sollen möglichst klein sein, da sie von Einfluß auf die Wiedergabegüte sind.

Einfachere Geräte benutzen oft für Aufnahme und Wiedergabe den gleichen Magnetkopf. Bei richtiger Bemessung bringt die Verwendung eines solchen Kombikopfes kaum Nachteile. Allerdings entfällt die Möglichkeit, das Band bereits während der Aufnahme abzuhören. Das ist aber auch bei Geräten mit getrennten Köpfen nur dann möglich, wenn für Aufnahme und Wiedergabe auch getrennte Verstärker vorgesehen sind.

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Schaltungsanordnung zur Gleichstrom - Vor-magnetisierung des Sprechkopfes (SK)
Wirkungsweise der Hochfrequenz-Vormagnetisierung. Die HF-Amplitude ist durch Pfeile angedeutet

Wird die Spule des Sprechkopfes - zunächst mit Gleichstrom - erregt, so bilden sich in dem magnetischen Kreis des Kopfes Feldlinien aus, die den magnetischen Kraftfluß darstellen. An der Stelle, an der (wo) der magnetische Kreis durch den Luftspalt unterbrochen wird, treten die Feldlinien aus und durchsetzen das vorbeilaufende Band.

Die winzigen magnetischen Teilchen des Bandes sind jedes für sich allein in der unmagnetischen Masse eingebettet und damit gegeneinander isoliert. Die kleinen Einzelmagnete werden also beim Passieren des Luftspaltes aufmagnetisiert und besitzen nach Verlassen desselben eine bestimmte Remanenz.

Dabei ist das Band in der Längsrichtung, also in Laufrichtung, aufmagnetisiert worden. Wird nun der Kopf mit Sprechstrom gespeist, so wird das Streufeld des Kopfes die vorbeilaufenden Magnetteilchen auf dem Band verschieden stark beeinflussen, d. h. das Tonband wird im Rhythmus des Sprechstromes aufmagnetisiert.

Bei dieser Betrachtung wurde vom Nullpunkt der Magnetisierungskurve ausgegangen, sie bezieht sich also auf ein jungfräuliches Band. Da aber der Anstieg der Magnetisierungskurve eine Krümmung aufweist, treten hierbei starke nichtlineare Verzerrungen auf.

Die Verhältnisse liegen hier ähnlich wie bei einer Verstärkerröhre. Was für diese die Röhrenkennlinie ist, ist für das Tonband die Magnetisierungskurve. Bei der Verstärkerröhre vermeidet man Verzerrungen, indem man dem Gitter der Röhre eine negative Vorspannung erteilt und dadurch den Arbeitspunkt in den geraden (linearen) Teil der Kennlinie verlegt. Auch in der Magnettontechnik muß man versuchen, den Arbeitspunkt - um den ja die Magnetisierung symmetrisch pendelt - in den geraden Teil der Magnetisierungskurve zu legen. Man erreicht dieses durch eine Vormagnetisierung des Tonbandes.

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Höhenentzerrung durch ein RC-Glied im Eingang eines Aufsprech-Verstärkers

Man unterscheidet zwei Arten der Vormagnetisierung: Die Gleichstrom- Vormagnetisierung und die Hochfrequenz- Vormagnetisierung. Beim ersteren Verfahren wird das Band bis zur Sättigung aufmagnetisiert. Über ein Horn des Löschkopfes erfährt es dann eine Magnetisierung in negativer Richtung, so daß es eine gewisse Remanenz besitzt.

Der Sprechkopf wird ebenfalls derart vormagnetisiert, daß das durch den Sprechkopf erzeugte Wechselfeld um den gleichen Betrag auf der Kurve verschoben erscheint. Man erhält nun einen verhältnismäßig verzerrungsfreien Verlauf der Remanenz.

Mit der Gleichstromvormagnetisierung ist allerdings ein großer Nachteil verbunden. Durch ungleichmäßige Aufmagnetisierung der einzelnen Elementarmagnete bleibt auch in den Besprechungspausen eine restliche remanente Induktion, die sich in starkem Rauschen äußert. Es handelt sich hier um einen ähnlichen Effekt wie bei dem ungleichmäßigen Elektronenaustritt aus der Kathode einer Elektronenröhre. Auch dieses hat bekanntlich ein Rauschen zur Folge.

Die Vormagnetisierung mit Hochfrequenz vermeidet diesen Nachteil. Bei diesem Verfahren wird das Band am Löschkopf zunächst durch Hochfrequenz auf die Remanenz "Null" gebracht. Man geht hier also wieder von einem jungfräulichen, d. h. vollkommen unmagnetischen Band aus. Dem Sprechkopf wird ebenfalls ein hochfrequenter Strom zugeführt. Daher wiederholt sich hier der Vorgang, solange er nicht mit Tonfrequenz moduliert wird.

Führt man aber dem Sprechkopf Sprechstrom zu, so überlagert sich die Niederfrequenz dem Hf-Strom und die Nullinie verschiebt sich entsprechend der niederfrequenten Modulation. Auf die Kurve übertragen, ergibt sich folgendes Bild:

Der Arbeitspunkt A der Hochfrequenz liegt im Nullpunkt des Achsenkreuzes. Um diesen Punkt schwingt die Hf mit einer bestimmten gleichbleibenden Amplitude, etwa bis zu den Punkten A1 und A2, welche in der Mitte des geraden Teiles der beiden Kennlinienzweige liegen.

Bei Beaufschlagung mit Niederfrequenz ändert sich die Amplitude der Hf im Takte der Tonspannung, d. h. diese pendelt um die beiden Arbeitspunkte A1 und A2. Durch die Hochfrequenz werden also die Arbeitspunkte des niederfrequenten Sprechstromes immer auf dem geraden Teil der Magnetisierungskurve gehalten.

Da sich aber die Feldstärke der Hf entsprechend ihrer Frequenz dauernd ändert, kann keine Gleichstromvormagnetisierung und damit kein Rauschen entstehen. Das Vorhandensein von zwei Nf-Arbeitspunkten erklärt sich daraus, daß die niederfrequente Kurve, welche ja die Hf einhüllt, im Rhythmus der Hochfrequenz einmal rechts und einmal links der Nullinie wirksam wird. Dadurch ergeben sich natürlich auch zwei niederfrequente Remanenzkurven, eine negative und eine positive.

Beide Kurven vereinigen sich zu einer auf der Nullinie liegenden Gesamtkurve. Um die Arbeitspunkte in dem geraden Teil der Kurve zu halten, muß die Hf-Amplitude einen ganz bestimmten Wert haben, ähnlich wie auch die Gittervorspannung einer Röhre einen ganz bestimmten Wert haben muß.

Daneben soll die Frequenz der Hf aber auch noch genügend groß gegenüber der höchsten noch aufzuzeichnenden Niederfrequenz sein, da sonst wieder nichtlineare Verzerrungen entstehen. Außerdem ist wichtig, daß das Band eine genügende Anzahl von Ummagnetisierungen erfährt, um auch tatsächlich völlig unmagnetisch zu sein. Der gebräuchliche Wert der Vormagnetisierungs- Frequenz liegt bei etwa 40 ... 80 kHz.

Bedingt durch verschiedene Einflüsse tritt bei der Aufnahme wie auch bei der Wiedergabe eine lineare Verzerrung der Frequenzkurve auf. So werden z. B. bei der Aufnahme durch die endliche Größe des Kopfspaltes die hohen Frequenzen benachteiligt.

Bei einer bestimmten Bandgeschwindigkeit und einer bestimmten Spaltbreite verweilt jedes Einzelmagnetteilchen eine bestimmte Zeit vor dem Kopfspalt. Ist diese Zeit klein gegenüber der aufzuzeichnenden Frequenz, so wirkt auf dem Magnetteilchen ein vollkommen gleichförmiges Magnetfeld ein.

Der nächste Einzelmagnet findet vor dem Spalt schon ein etwas anders gelagertes Magnetfeld vor. Auf diese Weise ist nach einer gewissen Bandlänge die ganze Nf-Schwingung mit allen Feinheiten auf dem Band aufgezeichnet.

Ist nun aber die Zeit der Anwesenheit des Magnetteilchens groß gegenüber der Periodendauer der Nf-Schwingung, so trifft es vor dem Spalt ein mehr oder weniger schwankendes Magnetfeld an. Es leuchtet ein, daß hierbei keine naturgetreue Aufzeichnung zustande kommt.

Da nun die Bandgeschwindigkeit nicht beliebig groß und der Spalt nicht beliebig klein gemacht werden kann, ist der Aufzeichnung der hohen Frequenzen eine Grenze gesetzt. Außerdem nehmen die Amplituden ab und werden Null, wenn die Magnetteilchen unter dem Einfluß einer sehr hohen Frequenz eine mehrmalige Ummagnetisierung erfahren.

Man bezeichnet den beschriebenen Effekt als „Spalteffekt" und spricht wegen der Verknüpfung der Spaltbreite mit der Bandgeschwindigkeit - oder, was das gleiche ist, mit der Wellenlänge der aufgezeichneten Schwingung - von der „effektiven Spaltbreite" des Kopfes.

Eine weitere, die hohen Frequenzen beeinträchtigende Erscheinung ist die sog. Bandflußdämpfung, auch als „Selbstmagnetisierungseffekt" bezeichnet. Die einzelnen Magnetteilchen verschiedener Polarität liegen auf dem Band um so dichter beisammen, je höher die aufgezeichnete Frequenz ist. Sie zeigen daher eine mit steigender Frequenz wachsende Neigung, sich gegenseitig selbst wieder zu magnetisieren. Von großem Einfluß auf diese Erscheinung sind dabei die Eigenschaften des Tonbandes.

Um einen linearen Frequenzgang zu erhalten, ist es somit erforderlich, die Frequenzkurve entsprechend zu korrigieren. Das heißt also, die hohen Töne müssen bei der Aufnahme angehoben werden. Man erreicht dieses durch Einschalten höhenanhebender RC-Glieder oder durch Resonanzkreise in dem Aufsprechverstärker. Der Beginn der Höhenanhebung hängt dabei von der Bandgeschwindigkeit ab. Abgesehen von dieser Höhenanhebung soll der niederfrequente Strom durch den Sprechkopf konstant sein.

Infolge des induktiven Widerstandes der Erregerspule ist das aber nicht ohne weiteres der Fall, da der Scheinwiderstand des Kopfes linear mit der Frequenz ansteigt. Um dem entgegenzuwirken, wird in Serie mit der Sprechkopfinduktivität ein Ohmscher Widerstand geschaltet. Da letzterer frequenzunabhängig ist, wirkt sich die Widerstandsänderung der Sprechspule auf den Gesamtwiderstand nur unwesentlich aus. Die Folge ist ein annähernd konstanter Sprechkopfstrom.

Bilder
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Schaltbild des Gegenkopplungskanals eines Wiedergabe-Verstärkers
HF Schaltung eines niederfreguenten Aufsprechkreises. Der Sperrkreis verhindert das Eindringen der HF in den Aufsprechverstärker. (H = höhenanhebendes RC-Gliedr R = Vorwiderstand des Sprechkopfes SK)
Prinzipielle Schaltungsanordnung für einen Löschgenerator
Eine Aufsprech-Schaltung mit Löschgenerator
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Bei der Wiedergabe läuft das Tonband mit gleichbleibender Geschwindigkeit an Hör- und Wiedergabekopf vorbei. Ein Teil des auf dem Band befindlichen magnetischen Flusses durchsetzt dabei den Hörkopf und induziert in dessen Spule eine Wechselspannung.

Theoretisch müßte diese Spannung linear mit der Frequenz ansteigen. Die Praxis zeigt aber, daß das nur bis etwa 2.000 Hz der Fall ist. Danach geht die Kurve in eine Krümmung über, durchläuft ein Maximum und fällt steil ab. Dieser Verlauf erklärt sich daraus, daß auch hier wieder wie bei der Aufnahme der Spalteffekt und die Bandflußdämpfung in Erscheinung treten. Es sind also auch bei der Wiedergabe Kompensationsmaßnahmen erforderlich.

Man erreicht diese auf grundsätzlich zwei Arten. Die erste Art besteht darin, den Wiedergabeverstärker so zu dimensionieren, daß seine Frequenzkurve entgegengesetzt der Hörkopfkurve verläuft. Beide Kurven addieren sich dann und die endgültige Frequenzkurve ist annähernd linear.

Schaltungstechnisch wird das durch die bekannten Maßnahmen, wie frequenzabhängige Gegenkopplung, RC-Glieder und Resonanzkreise verwirklicht. Eine zweite Kompensationsmaßnahme besteht darin, zwischen Hörkopf und einem linearen Verstärker ein entsprechend bemessenes Filter zu setzen. Im einfachsten Fall besteht ein solches Filter aus einem im Vergleich zur Hörkopfinduktivität kleinen Ohmschen Parallelwiderstand. Dieser Widerstand belastet den Hörkopf derart, daß bei ansteigender Frequenz und damit ansteigendem Scheinwiderstand die Spannung am äußeren Belastungswiderstand zurückgeht.

Die Folge der Hörkopfbelastung ist somit eine Linearisierung der Frequenzkurve. Durch Einfügen eines Kondensators läßt sich diese auch auf die tiefen Frequenzen ausdehnen. Da der Scheinwiderstand des Kondensators mit der Frequenz fällt, wird der Belastungswiderstand bei den Tiefen noch nicht wirksam, so daß die Spannung hier wieder ansteigt. Das RC-Glied wirkt also dahingehend, daß der Anfang der Kurve angehoben und das Maximum abgeflacht wird. Der steile Abfall bei den Höhen wird dabei aber noch nicht korrigiert. Abhilfe schafft man, indem in Serie mit dem Widerstand und dem Kondensator eine Drossel gelegt wird. Ihr Widerstand steigt ebenfalls mit der Frequenz an und hebt dadurch die Belastung des Ohmschen Widerstandes bei den hohen Frequenzen auf, so daß auch diese angehoben werden.
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Grundsätzlich geschieht die Löschung eines Bandes dadurch, daß das Band einem so starken magnetischen Feld ausgesetzt wird, daß die Remanenz entweder bis ins Sättigungsgebiet reicht oder Null wird. Im einfachsten Fall wird dazu das Band an einem ausreichend starken Magnetstab vorbeigeführt, so daß jedes Einzelmagnetteilchen in ein ansteigendes und abfallendes Feld gerät.

Der Nachteil ist aber wieder ein Rauschen. Ein besseres Verfahren ist die Löschung mit einem niederfrequenten Wechselfeld. Dieses Feld wird von einer aus dem Netz gespeisten sog. Löschdrossel erzeugt. Die Löschdrossel wird dem aufgewickelten Tonband mehrmals langsam genähert und wieder entfernt. Hierbei durchläuft der Arbeitspunkt in jeder Periode des Wechselstromes einmal die Hysteresisschleife.

Sie wird zunächst immer größer - beim Nähern der Löschdrossel - erreicht dann einen Höchstwert und wird beim Entfernen der Drossel langsam kleiner bis sie schließlich ganz verschwunden und die Remanenz des Bandes Null ist. Das gleiche Prinzip wird heute in jedem modernen Tonbandgerät angewendet.

Um eine genügende Anzahl von Ummagnetisierungen zu erzielen, wird zur Löschung ein hochfrequentes Wechselfeld benutzt. Dies ist erforderlich, weil bei laufendem Band jedes Magnetteilchen ja nur eine bestimmte Zeit dem Löschfeld ausgesetzt ist. Das Band wird zur Löschung also an einem mit Hf gespeisten Löschkopf vorbeigeführt.

Jedes Teilchen gerät dabei beim Passieren des Luftspaltes in das hochfrequente Magnetfeld, welches - da das Band ja weiterläuft - auch hier wieder anschwillt und abfällt und dadurch ebenfalls das Zusammenschrumpfen der Hysteresisschleife bewirkt.

Die erforderliche Hochfrequenzleistung wird in einem Röhrengenerator, dem Löschgenerator, erzeugt. Während man früher für Löschung und Vormagnetisierung getrennte Generatoren benutzte, wird heute die Frequenz des Löschgenerators gleichzeitig für die Vormagnetisierung herangezogen. Es wird hierzu ein Teil der Hf abgezweigt und dem Sprechkopf zugeführt. - Günter E. Wegner

Bild
Prinzipielles Schaltbild für einen Aufnahme- und Wiedergabe-Verstärker für ein einfaches Magnetbandgerät mit regelbarer Gleichstrom-Vormagnetisierung, sowie Höhen- und Tiefenentzerrung (Zeichnungen vom Verfasser)