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1980 - Die Entstehung der Video-Tape-Recoder I
(der zweite Artikel einer Serie)

Hier lesen Sie eine Einführung der Firma PANASONIC aus etwa 1980, die im Bereich der VHS Recorder wegweisende Techniken entwickelt hatte und (nach eigenen Aussagen) damit zum Marktführer wurde.
Darum lesen oder überlesen Sie das dicht verstreute Eigenlob mit einem Schmunzeln, es gehört eben dazu. Die Aufstellung erschließt aber einiges an Gedanken aus dieser stürmischen Entwicklungszeit der 80er Jahre.

Die Vorteile gegenüber dem Film

ein Spule mit 35mm Film
eine Spule mit 1" Video Band

Bei so vielen Vorteilen des magnetischen Aufzeichnungs­verfahrens muß man sich natürlich fragen, warum es nicht wie das Tonbandgerät bereits längst in nahezu jedes Heim Eingang gefunden hat, denn der Video-Tape-Recorder (von nun an VTR genann) ist kei­neswegs neu.

Der größte Teil ausgestrahlter Fernsehsendungen kommt bekannt­lich von einer MAZ (Synonym einer Magnetband-Aufzeichnung), also von eiem Art Tonbandgerät für Bilder. Weil aber die MAZ den gegenwärtigen Abschluß einer langen Entwicklung darstellt, mußte diese vorerst die früheren Stufen durchlaufen, ehe an diese Aufzeichnung zu denken war.

Voraussetzungen dafür waren, daß 1846 die Photographie mittels der bereits zuvor entdeckten Optik eingeführt wurde, daß 1880 die Kinematographie - also der Film -entdeckt und daß 1898 schließlich die magnetische Tonauf­zeichnung möglich wurde.

Bei der magnetischen Tonaufzeichnung wird jedoch nicht nur ein in das elektrische und sodann magnetische Medium konver­tiertes Originalsignal aufgezeichnet - wie beim Super-8-Film -, sondern es wird vielmehr Bild für Bild erst nach festgelegten Normen - z.B. CCIR - in kodierte Signale umgesetzt und erst dann magnetisch aufgezeichnet. Für die Wiedergabe sind die Kodierungen wieder zu ent­schlüsseln und daraus wird dann das Bild auf einer geeigneten Wiedergabeeinrichtung wieder rekonstruiert.

Mit anderen Worten gesagt: Die Fernsehtechnik mußte zuvor entwickelt und zu solcher Reife gelangt sein, daß die dort vorhandenen elektrischen Informationssignale vom VTR nur noch gespeichert und bei der Wiedergabe in den Fernseher zurückgespielt werden brauchten.

Nachdem diese Voraussetzungen für die magnetische Bildauf-Zeichnung in ausreichendem Umfange geschaffen waren, stellte man sich in den USA die Frage, wie ein VTR zu konstruieren sei, und begann analog zum Tonbandgerät mit der Längsschrift.

Das RCA Konzept von 1953

David Sarnoff von RCA 1956

1953 entstand das erste Videobandaufzeichnungsgerät der Radio-Corporation of America (RCA) als Prototyp mit 1/2 Zoll-Magnetband und einer Bandgeschwindigkeit von nur 6m/sek., das wie das bis dahin bekannte Audiotonbandgerät mit Längsschriftaufzeichnung arbeitete.

Da hier die relative Band- Kopfgeschwindigkeit mit der Bandtransportgeschwindigkeit identisch ist, waren nur we­nige Minuten Aufzeichnung realisierbar. Außerdem war selbst diese Bandgeschwindigkeit bei damaligen Magnetkopfdaten noch weitaus zu gering, um Videofrequenzen bis ca. 5 MHz aufzeichnen zu können, so daß die Bildqualität noch völlig unbefriedigend war. Um die Bandgeschwindigkeit zu erhöhen und die Aufzeichnungsdauer zu verlängern, entstand derzeit auch schon die heute (wir schreiben etwa das Jahr 1980) wieder aktuelle Idee (CVR der BASF), durch Parallelspuren mit automatischer Laufrichtungsumschaltung jeweils am Bandende die Spurenlänge zu erweitern.

Wegen der unlösbaren Schwierigkeiten in der Mechanik schei­terten alle diese Projekte. Damit war die Zeit reif für die sehr einfache neue Idee, die sowieso begrenzte Bandlänge durch die Band­breite zu ersetzen und in dieser stets gleichen Richtung nacheinander mit entsprechend hoher Schreibgeschwindig­keit (= Relativgeschwindigkeit) bestimmte Bildteile (= mehrere Zeilen) aufzuzeichnen. Das aber war nur mit sehr schnell bewegten Videoköpfen möglich, die deshalb rotieren mußten, während dem Bandtransport nur noch die Aufgabe zufiel, die Köpfe Spur neben Spur mit entsprechendem Übersprechschutzabstand schreiben zu lassen.

Die Bandlaufgeschwindigkeit ergab sich damit aus der Videospurbreite plus Schutzabstand, multipliziert mit der Anzahl von Video­spuren /sek. Eine Verknüpfung der Bandtransportgeschwindig­keit mit der Videoaufzeichnungsbandbreite besteht dann nur noch über die Anzahl der Videospuren, die zur Erreichung der oben Frequenzgrenze und der dafür benötigten Relativ­geschwindigkeit erforderlich sind. Diese Relativgeschwindig­keit vergrößert sich aber auch proportional zur Videospuren­länge, die in der gleichen Zeit überstrichen wird. Macht man also das Band viermal so breit wie das von RCA und läßt die Köpfe in der gleichen bisherigen Zeit über die Spur laufen, dann benötigt man nur noch 1/4 der Spuren, redu­ziert die Bandlaufgeschwindigkeit auf ein Viertel und macht damit die Mechanik beherrschbar.

Der VTR der Firma Ampex 1956

Diese Überlegungen führten zur Querschrift. Die heute noch wegen ihrer professionellen MAZ-An­lagen weltbekannte amerikanische Firma Ampex brachte 1956 ihre erste Maschine mit Ouerschriftaufzeichnung für Fernseh-Studiobetrieb mit einer Videoaufzeichnung bis 4 MHz bei etwa einstündiger Spieldauer heraus, die zum Vorfahren aller heutigen Studiomaschinen wurde.

Betrachtet man aber die Daten und Dimensionen solcher Ma­schinen, so wird deutlich, daß sie wohl kaum für den Video-Heim-Gebrauch geeignet sein konnten, denn es wurde und wird ein 2 Zoll breites Band mit 38cm/sek. Bandlaufgeschwindigkeit bei einer Relativgeschwindigkeit von 38m/sek. ge­fahren. 40 senkrecht zur Bandkante verlaufende Spuren sind für die Aufzeichnung eines Vollbildes mit 4 Videoköpfen erforderlich. (Anmerkung der Redaktion: keine Angabe über die 250 Kilo Mindestgewicht und den Stromverbrauch von etwa 8 Kilowatt)

Vergleich mit VHS und FM Modulation

VHS benötigt dafür nur zwei Spuren und Köpfe. Ebenso wie beim VHS werden Ton- und Synchronspur auf dem oberen und unteren Bandrand durch feststehende Köpfe aufgezeichnet. Der Andruck des Bandes an das Kopfrad wird durch konkav geformte Führungselemente mit Vakuumhilfe erreicht. Es ist fast überflüssig zu sagen, daß diese Maschinen mühelos 5 MHz bewältigen und daß man deshalb den Farbhilfsträger mit 4,43 MHz direkt aufzeichnen kann.

Da die Videospur mit Schutzband ca. 380 um breit ist, wird der Störabstand bereits so gut, daß man direkt ohne FM aufzeichnen könnte, während alle VTR mit wesentlich geringerer Spurbreite das Videosignal in FM aufzeichnen müssen, um ausreichend Störabstand zu erreichen.

In der Praxis benutzt man aber dennoch auch bei diesen professionellen Maschinen FM, weil die Aufzeichnungsquali­tät bei einer direkten FM-Aufzeichnung der Farbe besser wird, wofür allerdings ein hoher FM-Modulationsindex er­forderlich ist. Um eine symmetrische Aufzeichnung des FM-Spektrums zu erreichen, muß die Maschine bis zu 12 MHz aufzeichnen können. Wegen der Aufwendigkeit dieses Ver­fahrens, insbesondere auch beim Bandverbrauch, benutzt man heute überwiegend als Kompromiss zwischen Längs- und Querschrift die Helical Scan- oder auch Schrägschrift. Alle semiprofessionellen und Heimgeräte arbeiten nach diesem Prinzip.

Das Helical-scan System

Während bei der Querschrift die Drehachse des Kopfrades parallel zur Bandlaufrichtung liegt, steht die Drehachse des Kopfzylinders bei der Schrägschrift beinahe senkrecht zur Bandkante. Die restliche Schrägstellung ergibt sich aus der schraubenlinien- förmigen Umschlingung des Kopfzylinders durch das Band, das völlig plan transportiert wird. Rotiert jetzt der KopfZylinder, so beschreibt jeder Video­kopf eine gerade Linie auf dem Band von der unteren zur oberen (VHS) Bandkante oder umgekehrt, je nach Dreh­richtung des Zylinders. Damit jede dieser diagonal auf dem Bande verlaufenden Spuren richtig geschrieben wird, muß die Bandlaufgeschwindigkeit exakt so bemessen sein, daß der nachfolgende Videokopf genau neben die vorherige Spur schreibt, wenn nicht die Freihaltung einer Schutzzone zwischen den Spuren erforderlich ist, weil das Gerät ohne Azimuth-Winkel arbeitet.

ein BCN 5 Kopfrad mit 4 Köpfen

Vom Helical-scan System gibt es zahlreiche Varianten. Es gibt Video-Kopfzylinder mit einem, zwei, drei und vier Videoköpfen. Dementsprechend beträgt die Umschlingung der Kopftrommel 360° - auch Omegaumschlingung genannt - oder 180°, 120° oder auch nur 90°.

Bei 50 Halbbildern per Sekunde muß die Kopfscheibe dann entweder mit 3.000 U/min., 1.500 U/min., 1.000 U/min, oder 750 U/min, rotieren. Bei semiprofessionellen Typen wird die Einkopf-Ausführung und bei Heimsystemen die Zweikopf-Ausführung bevorzugt. Ebenso unterscheiden sich die Ausführungen der Kopf-Zylinder. Entweder dient der Kopfzylinder vornehmlich der Bandführung in einer Schraubenlinie und ist deshalb im oberen und unteren Teil feststehend, wobei zwischen beiden Hälften eine Kopfscheibe oder auch nur ein Köpfe­tragender Metallstreifen routiert (a).

Oder die obere Zylinderhälfte rotiert mit den Köpfen (b), während die untere Zylinderhälfte feststeht und die Bandführung be­sorgt, was bei VCR und VHS der Fall ist. Als Kompromiss ist die Ausführung (c) zu betrachten, bei der die Kopf­scheibe zum mittleren Zylinder erweitert ist und das obere und untere Zylinderdrittel als Bandführung feststeht. Hierbei entsteht ein automatischer Luftkissen-Effekt unter dem Band, der bei System (b) erst durch Rillen auf dem routierenden Zylinder bewirkt wird. Jedoch ist der Kopf-Zylinderwechsel ohne umständliche mechanische Justierung am einfachsten beim System (b) zu erreichen. Allgemein wird bevorzugt, Bandlauf und Kopfzylinderdrehung in der gleichen Richtung erfolgen zu lassen. Dabei aber sind zwei Varianten möglich.

Einmal schiebt der Kopf-Zylinder das Band abwärts auf den Fest-Zylinder, was beim VHS den leichtesten Bandtransport ergibt und bereits bei der U-Matic-Serie praktiziert wurde. Im anderen Falle schiebt er das Band aufwärts auf den unteren Fest-Zylinder, was verhältnis­mäßig schwer geht, aber dennoch beim VCR mit Hilfe des Luftkissen-Effektes gemacht wird.

Die Bandführung am Kopfzylinder

Das Hauptproblem stellt die flatterfreie Bandführung am Kopfzylinder dar, die sich bei früheren Bandsorten am besten durch die Festzylinder-Anordnung (a) erreichen ließ, weil die hohe Reibung zwischen Band- und Festzylinder das Band beruhigte. Nachdem in letzter Zeit im Interesse einer mög­lichst langen Lebensdauer von Köpfen und Band die Bandober­flächen wesentlich glatter geworden sind, ist jedoch diese Lösung mit festen Zylinderhälften nicht mehr optimal, weil sich bei den verbesserten Oberflächen das Bandflattern jetzt kaum noch unterdrücken läßt.

Dadurch hat die Anordnung (b) mit rotierendem oberen Kopf­zylinder den Vorzug erhalten, weil automatisch zwischen dem Band und dem sich schnell drehenden Kopfzylinder eine dünne Luftschicht entsteht, die das Band reibungsarm auf diesem Polster und vom Flattern befreit gleiten läßt.

Betamax benutzt dagegen noch System a) (Sandwich-Trommel) und reguliert die Reibung zwischen den feststehenden Band­führungen und dem Band sowie dem scheibenartigen KopfZylinder — und damit auch die Gefahr des Bandklebens an der Kopftrommel - über spezielle Bindemittel in der Beschichtung, deren von der Benutzungszeit abhängige Veränderung wahrscheinlich ist. Als Maßstab für die dabei auftretende hohe Reibung an der fest­stehenden Bandführung mag gelten, daß die Bandspannung am Kopftrommeleinlauf dabei ca. 40g gegenüber ca. 25g beim Panasonic VHS beträgt, was nicht gerade zur Band- und Kopfschonung bei­trägt. Wegen der auch infolge dieser Beanspruchung während der Gebrauchsdauer auftretenden Veränderungen der Bandbeschaffenheit dürfte auf die Dauer gesehen die Luftpolstermethode die solidere sein.

Der Nachteil aller Systeme liegt in der Anfälligkeit für Feuch­tigkeitskondensation, welche das Band am KopfZylinder und den Bandführungen ohne Luftschicht kleben läßt und einen ruckartigen Bandtransport hervorruft, der außerdem zur Bandbeschädigung führen kann. Deshalb ist das VHS grundsätzlich mit Feuchtig­keits-Schutz-Automatiken ausgestattet, die je nach Typ entweder nur die Inbetriebnahme und damit Bandbeschädigungen verhindern oder auch die Kondensation durch einen automatischen Heizer be­seitigen.

Kassetten - Einzelheiten / Details im Vergleich

Die Organisation des Bandtransportes ist weitgehend abhängig von der Bandkonfektionierung. Bei semi-professionellen Ge­räten wird immer noch die Konfektionierung auf offenen Bandspulen bevorzugt, während vom Laien gewöhnlich das in Kassetten konfektionierte Band bevorzugt wird.

Damit ist jedoch noch nichts über den Kassettentyp ausge­sagt, von denen es etwa drei Grundformen gibt.

Es existieren hier die Tandem-Typen, zu denen VCR zählt, bei denen coaxial zwei Bandrollen übereinander angeordnet sind, die durch eine Coax-Doppelwelle angetrieben werden. Prinzipiell wird hierbei das Band zwischen oberer und unte­rer Rolle verkantet, auch wenn diese Anordnung zur Schrauben­linie der Bandführurg auf dem Kopfzylinder besonders gut zu passen scheint. Dementsprechend entstehen häufig Komplikationen an den Bandausführungsrollen der Kassette.

Die zweite Kassettentype ähnelt der bekannten (Philips CC Audio-) Kompakt-Kassette mit ihren beiden parallelen Rollen nebeneinander im Gehäuse. Diese Type wird vom VHS ebenso vom Betamax benutzt, wenn auch mit unterschiedlicher Bandtransport-Mechanik.

Die dritte Type ist die "Cartridge-Type" und sie stellt be­reits den Übergang zu den offenen Spulen her, weil hier teils Austauschbarkeit besteht. Überhaupt ist eine Cartridge nur eine dauerhaft eingepackte Vorratsspule, denn die zugehörige Aufwickelspule verbleibt stets im Gerät, wodurch die Cartridge aus dem Gerät nur entnommen werden kann, nachdem sie zurück­gespult wurde. Dafür ist aber diese Kassette besonders kompakt, eben weil sie keine Aufwickelspule enthält.

Kassettentyp 1 (VCR) versus Kassettentyp 2 (VHS)

Grundig Ur-VCR Kassette
VCR Kassette von vorne offen
Video 2000 Kassette
VHS und Mini VHS Kassetten
VHS Kassette von unten

Zum Kassettentyp 1 (VCR) gehört ein rotierender Lademecha­nismus gemäß Abb. A , während beim Parallel-Ladesystem gemäß Abb. B für Kassettentyp 2 (VHS) das Band mittels zweier Stifte auf jeder Seite herausgezogen und so einge­fädelt wird. Dieses System kennt keine Bandwickelprobleme und ist mit seinem Transportmechanismus besonders kompakt. Der Bandschnelltransport findet nur innerhalb der Kassette statt, was Bandbeschädigungen mit Sicherheit verhütet und den Kopfzylinder schont. Aber nach jedem Schnellspulvorgang sind ca. 3 Sekunden für das Einfädeln erforderlich.

Kassetten­typ 1 bleibt dagegen beim Schnellspulen eingefädelt und be­ansprucht dabei Band- und Bandführung bzw. Kopfzylinder, benötigt dafür aber keine Einfädelzeit, wohl aber auch Stoppzeit.

Gleiches wie für Typ 1 gilt auch für Kassetten­typ 4 in Abb. D. hin­sichtlich des Schnelltransportes, obgleich hier eine Kassetten­typ 2 entsprechende Parallelspulenanordnung vorliegt, bei der aber mit der höchst komplizierten Einfädelung sogar noch der Kassetten­typ 1 übetroffen wird.

Wegen der Nachteile des Kassetten­typ 3 für den Laien bleibt eigentlich nur die Wahl zwischen Kassetten­typ 1 und 2, bei der man sich beim VCR bzw. SVR für Kassetten­typ 1 entschieden hat. In Anbetracht der guten Erfahrungen mit Parallelspulen bei der semi-professionellen U-Matic-Serie haben sich die japanischen Hersteller Sony und Panasonic für ihre Video-Heim-Systeme für diesen Typ entschieden.

Sony hat dabei die kleinste Kassette (156 x 96 x 25 mm = 374,4 cm ) entwickelt, die im Wettlauf um die längsten Spielzeiten den Nachteil hat, mit der 3 1/3-Stunden-Version bereits nahezu am Ende der Möglichkeiten zu sein, weil selbst die Verwendung eines 12um Bandes (zur Zeit 14um) die Spiel­zeit nur auf knapp 4 Stunden (3,9 Stunden) auszudehnen ge­stattet. Die Spielzeitverlängerung von 4 auf 5 Stunden beim SVR 4004 wird nämlich nur möglich, durch den Übergang vom 16um Band bei der 4-Stunden-Version auf dieses 12um Band, dessen Betrieb bislang nicht als sicher genug galt. Dabei hat die VCR- bzw. SVR-Kassette mit 755 cm3 mehr als das doppelte Volumen der Sony-Kassette, was überwiegend auf die dem heutigen technischen Stande (der Artikel ist von 1980) nach überhöhte Band­laufgeschwindigkeit (3,95 cm/sek.) zurückgeht.

VCR, Betamax und VHS - die Spielzeiten

Im Vergleich zur Betamax-Kassette ist die National-VHS-Kassette (eigentlich wurde die Kassette von JVC entwickelt) nur unbedeutend größer (188 x 97 x 25 mm = 455,9cm3 = +22%), hat dafür aber ungleich größere Reserven hinsicht­lich einer Verlängerung der Spieldauer, obgleich die Band­laufgeschwindigkeit 2,339 cm/sek. im Vergleich zu 1,873 cm/sek. bei Sony beträgt.

Beim VHS ist - siehe oben - die Banddicke auch in der 180-Minuten-Version noch 20um wie bei den VCR 4000/3000/1500 der alten Bauart mit viel kürzeren Spielzeiten. Betamax kann dieses Band nur bis zur 130-Minuten-Kassette benutzen und be­nötigt für die 200-Minuten-Kassette bereits das 14um Band, "was technisch wohl die üntergrenze ist".

Beim VHS ist zur Zeit überhaupt kein dünneres Band als 20um im Gebrauch; auch die US- 4Stunden Version enthält dieses Band, bei der die zusätzliche Wickellänge durch Einsparung des Vorspann- und Nachspann- Bandes untergebracht wurde. Würde man ohne diese Änderung 16um Band entsprechend der SVR 4OO4 4-Stunden- Version konfektionieren, so würde die Spiel­zeit auch auf 3 3/4-Stunden ansteigen. Würde man entsprechend der Sony- 200-Minuten-Version mit 14um Band laden, würden daraus bereits 4,3 Stunden. Bei Einsparung von Vor- und Nachspann-Band wäre auch die 5Stunden Version mit 421 m Bandlänge realisierbar, was mit dem 12um SVR-Band auch mit Vor- und Nachspann möglich ist, denn ohne Vor- und Nach­spann würde mit diesem riskanten Band bereits die 6-Stunden-Grenze beim VHS überschritten.

PANASONICs VHS ist einfach besser !!!

Wem nutzen solche verlängerten Spielzeiten aber wirklich, denn mit dem für kürzere Bandlängen optimal dimensionierten Zählwerken läßt sich dann kaum noch eine bestimmte Programm­stelle auffinden. Sicher doch nur den Bandherstellern wie beim C-120-Band der Audiorecorder!

Jedenfalls bestehen grundsätzlich beim VHS keine system­bedingte Grenzen, die Kassetten-Laufzeit auf die vom SVR her bekannten Werte mit gleichen Mitteln zu züchten. Die Kassettengrößen - entscheidend für ein Heim-Archiv - sind jedoch nicht allein entscheidend für die Brauchbarkeit eines Video-Heim-Systems, da doch schon häufig für größere HiFi-Boxen kein Platz mehr übrig ist. Hier aber erhebt der VTR mit der kleinsten Kassette absurder­weise den größten Raumanspruch.

Trotz einer nur wenig größeren Kassette ist hier VHS ziemlich anspruchslos. Einerseits weil es gelungen ist, den weitaus größten Teil der Schaltung in IC's unterzubringen, die speziell für Panasonic-VHS- entwickelt worden sind. (die Redaktion: das ist natürlich etwas sehr weit her geholt) Das macht auch den Service einfacher und schneller, da damit vieles von der zeitraubenden Fehlersuche in der recht komplizierten Elektronik entfällt, und außerdem der Aufbau übersichtlicher und besser zugänglich wird. Andererseits aber - und damit kehren wir zum Aus­gangsthema zurück - spielt die Mechanik beim Gerätevolumen eine entscheidende Rolle und hier wurde oben bereits über den Kassettentyp 2 mit Parallel-Ladesystem ausgeführt, daß er keine Bandwickelprobleme kenne und besonders kompakt aufzubauen sei. Dieses M-Ladesystem mit der Parallel-spulenkassette ist also mitverantwortlich für den besonders gedrungenen Aufbau des VHS, ohne daß sich daraus Probleme ergeben.

Allerdings hat die entscheidende Verbesserung des Panasonic-VHS gegenüber den übrigen eine durch den Kopfzylinder-Direkt-Drive-Motor bedingte Vergrößerung der Bauhöhe mit sich gebracht. Um ein so kompaktes System wie VHS entwickeln und dann in Groß-Serie bauen zu können, benötigt man sehr lange und intensive Erfahrungen in der VTR-Technologie, die National speziell in der Helical-scan-Technik seit den 50-er Jahren besitzt.

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