1.1.) Die Schallplatte.


Geschichte:

Der Amerikaner Thomas Alva Edison, der auch die Glühlampe erfand, gilt als der Erfinder der Schallplatte.
Streng genommen ist dies falsch, denn er zeichnete seine Toninformation auf einer Walze in Wachs und nicht auf einer Platte auf.
Die Idee eine Platte zu benutzen, geht auf den amerikanischen Physiker Charles Sumner Tainter und den Deutschen Emil Berliner zurück. Später diente gehärteter Ruß auf einer Glasplatte, Schellack und schließlich Polyvinylchlorid (PVC- Vinyl) als Trägermaterial.
Der Siegeszug der Schallplatte begann nach dem ersten Weltkrieg (ab 1920). Bis in die späten 70er Jahre hinein war die Schallplatte das Hauptverbreitungsmedium für Musik, bevor Cassetten und die CD eine größere Rolle zu spielen begannen.
Man unterschied Platten, auf denen nur ein Lied pro Seite war ("Single") von Platten, auf denen mehrere Lieder waren ("Langspielplatte" - LP).
Die Platten waren auf beiden Seiten bespielt. Die Spieldauer betrug bei LPs etwa 20 Minuten pro Seite.
(Nähere Details findet man unter http://de.wikipedia.org/wiki/Schallplatte#Vorgeschichte)

Eine Langspielplatte

Funktionsprinzip:

Die Schallplatte ist eines der ältesten Verfahren zur Aufzeichnung von Musik. Die Schallsignale sind dabei auf einer runden "Trägerplatte" von außen nach innen auf einer Spiralbahn eingeprägt.
Vielleicht kennst Du das Experiment zur Aufzeichnung der Schwingung einer Stimmgabel auf einer berußten Glasplatte. Dabei wird die Rußschicht von der Schreibspitze der Stimmgabel weggekratzt, eine Rille entsteht, welche die Toninformation enthält. Die Toninformation ist aufgezeichnet.
Würde der Schreibzinken der Stimmgabel mit der gleichen Geschwindigkeit noch einmal genau durch die Rille geführt, dann würden die Zinken der Stimmgabel noch einmal exakt gleich schwingen. (Wiedergabe)
Genau dieses Prinzip nutzt auch die Schallplatte: Ein Tonabnehmer folgt der Rillenspur. Dabei werden die mechanischen Bewegungen der Nadel in elektrische Signale umgewandelt, die man verstärken und dann über einen Lautsprecher wiedergeben kann.
Nur bei Grammophonen erfolgte die Wiedergabe direkt durch die mechanische Anregung einer Membran mit einer in der Rille laufenden Nadel.

Die Schallplatte und die Kreisbewegung

  • Eine Langspielplatte dreht sich mit konstant 45 Umdrehungen pro Minute.
    Wie groß ist die Bahngeschwindigkeit des Tonabnehmers beim ersten Lied (14,5 cm Radius) und beim letzten Lied (6,5 cm Radius)?

Bei der Wiedergabe einer Langspielplatte (LP) dreht sich der Plattenteller mit konstant 45 Umdrehungen je Minute. Die Drehfrequenz ist also 45 / 60 s = 0,75 Hz. Die Periodendauer T (Zeit für einen Umlauf) beträgt dann T = 1 / f = 4/3 s = 1,3 s.
Der Tonabnehmer beginnt außen (r = 14,5 cm) mit dem Abtasten des ersten Liedes und endet in einer Spirale innen beim letzten Lied (r = 6,5 cm).

Nun gilt:
Gleichungen der Kreisbewegung
Da sich der Radius r der Kreisbahn sich verändert, verändert sich dabei auch die Geschwindigkeit v mit der der Tonabnehmer die Rillen abtastet: er läuft außen (erstes Lied) schneller als innen (letztes Lied).
Außen beträgt die Abtastgeschwindigkeit 0,68 m/s innen nur 0,31 m/s

Wo ist der Tonabnehmer nach der Hälfte der Spielzeit?

Nach etwa 1,3 s hat sich die Platte genau einmal unter dem Tonabnehmer gedreht und die Abtastnadel ist am Ausgangspunkt zurück. (Wir sehen davon ab, dass sie auch ein kleines Stück weiter nach innen gewandert ist.)
Dies ist weiter außen genau so wie weiter innen.
Weiter außen hat die Nadel zwar eine größere Bahngeschwindigkeit, muss aber auch eine größere Strecke zurücklegen. Innen ist die Strecke für einen Umlauf kleiner, aber auch die Bahngeschwindigkeit. Das Verhältnis von Bahngeschwindigkeit v und Radius r ist überall auf der Platte gleich.

Daher ist der Tonabnehmer nach der Hälfte der Spielzeit auch genau in der Mitte des bespielten Teils.
Dabei nimmt der bespielte Teil etwa 8 cm Breite ein. Der Abstand von der Mitte ist dann 6,5 cm + (8 cm / 2) = 10,5 cm.

Ausschnitt aus einer Schallplatte

Bei diesem Ausschnitt aus der Platte "Bochum" von Herbert Grönemeyer kann man dies deutlich erkennen:
Der Spurbereich des ersten Liedes "Bochum" (3:46) - ganz außen auf der Platte - ist etwa gleich breit wie der Bereich des letzten Liedes "Amerika" (3:28) - ganz innen auf der Platte.
Auch das dritte Lied "Flugzeuge im Bauch" hat eine ähnlich breite Spur (Spieldauer 3:51).
Das längste Lied ist das Lied Nr. 4 von außen "Alkohol" (4:27), das auch den breitesten Spurbereich hat.
Der Spurbereich des zweiten Liedes "Männer" (3:58) ist ein klein wenig breiter als der von Lied 1 (3:46) und Lied 3 (3:51).


Weitere Informationen zum Thema: http://de.wikipedia.org/wiki/Schallplatte

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