Musik auf Draht – Die Geheimnisse der Tonbandmaschine, Teil 1
Mitunter genügt schon simpler Draht, um Musik- und Technikfans zu faszinieren: Tatsächlich darf ein magnetischer Eisendraht als Startschuss für die Entwicklung des Tonbandgeräts gelten. In einer dreiteiligen Serie beleuchten wir die Jahrzehnte von der Entstehungs- bis zur Glanzzeit der schweren Bandmaschinen – und sogar noch darüber hinaus, denn das Thema Tonband ist in analogen Kreisen wieder schwer angesagt! Lesen Sie im Teil 1 unserer Serie, wie ein uralter Wunschtraum der Menschheit auf „berauschende“ Art und Weise Wirklichkeit wurde.
Es war in den 1870er Jahren. Gleich mehrere Erfinder arbeiteten darauf hin, ein Geräusch, den Klang eines Instruments oder das gesprochene Wort in seiner Natur – also Schall – „festhalten“ zu können. Als Erster war es Thomas Alva Edison, der mit seinem 1877 erfundenen Phonographen Schallwellen auf mechanische Weise in eine Zinnfolie grub, die sich auf einer Walze bewegte. Aber auch Oberlin Smith, der von Edison einen solchen Phonographen gekauft hatte, kam schon 1878, nur ein Jahr später, auf die Idee, Tonfrequenz-Aufzeichnungen mithilfe des damals neu entdeckten Elektro-Magnetismus zu erstellen.
Oberlin Smith verfolgte den Gedanken, anstelle einer mechanischen Verformung die Schallschwingungen mithilfe eines Mikrofons in elektrische Signale zu wandeln und diese – unter Einwirkung eines ihnen dadurch entsprechenden Magnetfeldes – durch Magnetisierung eines in die Länge gezogenen Dauermagneten zu speichern. An dieser Stelle kommt der „magnetische Eisendraht“ ins Spiel, ein Baumwollfaden, in den magnetisierbarer Metallstaub eingesponnen war. Zur Wiedergabe sollte der mit den Tönen magnetisierte Draht (oder Faden), wenn er wieder durch eine Spule gezogen wurde, in dieser eine Spannung erzeugen, die man in einem Kopfhörer hörbar machen konnte. 1888, zehn Jahre nach seiner ersten Ankündigung, veröffentlichte Oberlin Smith schließlich das theoretische Prinzip seiner „Magnetton-Apparatur“.
So weit die Theorie.
Im Jahr 1898 erfand der Däne Valdemar Poulsen unabhängig von Smith nicht nur erneut die magnetische Signalspeicherung, sondern baute auch gleich das erste funktionsfähige Gerät. Auf der Pariser Weltausstellung im Jahre 1900 stellte Poulsen sein „Telegraphon“ vor, eine Sensation der Veranstaltung (die ersten auf diese Weise erhaltenen Sprachdokumente sind in digitaler Form archiviert.) Der Informationsträger bestand aus homogenem Stahldraht von 1 Millimeter Durchmesser und 100 Meter Länge, spiralförmig auf einer Trommel befestigt, die sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 Meter pro Sekunde drehte. Der für das „Besprechen“ und „Hören“ zuständige elektrische Magnetkopf war umschaltbar für die drei Betriebsarten „Aufnahme“, „Wiedergabe“ und „Löschen“.
Aufgenommen wurde mit einem direkt angeschlossenen Mikrofon, abgehört mit einem ebenfalls direkt angeschlossenen Kopfhörer. Das Löschen geschah durch das Anlegen eines Gleichstroms an die Kopf-Spule. Auf diese Weise wurde der Draht gleichmäßig magnetisiert – es war kein Ton mehr zu hören. Poulsen verfeinerte schließlich sein Gerät und konstruierte 1901 eine Vorrichtung, in der ein 3 Meter breites und 0,05 Millimeter dickes Band aus homogenem Stahl durch einen Magnetkopf lief. Die maximale Aufnahmedauer konnte nun durch ein Aufwickeln des Bandes erheblich erweitert werden. So wurde aus dem Trommel- ein Spulengerät.
Ein Syndikat unter der Leitung der Firma Mix & Genest AG übernahm kurz darauf die Aufgabe, 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 diesen Magnettongeräten nach kurzer Euphorie zurück, die Fertigung sowohl bei Mix & Genest als auch bei inzwischen in den USA entstandenen Unternehmen musste eingestellt werden. Gründe dafür waren in erster Linie die unbefriedigende Qualität der Wiedergabe – denn geeignete Verstärker (Röhren) gab es zu dieser Zeit noch nicht –, aber auch das pure Gewicht der Tonträger: Allein der Stahldraht bzw. das Stahlband für 20 Minuten Spieldauer wog etwa 80 Kilogramm.
HiFi am laufenden Band
Zwei technische Meilensteine sorgten dafür, dass die Magnetaufzeichnung später wieder enorm an Bedeutung gewann. Zum einen ermöglichte die Erfindung der Elektronenröhre, geeignete Röhrenverstärker zu konstruieren. Zum anderen war es das 1928 vom Papierfabrikanten Pfleumer erfundene, von der IG Farben, Werk Ludwigshafen, zur Serienreife entwickelte 6,5 Millimeter breite Papierband, das durch ein spezielles Verfahren mit Eisenpulver beschichtet wurde. Das Magnetband war preiswert herzustellen, besaß ein geringes Gewicht und konnte einfach geschnitten und geklebt werden. Den Transport dieses neuen Bandes übernahm erstmalig auf der Berliner Funkausstellung 1935 ein Magnetbandgerät: AEG präsentierte das Magnetophon K1. Für den Bandantrieb im Laufwerk waren drei Motoren zuständig: einer für die konstante Bandgeschwindigkeit von 1 m/s im Bereich der Magnetköpfe und je ein Motor für die Auf- und die schnelle Rückwicklung des Bandes.
Premiere feierten ebenfalls spezielle Ringmagnetköpfe als elektrisch-magnetische Wandler für Aufzeichnungen und Abtastung. Sie wurden 1933 von Eduard Schüller erfunden, dem späteren Leiter der Magnetton-Entwicklung im Hause AEG. Hier diente ein für Aufnahme und Wiedergabe umschaltbarer zweistufiger Röhrenverstärker zur Verstärkung der aufzusprechenden Ströme bzw. der abgetasteten Spannungen.
Aller Anfang ist Rauschen
Der Nachteil dieser auf der Funkausstellung vorgestellten Tonbandmaschine war das sehr starke Rauschen der Aufzeichnung. Da man es jedoch von den damals erhältlichen Schellackplatten gewohnt war, maß man dieser Eigenschaft keine übermäßige Bedeutung zu. Eine physikalische Begründung war auch schnell gefunden: Die zu magnetisierenden Eisenkristalle brauchten eine gewisse Energie, um vom Zustand „positiv magnetisiert“ in den Zustand „negativ magnetisiert“ überzugehen. Dieses „Kippen“ erzeugte das Rauschen.
Der Lösung des Problems kam im Jahre 1940 der Zufall zu Hilfe. Beim Aufbau eines Aufnahmeverstärkers unterlief dem Konstrukteur ein kleiner Fehler – mit weitreichenden Folgen: Eine Gegenkopplung wurde zur Mitkopplung, und das Gerät schwang mit einer sehr hohen, nicht hörbaren Frequenz. Es waren die Ingenieure Hans Joachim von Braunmühl und Walter Weber, Mitarbeiter der Reichsrundfunk-Gesellschaft, die gerade die „Hochfrequenz-Vormagnetisierung“ des Bandes erfunden hatten. Durch diese unhörbar hohe Frequenz wurden die Eisenkristalle bei der Aufnahme so „durchgeschüttelt“, dass durch sehr leise Töne selbst die kleinste Magnetisierung hörbar gemacht werden konnte. Vergleicht man die Eisenkristalle mit Zuckerkristallen, wurde aus Kandiszucker quasi Streuzucker. Das Band wurde magnetisch „geschmeidig“, das Rauschen verschwand fast – und die aufzuzeichnende Audio-Frequenz konnte sogar bis etwa 10 000 Hertz erhöht werden. Mit diesen Merkmalen blieb die „Hochfrequenz-Vormagnetisierung“, wie das Verfahren im Sprachgebrauch heißt, bis zum Aufkommen digitaler Techniken auch im Vergleich mit anderen Tonfrequenz-Aufzeichnungsverfahren unübertroffen. Es wurden nur im Laufe der Zeit weitere Verbesserungen an Geräten und Bandmaterial vorgenommen.
Am 10. Juni 1941 wurde in einer Vorführung im Berliner Ufa-Palast das HF-Magnetophon und damit hergestellte Sprach- und Musikaufnahmen Fachleuten vorgestellt. Dessen Qualität konnte unmittelbar überzeugen, und so bereitete man gleich darauf die Anwendung des neuen Schallaufzeichnungsverfahrens in Rundfunk-, Tonfilm- und Schallplattenstudios vor.
Zweispurige Audiobahn
Walter Weber war es auch, der 1942 die erste Magnetband-Apparatur für zweikanalige Aufnahmen konstruierte und damit den Grundstein für die stereofone („räumliche“) Wiedergabe legte. Auf der Breite des Bandes ließen sich – mit geeignetem Tonkopf – zwei Spuren übereinander anordnen, die gleichzeitig bespielt und abgehört werden konnten. Diese Spuren wurden dem linken und rechten Kanal zugeordnet – die Stereo-Aufzeichnung war erfunden. Nach dem Fall der Mauer wurden übrigens in Russland einige derart bespielte Bänder wiedergefunden, konnten erfolgreich digitalisiert und somit „gerettet“ werden. Es sind die ältesten erhaltenen Stereoaufnahmen der damaligen Reichs-Rundfunk-Gesellschaft.
Je enger der Spalt, desto fideler die Klänge
Seit 1936 das Magnetophon K2 auf den Markt gekommen war, hatte für lange Zeit die Bandgeschwindigkeit 76,2 Zentimeter pro Sekunde betragen. Diese Geschwindigkeit war nötig, um auch hohe Töne des Audio-Signals aufzeichnen zu können. Nachdem man im Jahre 1965 die HiFi-Norm 45500 verabschiedet hatte, wurde nun insbesondere für die Entwicklung der Tonband-Aufzeichnungstechnik das Zusammenspiel von Geschwindigkeit und Kopfspaltbreite entscheidend. So wird es in der kommenden Ausgabe darum gehen, wie die magnetische Tonaufnahme an Qualität gewinnt, indem der Spalt noch enger wird, obwohl die Geschwindigkeit abnimmt und das Band dünner wird – und dadurch die Spieldauer steigt.
