DE2606495C3

DE2606495C3 - Stereotonabnehmer

Info

Publication number: DE2606495C3
Application number: DE19762606495
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Hasegawa; Takuyo Kogure; Ryozi Hirakata Sato; Tetsuzo Moriguchi Yamada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2606495A1; FR2301891B1; FR2301891A1; CA1045559A; GB1523364A; DE2606495B2

Description

Nadel und der Modulationsrichtungen für die einzelnen Kanäle und

Fig. 12 eine Darstellung der Modulation für jeden Kanal bei einer Vierkanal-Schallplatte.

Fig. 1 zeigt ein piezoelektrisches Wandlerelement zum Umsetzen mechanischer Schwingungen in elektrische Signale. Das Wandlerelement hat die Form eines symmetrisch aufgebauten Schwingungselementes mit Auslegerarm. Plattenförmige piezoelektrische Wandlerelemente 1, 2 sind in Dickenrichtung polarisiert. Sie ι ο sind jeweils an einem elastischen Teil 3 befestigt und mit Ausgangsklemmen 4 verbunden.

Wenn auf die Spitze dieser Anordnung in Richtung des Pfeils ein Druck P ausgeübt wird, wird eine Spannung Verzeugt, die zum Druck Pproportional ist. is Die Beziehung zwischen Vund Pwird bestimmt durch

2 hi

worin a» eine piezoelektrische Konstante, /die Länge des Zweielementenkristalls, b seine Breite i'.id t seine Dicke ist.

F i g. 2 zeigt in einem Diagramm die in Abhängigkeit von der Schwingung f erzeugte Spannung. Bei dieser Anordnung wird keine Spannung erzeugt, wenn eine Kraft in einer Richtung senkrecht zu derjenigen Richtung einwirkt, die die höchstempfindliche Achse des Zweielementenkristalls darstellt und durch die Richtung VVangegeben wird. Ebenso erscheint keine Spannung, wenn eine Torsionskraft in Richtung der Breite an der Spitze des symmetrischen Zweielementenkristalls angreift.

Es soll nun ein piezoelektrisches Schwingelement mit den vorerwähnten Eigenschaften als Tonabnehmereinsatz für Plattenspieler verwendet werden.

F i g. 3 dient zur Erläuterung der zugrunde liegenden Prinzipien. Eine Schwingung F wird von einer Nadel 5 der Spitze eines Nadelarrns 6 übertragen. Die Schwingung wird weiter nach den Hebelgesetzen auf ein Koppelglied 7 übertragen, das senkrecht zum Nadelarm 6 angeordnet ist. Die Schwingungsübertragung erfolgt dabei an einem Hebelpunkt A. Ein piezoelektrisches Wandlerelement 8 ist derart angeordnet, daß es in der Ebene des Koppelgliedes 7 liegt und mit einem Ende mit dem Koppelglied 7 in Berührung steht, so daß die diesem übertragene Schwingung F'auf das piezoelektrische Wandlerelement 8 in Richtung seiner Dicke angekoppelt wird, wodurch man den entsprechenden elektrischen Ausgang erhält. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen der Schwingung F', die so auf das piszoelektrische Wandlerelement 8 ausgeübt wird und der Schwingung F₁ die auf die Spitze des Nadelarms 6 ausgeübt wird, gegeben durch

F' - (HL)I-

(2)

worin L der Abstand des Spitzenendes des Nadelarms vom Schwingungs-Hebelpunkt desselben ist und / der Abstand zwischen dem Schwingungs-Hebelpunkt und dem Ende des Koppelgliedes 7, das in Berührung mit dem piezoelektrischen Wandlerelement 8 steht.

Der grundsätzliche Aufbau besteht also darin, daß das piezoelektrische Wandlerelernent 8 in einer zum Schwingungs-Hebelpunkt normalen Ebene liegt, wobei der Schwingung^·-.¹ lebelpunkt im die Nadel 5 tragenden Nadelarm 6 koaxial zu diesem liegt und das eine Ende des piezoelektrischen ^.'andleielemenles in Berührung mit dem Außenuinfang des Koppelgliedes 7 steht. Die der Nadel 5 von der Tonrille übertragene Schwingung F wird also exakt auf das piezoelektrische Wandlerelement 8 übertragen, ohne daß dabei irgendwelche unnötigen Schwingungen entstehen.

Fig.4a bis 4e zeigen ein Gehäuse 10, von dem Anschlußklemmen 11a bis XXd vorstehen. Die Vorderseite des Gehäuses 10 weist zueinander senkrechte Nuten 12a und \2b auf, in denen piezoelektrische Wandlerelemente 13a und 13Z> angeordnet sind, die jeweils aus zwei piezoelektrischen Platten bestehen, die übereinander gestapelt sind und in Richtung ihrer Dicke polarisiert wurden. Die Wandlerelemente 13a und 136 sind in die Nuten 12a und 126 des Gehäuses 10 zusammen mit elastischen Teilen 14a, XAb und 15a, X5b eingesetzt, die auf die Wandlerelemente 13a und 13Z> aufgezogen werden. Anschlußdrähte 16a, 166 und 17a, 17Zj sind von den oberen bzw. unteren Oberflächen der Elemente 13a und 13Z> zu den jeweiligen Ausgangs-Anschlußklemmen 1 Xa b^v/. 1 Xdgeführt Auf die Vorderseite des Gehäuses 10 ist ein Deckel 18 »nfgesetzt.

Ein Halter 19 weist, wie in Fi>^.4e gezeigt, drei Eingriffsteile 20a bis 20c auf. Der halter 19 ist so ausgebildet, daß er vom Gehäuse 10 getragen wird, wenn er in den unteren Abschnitt des Gehäuses 10 eingesetzt wird. Der Halter 19 weist einen mit ihm einstückigen Vorsprung 21 auf, der auf die in der Figur gezeigte Weise über sein Vorderende vorsteht und auf den ein Koppelglied 22 aus elastischem Material aufgesetzt wird. Das Koppelglied 22 weist einen Mittenabschnitt 23 vergrößerten Durchmesers auf. !n seinen anderen Endabschnitt ist ein Nadelarm 24 eingepaßt, der an seiner Spitze eine Nadel 25 aufweist. Alle Einzelheiten können der Fig.4d entnommen werden. Wenn der den Nadelarm 24 über das Koppelglied 22 tragende Halter 19 in das Gehäuse 10 von seiner Unterseite her eingesetzt wird, so wird der Außenumfang des Mittenabschnitts 23 mit den Wandlerelementen 13a und 13b in Berührung gebracht.

Diese Ausführungsform ist für die Anwendung auf einen Tonabnehmer für das 45-45-System stereophoner Schallplatten bestimmt.

Fig.5 soll im folgenden zur Erläuterung der Betriebsweise dienen. Wenn die gezeigte Tonrille durch ein aufgezeichnetes Signal moduliert ist, so erfährt die Nadel 25 Schwingungen in Richtung des Pfeils F. Deshalb führt das Koppelglied 22, das in einer Ebene liegt, die normal zum Nadelarm 24 ist und dessen Schwingungs-Hebelpunkt kreuzt, Drehbewegungen um eine Achse R-R' durch. Auf diese Weise wird eine Translationsbewegung des Koppelgliedes 22 längs der Achse L-L' senkrecht zur modulierten Tonrille hervorgerufen, während eine Rotationsbewegung des Treiostückes um die Achse R-R' parallel zur modulierten Vonrille erfolgt.

Das führt dazu, daß dasjenige Wandlerelemenl, das sich längs der Achse L-L' des Koppelgliedes 22 erstreckt, in Richtung seiner Dicke schwingt und eine Spannung erzeugt, die den Stellungsschwankungen der Nadel entspricht. Das Wandlerelement, das sich längs der Achse R-R' erzeugt, führt eine Kreisbewegung in bezug auf seine Breitenrichtung durch und erzeugt daher kein elektrisches Signal. Man erkennt, daß eine einfache Konstruktion, in der die Wandlerelemente beide in der gleichen Ebene wie das Koppelglied 22 und auf sich senkrecht Zj der Tonrille erstreckenden Achsen derart angeordnet sind, daß sie mit dem Koppelglied 22 in Berührung stehen, einen Stereotonabnehmer zur Verfügung stellt, der nur sehr wenig zu Deformationen oder Übersprechen neigt.

Weiter genügt es bei diesem Aufbau, die Härte des Materials des Koppelgliedes 22 zu ändern, um eine ganze Anzahl austauschbarer Tonabnehmereinsätze zu erhalten, die an ein weites Spektrum von Anforderungen des Benutzers angepaßt sind, wobei einmal mehr Gewicht auf die Ausgangsspannung, einmal mehr Gewicht auf die Spurfolgefähigkeit gelegt werden kann, die jedoch immer verbessert ist.

Fig.6a und 6b zeigen vergrößert das Koppelglied nach der oben erläuterten Ausführungsform. Die F i g. 7a, 7b, 8a, 8b und 9a bzw. 9b zeigen abgewandelte Ausführungsformen.

Das Koppelglied 22 nach den F i g. 7a und 7b besteht aus einem Hohlzylinder 26 großen Durchmessers und einem Zylinder 27 kleinen Durchmessers. Dabei ist der Zylinder 27 kleinen Durchmessers in die Bohrung des Hohlzylinders 26 großen Durchmessers eingesetzt und hier befestigt.

Das Koppelglied i'l nach den F i g. 8a und Hb besteht aus zwei abgestuften Zylindern 28 und 29, die jeweils einen Abschnitt größeren Durchmessers haben und miteinander verklebt sind.

Das Koppelglied 22 nach den F i g. 9a und 9b hat einen Abschnitt 30 größeren Durchmessers und ein axiales Sackloch 32, das nach vorne offen ist und in das der Nadelarm 24 eingepaßt ist. Rückwärts ist ein Vorsprung 31 vorgesehen, der in eine Bohrung 33 des Halters 19 eingepaßt ist.

Derartige Aufbauten können sehr vorteilhaft für die Wiedergabe von Vielkanalschallplatten mit mehr als zwei Kanälen benutzt werden. Als Beispiel wird die Anwendung auf eine Vierkanalschallplatte (Matrixtyp) anhand der F i g. 10,11 und 12 erläutert.

Fig. 10 zeigt einzelne Kanäle und Modulationsrichtungen (oder Richtungen der Nadelbewegung) für die einzelnen Kanäle einer Vierkanal-Schallplatte vom Matrixtyp. Die Pfeile stellen die Vektoren der Nadelbewegung für die einzelnen Kanäle dar. Man erkennt Totalvektoren Lt und Rt des linken bzw. rechten codierten Signals, die für ein Zweikanalübertragungssystem zusammengesetzt sind. Man erkennt weiter Vektoren Lr. Lb. Rr und Rb für die einzelnen Kanäle einer Vierkanal-Stereophon-Aufzeichnung. Aus Fig. 10 kann entnommen werden, daß eine derartige Vierkanal-Stereophon-Schallplatte eine feste Richtungsabhängigkeit entsprechend den Bewegungsvektoren der Nadel im Querschnitt der Tonrille aufweist. Die Demodulation der Aufzeichnung dieses Typs ist somit möglich, wenn man die Wanderlelemente entsprechend dieser Richtungsabhängigkeit anordnet. Zu diesem Zweck werden die Wandlerelemente beide in der " gleichen Ebene des Koppelgliedes 7 und auch entsprechenden Achsen ch„ chi, chi und cha angeordnet, wie das in Fig. ! I zu sehen ist. Das bedeutet, daß die Wandlerelemente derart angeordnet sind, daß ihre Ausrichtung den jeweiligen Modulationsrichtungen in

' der Tonrille entspricht, wie sie in Fig. lOgezeigi sind.

Fig. 12 dient zur Erläuterung der Arbeitsweise des Tonabnehmers. In der Figur ist allein die Modulation der Achse cht (entsprechend R_n in Fig. 10) einer Vierkanal-Schallplatte vom Matrixtyp gezeigt. Dabei ist die Modulation der Tonrille durch strichpunktierte Linien angedeutet. Der Mittelpunkt der Bahn des Zentrums der Nadelspilze verändert seine Lage, wie bei O₁, Oi und Os gezeigt und die Richtung C der Schwingung der Nadelspitze bildet mit der vertikalen Mittelpunktslinie ö-ßeinen Winkel θι.

Man erkennt aus Fig. 11, daß die Schwingung C'der Nadel 5 über den Nadelarm 6 auf das Koppelglied 7 übertragen wird. Dadurch entsteht eine Kreisbewegung um die Achse cfo, die einen Winkel von 90° mit der

- · Achse ch\ bildet. Dadurch werden die Wandlerelemente, die auf der c^-Achse angeordnet sind, zu einer Schwingung in Dickenrichtung veranlaßt und erzeugen eine Ausgüngsspannung. Auf der anderen Seite werden Wandlerelemente auf der cA|-Achse in Richtung ihrer

'■ Breite schwingungsbeaufschlagt, so daß es nicht zu Übersprcch-Erscheinungen kommt. Betrachtet man die anderen Kanäle ch? und chi, so ergibt sich eine Schwingung für jeden dieser Kanäle als Resultierende einer Schwingungskomponente in Dickenrichtung und

'- einer Schwingungskomponente in Breitenrichtung. Der Mittelwert der Trennung beträgt üblicherweise -3 Decibel.

Es ist klar, daß die oben beschriebene Betriebsweise bezüglich der Gewinnung des c/?*-Signals allein

y äquivalent zur Trennung der Signale ch\ bis c/»4 vom zusammengesetzten elektrischen Signalausgang Lt und Rt ist.

Auf diese Weise kann die Demodulation einer Vierkanal-Stereophon-Aufzeichnung des Matrixtyps

4- mit einem einzigen Tonabnehmer bewirkt werden, ohne daß irgendeine Demodulierschaltung erforderlich wird.

Hierzu 5 Blatt

Claims

Patentansprüche:

1. Stereotonabnehmer mit zwei stabförmigen piezoelektrischen Wandlerelementen und mit einer Nadel, die an einem Ende eines Nadelarms befestigt ist dessen anderes Ende in ein an die Wandlerelemente angreifendes Koppelglied eingreift dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (7, 22) eine im wesentlichen zylindrische, langgestreckte Form mit einem Mittenbereich größeren Durchmessers als die beiden Endbereiche hat sowie einends auf das nadelferne Ende des Nadelarms (6, 24) koaxial aufgesteckt und mit dem anderen Ende am Tonabnehmergehäuse befestigt ist und daß die Wandlerelemente (1, 2; 13a, 13b) in einer zur Achse des Nadelarms normalen Ebene, radial von der Achse wegweisend, angeordnet sind und einends am Mittenbereich des Koppelgliedes angreifen.

2. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Koppelglied (22) aus einem Hohlzylinder (26) großen Durchmessers und einem längeren Zylinder (27) kleinen Durchmessers besteht, der in den Zylinder großen Durchmessers eingesetzt ist (F i g. 7a, F i g. 7b).

3. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Koppelglied (22) aus zwei abgestuften Zylindern (28, 29) besteht deren Abschnitte großen Durchmessers zur Bildung des Mittenbereiclic (23) Endfläche an Endfläche miteinander verbunden sind (Γ i g. 8a, Γ i g. 8b).

4. Tonabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ßefesi'iung des Koppelglieds am Tonabnehmergehäuse über einen lösbar in das Gehäuse (10) eingepaßten Halter (19) erfolgt (Fig.4d,4e).

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stereotonabnehmer mit zwei stabförmigen piezoelektrischen Wandlerelementen und mit einer Nadel, die an einem Ende eines Nadelarms befestigt ist, dessen anderes Ende in ein an die Wandlerelemente angreifendes Koppelglied eingreift.

Es sind schon Tonabnehmer bekannt (DE-OS 47 115), bei denen piezoelektrische Wandlerelemente Verwendung finden. Um die beiden Modulationen einer stereophonen Aufzeichnung abtasten zu können, die zueinander senkrecht stehen und mit der Hauptebene des Aufzeichnungsträgers einen Winkel von 45° Bilden, werden die Schwingungen der am Ende eines Nadetanns befestigten Nadel auf die Wandlerelemente durch ein am anderen Ende des Nadelarms befestigtes Koppelglied übertragen. Als Koppelglied ist ein V-förmiges Glied vorgesehen, auf dem die pezoelektrischen Wandlerelemente derart nachgiebig befestigt sind, daß sie in der Richtung der Längsarme des V-förmigen Gliedes in Abhängigkeit von den Schwingungen der Nadel zusammengedrückt und gedehnt werden können. Dabei wird jeweils in Abhängigkeit von den Modulationen, die in einer Ebene der Rille aufgezeichnet sind, der eine Arm in der Richtung seiner Längsachse zusammengedrückt bzw. gedehnt, vährend diese Schwingungen den anderen Arm in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsachse auslenken. Die piezo-

elektrischen Wandlerelemente sind U-förmig und in die Arme des V-förmigen Gliedes eingebettet oder auf diese aufgeklebt

Derartige Stereotonabnehmer vermögen zwar die auf die die Aufzeichnung abtastende Nadel übertragenden mechanischen Schwingungen mit hohem Wirkungsgrad und hoher Wiedergabetreue in elektrische Signale umzusetzen. Insbesondere bei der Verwendung piezoelektrischer Wandlerelemente, die aufgrund der erzeugten hohen Ausgangsspannung, des einfachen Aufbaus und der leichten Herstellung vorteilhaft sind, ist jedoch die Spurfolgefähigkeit (Tracking) gering. Eine gute Spurfolgefähigkeit ist aber insbesondere für die gute Wiedergabe des Hochfrequenzbereiches bei Vierkanalschallplatten unerläßlich.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, für den Tonabnehmer einen Aufbau vorzuschlagen, der eine verbesserte Spurfolgefähigkeit ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Koppelglied eine im wesentlichen zylindrische, langgestreckte Form mit einem Mittenbereich größeren Durchmessers als die beiden Endbereiche hat, sowie einends auf das nadelferne Ende des Nadelarms koaxial aufgesteckt und mit dem anderen Ende am Tonabnehmergehäuse befestigt ist, und daß die Wandlerelemente in einer zur Achse des Nadelarms normalen Ebene, radial von der Achse wegweisend, angeordnet sind und einends am Mittenbereich des Koppelglieds angreifen.

Eine solche Ausbildung und Anordnung von Koppelglied und Wandlereiementen im Tonabnehmer erbringt nicht nur die bekannten Vorteile der Verwendung piezoelektrischer Wandlerelemente. Es wird vielmehr auch eine Hifi-Wiedergabe von Stereotonaufzeichnungen ermöglicht Das gilt ganz besonders auch für Vierkanalschallplatten. Übersprecherscheinungen sind vermieden. Eine hohe Ausgangsspannung ist erzielt. Insbesondere ergibt sich eine hohe Tontreue, und zwar auch im Hochfrequenzbereich.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform eines bekannten piezoelektrischen Wandierelementes,

Fig.2 schematisch die in Abhängigkeit von einer Schwingung /"erzeugte Spannung V,

Fig.3 eine Ansicht des grundsätzlichen Aufbaus gemäß der Erfindung,

Fig.4a eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführengsform,

F i g. 4b einen Schnitt bei Linie X-X' von F i g. 4a,

Fig. 4c einen Schnitt bei Linie Y- Y' von F i g. 4a,

Fig.4d eine Explosionsansicht der ersten Ausführungsform,

F i g. 4e in größerem Maßstab eine perspektivische Ansicht des Halters nach der ersten Ausführungsform,

F i g. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform,

F i g. 6a und 6b vergrößert ein Koppelglied nach der ersten Ausführungsform,

F i g. 7a und 7b vergrößert ein Koppelglied nach einer zweiten Ausführungsförm,

F i g. 8a und 8b vergrößert ein Koppelglied nach einer d'iiten Ausführungsform,

F i g. 9a und 9b vergrößert ein Koppelglied nach einer vierten Ausführungsform,

Fig. 10 eine Ansicht zur Darstellung der einzelnen Kanäle und der Modulationsrichtungen an einer Vierkanal-Schallplatte,

F i g. 11 eine Ansicht der Schwingungsrichtungen der