Die Rückkehr der Bandmaschine

Nachdem sie bei Einführung der Digitaltechnik beinahe komplett in Vergessenheit geraten wäre, erlebt die Bandmaschine heute ein regelrechtes Revival. So manches Tonstudio holt die alten Schätzchen wieder aus der Mottenkiste und macht sie flott für den teil- oder reinanalogen Produktionsworkflow. Doch längst nicht alle wissen noch, wie die dahinterstehende Technik funktioniert und wie eine Bandmaschine eingemessen wird. Uli Apel klärt auf.

von Uli Apel

Im Jahr 1898 erfand der Däne Valdemar Poulsen die magnetische Signalspeicherung und er baute auch den ersten funktionsfähigen Prototypen einer nach diesem Prinzip arbeitenden Maschine. Auf der Pariser Weltausstellung im Jahre 1900 stellte er sein Telegraphon vor, eine Sensation der Veranstaltung. Der Informationsträger bestand aus homogenem Stahldraht von 1 mm Durchmesser und 100 m Länge, spiralförmig auf einer Trommel befestigt, auf der er mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 m/s abläuft. Der Magnetkopf war umschaltbar für die drei Betriebsarten „Aufzeichnung“, „Wiedergabe“ und „Löschen“.
1902 erhielt Poulsen ein Patent auf die von ihm entwickelte Gleichstrom-Vormagnetisierung, welche bis zur Einführung der HF-Vormagnetisierung im Jahre 1940 Stand der Technik auf dem Gebiet der magnetischen Vorbehandlung des Informationsträgers während des Aufzeichnungsvorgangs war.
Nach dem Trommelapparat konstruierte er 1901 den Spulenapparat mit einem 3 mm breiten und 0,05 mm dicken Band aus homogenem Stahl als Informationsträger. Die maximale Aufnahmedauer beträgt bei ca. 2 m/s Band-Geschwindigkeit max. 16 min. Im Gegensatz zum Trommelapparat, bei dem durch die Konstruktion des Magnetkopfes der Draht in Längsrichtung magnetisiert wurde, erfolgte hier die Magnetisierung quer zur Laufrichtung.
Als Urknall auf dem Wege zur heutigen Bedeutung der Magnetaufzeichnungen ist rückwirkend das Erscheinen des Magnetbandgerätes Magnetophon K1 der AEG auf der Berliner Funkausstellung im Jahre 1935 anzusehen. Es verwendete erstmalig als Informationsträger das 1928 von Fritz Pfleumer erfundene, von der IG Farben, Werk Ludwigshafen, zur Serienreife entwickelte 6,5 mm breite Magnetband. Dieses war zunächst ein mit Eisenpulver beschichtetes Papierband. Später wurde dünnes Kunststoffband verwendet, in das das Eisenpulver quasi eingeschmolzen wurde. Dieses Band zeichnet sich vor allem aus durch preiswerte Herstellung, Anwendbarkeit verschiedener, jeweils optimaler Speichermaterialien (Eisen, Chromdioxid) sowie die Möglichkeit des einfachen Schneidens und Klebens. Die Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin – besser bekannt als AEG – begann darauf mit der Herstellung professioneller Studio-Bandmaschinen.

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Vom Arbeitspferd zum Klangveredler

In der Vergangenheit war das Studiotonbandgerät das Arbeitsmittel zur Konservierung und Gestaltung von Tondokumenten durch eine möglichst naturgetreue Aufzeichnung und der Möglichkeit des Eingriffs in den zeitlichen Ablauf einzelner Sequenzen durch Schneiden und Kombinieren verschiedener Aufnahmepassagen. Im Laufe der Zeit wurden die Spurenzahl und die Breite des Bandes vergrößert, die Bedienung der Geräte durch Mikroprozessoren erleichtert. Im Hintergrund lief in den Entwicklungsabteilungen der Band- und Gerätehersteller die Optimierung von Bändern, Köpfen und Schaltungen im wahrsten Sinne des Wortes auf Hochtouren, denn es wurde immer nach mehr Rauschfreiheit und einem möglichst linearen Frequenzgang gestrebt.

Dann kam die Digitaltechnik: Die analogen Geräte wanderten ins Lager oder auf den Schrott und nur ein paar Liebhaber, die sich an drehenden Spulen erfreuten, hielten der Tonbandtechnik die Stange. Doch heute, im Zeitalter der bandlosen digitalen Bearbeitung und Speicherung wird genau dieser analoge Klang wieder gewünscht, um einer digitalen Produktion ein wenig „liebenswerte Rundungen“ durch winzige technische „Unzulänglichkeiten“ aus der Vergangenheit hinzuzufügen. Diese, wie wir heute wissen, wirklich minimalen Unzulänglichkeiten gab es bei der Magnetaufzeichnung aus physikalischen und herstellerspezifischen Gründen zur Genüge. Durch Einstellungen und Justierungs-Möglichkeiten an Plug-in-Emulationen und Hardware-Bandgeräte-Simulatoren wird heute probiert, ein für die Produktion angenehmes ur-analoges Klangbild zu schaffen – mal mit mehr, mal mit weniger authentischem Sound.
Mittlerweile gehen einige Tonstudios so weit, die alten Bandmaschinen wieder aus der Mottenkiste zu holen, sie zu restaurieren und wieder für Teile der Produktion (Stem-Mastering, die Aufnahme oder die Färbung einzelner Spuren) oder gar den gesamten Prozess einzusetzen (siehe beispielsweise die reinanaloge Produktion von Krischan Kunkel mit der Newcomerband Serge in der Professional audio 04/2014). Tatsächlich erleben wir in diesen Tagen die Rückkehr der Bandmaschine. Dies geschieht vor allem aufgrund der bereits beschriebenen klangästhetischen Gründe, ein analoger Workflow wird aber auch von den aufnehmenden Musikern oft als extrem angenehm und entschleunigend empfunden. Wer hätte das zu Zeiten, als sich die Digitaltechnik etablierte, für möglich gehalten?

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Wie funktioniert eine Bandmaschine?

Hier nun zunächst ein Blick auf die Theorie für alle, die sich heute oder in Zukunft mit der Kombination von Köpfen und Elektronik einer echten „Senkelmaschine“, wie sie liebevoll genannt wird, beschäftigen möchten. Zur erweiterten Praxis und Handhabung werde ich in einer der kommenden Professional audio-Ausgaben einen Workshop verfassen.

Die Magnettonköpfe
Vom prinzipiellen Aufbau sind Aufnahme- Wiedergabe- und Löschköpfe alle gleich: Es handelt sich um sogenannte Ringkernköpfe, deren dem Band zugewandte Seiten durch einen schmalen Spalt unterbrochen sind. Die Spalteinlage ist ein unmagnetisches Material wie zum Beispiel Kupfer oder Glimmer. Die Zone um den Spalt ist bogenförmig fein geschliffen. An dieser Spiegelfläche gleitet das Band mit seiner Magnetschicht vorbei.

Der Aufnahmekopf soll die von einem speziellen Verstärker gelieferten Audio-Signale als Magnetisierung aufs Band übertragen. Der Wiedergabekopf soll aus den an ihm vorbeigleitenden Magnetfeldern wiederum eine Spannung erzeugen. Der Löschkopf schließlich entmagnetisiert das Band durch ein sehr starkes HF-Magnetfeld.

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Die Aufnahme
Wegen der nichtlinearen Kennlinie der magnetisierbaren Bandschicht ist für den Aufnahmevorgang eine Vormagnetisierung notwendig, ähnlich der Gittervorspannung bei Röhrenverstärkern. Diese Vormagnetisierung geschieht durch Hochfrequenz, die dem aufzunehmenden Audio-Signal zugefügt wird. (Ein tieferes Eingehen auf die Hintergründe dieses Verfahrens würde den Artikelumfang sprengen.) Diese Hochfrequenz – im Bereich von 80 bis 200 kHz – wird nur sehr schwach mit aufgezeichnet und ist bei der Wiedergabe nicht hörbar. Sie dient nur dazu, im Moment der Aufnahme den richtigen Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie des Bandes festzulegen. Dieser Arbeitspunkt liegt bei jedem Bandtyp an einer anderen Stelle und ist je nach Einstellung direkt für einen bestimmten Klang – aber auch für ein bestimmtes Rauschen – verantwortlich. Daher auch die Angabe auf vielen Maschinen: „Eingemessen auf Band Type LGR… oder PER…“. Mit dieser Einstellung kann sehr stark auf die Güte der Aufzeichnung Einfluss genommen werden. Soll möglichst naturgetreu aufgenommen werden, ist es wichtig, zu wissen, auf welches Band die entsprechende Maschine eingemessen wurde, denn ein Wechsel auf ein anderes Band hat direkten Einfluss auf die Klangqualität.

Das Einstellen der Vormagnetisierung geschieht anhand der technischen Daten, die jedem Band mitgegeben wurden. Diese Daten geben den individuellen Arbeitspunkt an. Daten von älteren Bändern lassen sich jedoch nicht immer recherchieren. Abhilfe schafft hier nur die Einstellung nach einer Faustformel (siehe weiter unten) oder die Justierung auf ein Klirrfaktor-Minimum.

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Der Aufnahmekopf
Noch ein weiteres Kriterium ist für die Qualität der Aufzeichnung verantwortlich: Das Eisen, aus dem der Kopf besteht. Hier muss ein Material verwendet werden, das nur geringe Ummagnetisierungs-Verluste verursacht. Bekannt sind Kopfkerne aus Weicheisen oder Ferrit. Weicheisen bietet hervorragende Rauschabstände, ist aber – wie der Name schon sagt – weich und nutzt sich daher schneller ab. Ferrit hingegen ist sehr hart, rauscht aber um 2 bis 3 dB mehr. Zur weiteren Herabsetzung etwaiger Verluste ist der Weicheisen-Kopfkern aus dünnen Lamellen geschichtet, eine Bauweise, die man sich auch beim Transformatorenbau zu Nutzen macht. Hierbei ist vom Hersteller darauf zu achten, dass der Spalt absolut gerade ist, denn die Qualität der Aufzeichnung hängt, wie viele annehmen, nicht allein von der Breite des Spalts, sondern vielmehr von der Ebenheit der Kante ab, an der das magnetisierte Band den Kopf verlässt.
Außerdem befindet sich auf der Rückseite des Kopfes ein zusätzlicher Luftspalt, der für eine gleichmäßigere Magnetisierung des Bandes und für eine Herabsetzung von remanentem Magnetismus sorgt. Dieser erzeugt nämlich unter anderem zusätzlich ein Rauschen. Die Wicklung eines Aufnahmekopfes ist recht niederohmig. Sie hat in der Regel einen Widerstand von 5 bis 20 Ohm.

Der Wiedergabekopf
Dieser ist, wie schon erwähnt, ähnlich dem Aufnahmekopf aufgebaut, doch mit zwei sehr wichtigen Unterschieden: Der dem Tonband zugewandte Spalt muss außerordentlich schmal sein und er muss einen sehr großen magnetischen Widerstand im Vergleich zum Kopfkern haben. Letzteres wird erreicht durch Verjüngen des Kernquerschnitts auf einige Zehntel Millimeter.

Durch den Magnetismus des am Kopf vorbeilaufenden Bandes wird in der Wicklung eine Spannung erzeugt. Genaugenommen entsteht sie durch einen magnetischen Kurzschluss der Kraftlinien im Band und dem Kern des Kopfes. Daher die Größe „Kurzschlussfluss“, die in vielen technischen Datenblättern angegeben wird. Zusammengefasst sind für den Wiedergabekopf folgende Kriterien wichtig:

  • winzige Spaltbreite
  • geringe Eigenkapazität, damit in Verbindung mit der Induktivität keine Resonanzen im Hörbereich entstehen
  • gute, magnetische Abschirmung gegenüber äußeren Störfeldern
  • Schwachstellen im System

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Der Omega-Gang
Wenn beim Wiedergabevorgang ein Band mit verschiedenen Frequenzen aber gleichem Magnetismus am Kopf vorbeiläuft, so steigt mit steigender Frequenz gemäß dem Induktionsgesetz die induzierte Spannung – bei doppelter Frequenz ergibt das auch etwa die doppelte Spannung. Dies geht aber physikalisch bedingt, nicht linear über den gesamten hörbaren Frequenzbereich vor sich. Ab einer bestimmten Frequenz rücken die auf dem Band befindlichen Magnetpole so nah zusammen, dass sie in der Schicht des Bandes verschwinden und keine Induktion nach außen in den Kopf hinein erzeugen. Nun kann mit der entsprechenden Entzerrung im Wiedergabeverstärker eingegriffen werden. So lässt sich der Frequenzgang recht gut linearisieren.

schnittbild_w-kopf_webDer Spalteffekt
Dennoch ist da ein weiterer Effekt, der für eine endliche Wiedergabe von hohen Frequenzen sorgt: Der Spalteffekt. Hierbei kommt der Begriff Bandwellenlänge zum Tragen. Es handelt sich dabei um eine Größe, welche die Abhängigkeit zwischen der maximal aufzeichenbaren Frequenz, der Bandgeschwindigkeit und der Spaltbreite des Wiedergabekopfes beschreibt. Wenn ein Band zum Beispiel mit der Geschwindigkeit von 9,5 cm/sec läuft, so hat es bei 16 kHz eine Bandwellenlänge von 6 µm. (95 mm: 16.000 Hz = 0,0059 mm). Hat nun der Wiedergabekopf genau diese Spaltbreite, so passt ein kompletter magnetischer Wellenzug in den Spalt – es erfolgt keine Spannungsinduktion und demzufolge keine Wiedergabe. Der Spalt muss also kleiner gemacht, die Bandgeschwindigkeit erhöht werden.

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Im niederfrequenten Bereich gibt es aufgrund der Physik ebenfalls Unzulänglichkeiten in der Linearität der Wiedergabe. Hier spielt uns abermals die Bandwellenlänge ins Handwerk. Es ist diesmal nicht der Spalt, der für Welligkeit sorgt, sondern das gesamte Kopfpaket, das mit dem Band in Berührung kommt. Ein Rechenbeispiel: Angenommen, das Band berührt den Kopf auf einer Länge von 5 mm und läuft an diesem mit einer Geschwindigkeit von 19 cm/s vorbei, so ergibt sich: 190 mm : 5 mm = 38 Hz. Das heißt, bei 38 Hz hat der Frequenzverlauf sein Maximum und bei 76 Hz folglich – ein gesamter Schwingungszug passt auf das Kopfpaket – sein Minimum.

Einmessen der Bandmaschine

Aus den zuvor aufgeführten theoretischen Erklärungen lassen sich nun Tipps für das praktische Einmessen einer Maschine ableiten. Wichtig ist immer wieder der Hinweis, dass durch einen falschen Abgleich zwar nichts zerstört werden kann, man sich aber schnell im Kreis dreht, wenn man einmal die Reihenfolge der Einstellungen verlässt. Wichtig: ohne Bezugsband ist die genaue Einmessung einer Maschine leider nicht möglich.

Einmessen des Wiedergabeteils
Beginnen wir mit der Wiedergabe, denn die wird für die später folgende Einstellung der Aufnahme gebraucht. Wie zuvor erwähnt, ist die Einstellung der Wiedergabe von den vorhandenen Möglichkeiten (Trimmern) seitens des Herstellers abhängig. Hier werden je nach Schaltungsdesign, beispielsweise zwei Trimmer für die Höhenwiedergabe und ein Trimmer für die Tiefenwiedergabe angeboten. Das Abgleichen ist manchmal recht mühsam, weil die einzeln aufgezeichneten Frequenzblöcke auf dem Messband in der Regel nur sehr kurz sind.

nagra_iv-s_total_webWann ist ein Kopf abgenutzt?

Besonders verdächtig wird es allerdings, wenn die Wiedergabe sehr höhenbetont ist, und sich diese Überbetonung nur sehr schwer reduzieren lässt: Das deutet meist auf einen mehr oder minder stark abgenutzten Kopf hin. Erkennen lässt sich das auch am sichtbaren sogenannten Kopfspiegel. Hier ist die polierte Rundung zur Fläche geworden und der Kernquerschnitt ist im Spaltbereich vielleicht nur noch ein hundertstel Millimeter dick. Eine weitere Abnutzung führt dann unweigerlich zu einer dumpfen Wiedergabe: Der Spalt wird breiter, der Kopf völlig unbrauchbar.

Einmessen des Aufnahmeteils
Wenn der Wiedergabe-Frequenzgang relativ geradlinig ist, kann mit dem Einmessen des Aufnahmeteils begonnen werden. Hier ist zunächst die Einstellung der Vormagnetisierung das Wichtigste, denn dadurch wird der Arbeitspunkt, bezogen auf das verwendete Band festgelegt (siehe oben). Unter Einspeisung einer Frequenz von ca. 10 kHz mit einem Pegel von ca. -20 dB unter dem maximalen Wiedergabepegel wird das Gerät auf „Aufnahme“ geschaltet und unter Beobachtung des Ausgangspegels am entsprechenden Kanal mit Hilfe des entsprechenden Trimmers ein Maximum gesucht. Wenn dieses gefunden ist, wird die Vormagnetisierung weiter erhöht, bis der Pegel um einen bestimmten Betrag abgefallen ist. Dieser Betrag steht im Allgemeinen in den technischen Daten des Bandes oder der Maschine.

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Faustformel ist: bei einer Bandgeschwindigkeit von 19 cm soll er um ca. 3 dB, bei 38 cm um 1,5 dB und bei 76 cm gar nicht abgesenkt werden. Wohlgemerkt, diese Werte können je nach Bandgerät, Bandtyp und Band-Geschwindigkeit variieren. Bitte versuchen Sie nicht, mit diesem Trimmer den Pegel oder den Frequenzgang einzustellen! Dazu stehen immer andere Trimmer zur Verfügung.

Nach der Justierung des Arbeitspunktes kann mit dem Einmessen des Aufsprechfrequenzganges begonnen werden. Dieser Vorgang wird ebenfalls mit reduziertem Pegel (20 dB unter der Vollaussteuerung) vorgenommen. Zunächst ist bei 1 kHz der entsprechende Wiedergabepegel einzustellen, bevor mit verschiedenen Frequenzen der Frequenzgang begradigt wird. Auch hier muss mit entsprechenden Höhen- oder Tiefentrimmern gearbeitet werden. Zum Schluss dieser Arbeiten noch einmal den Pegel bei 1 kHz kontrollieren und der Aufzeichnung kann nichts mehr im Wege stehen.
Bei Mehrspurmaschinen wiederholen sich alle Einstellungen pro Kanal, das heißt, bei einer 24-Spur-Maschine sind das 24 mal Wiedergabe, 24 mal Aufnahme und zusätzlich noch 24 mal Synchrospur – also insgesamt 72 Messdurchläufe! Das ist eine ganze Menge Arbeit, doch es hat durchaus seinen Reiz auch mal anstatt des Emulations-Plug-ins ein richtiges Band drehen zu lassen. Probieren Sie es aus, falls Sie die Möglichkeit dazu haben. Tipps zur Spurbelegung für Mehrkanalbandmaschinen und viele weitere hilfreiche Profi-Tricks aus der Praxis finden Sie in diesem Artikel.

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Erschienen in der Ausgabe 09/2016

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