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Vinyl

Elektro-mechanische Zusammenhänge beim Vinyl-Mastering

von Rainer Maillard

Das Vinyl-Mastering bestimmt im hohen Maße die Qualität der Schallplatte. Je besser alle mechanischen, elektrischen und ästhetischen Aspekte in Balance gebracht werden, desto überzeugender klingt das Ergebnis.

Spielzeit und Lautstärke stehen in einem umgekehrten Verhältnis zueinander
Eine lange Spielzeit setzt eine dünne, platzsparende Rille voraus. Eine hohe Wiedergabelautstärke lässt sich hingegen nur mit einer dicken, raumgreifenden Rille erzielen. Diesen Widerspruch gilt es auszugleichen, wobei die „goldene Mitte“ nicht unbedingt die beste Lösung ist, denn die Frage des Pegels entscheidet auch über den Grad der hörbaren Verzerrungen. Ist er zu gering, kann das Oberflächenrauschen und Knistern störend wirken. Ist der Pegel zu hoch, wird die Wiedergabenadel selbst Verzerrungen produzieren.

Der Ton benötigt mit abnehmender Frequenz mehr Platz auf der Schallplatte
Je tiefer die Frequenz, desto größer die Auslenkung der Rille bei gleicher Lautstärke. Jeder kennt das vom Autofahren: Fahre ich um Hütchen Schlangenlinien, wirken auf mich seitliche Fliehkräfte. Vergrößere ich den Abstand der Hütchen, sinken die Fliehkräfte. Möchte ich dennoch dieselben Fliehkräfte spüren, muss ich die Schlangenlinie mit größeren Kurven fahren. Das gilt auch für die Nadel in der Schallplattenrille: je tiefer die Frequenz (großer Hütchenabstand), desto größer die Auslenkung (Kurve) damit die Nadel die gleiche Schnelle (Fliehkraft) erreicht.

Das Frequenzspektrum ist ungleichmäßig verteilt
Das Pegelmaximum von Musik und Sprache liegt meist in dem Bereich der Grundtöne der Instrumente (ca. 50 bis 800 Hz). Die Obertöne können bis weit über den hörbaren Bereich hinaus reichen, fallen mit zunehmender Frequenz ab. Für die Schallplattenrille ist dieses Frequenzspektrum eigentlich ungünstig verteilt; die Tiefen und Grundtöne benötigen sehr viel Platz für die Rille und hohe Frequenzen haben nur sehr kleine Amplituden, die irgendwann in der Oberflächenrauhigkeit verschwinden. Beide Effekte führten bei der Schellack-Platte zu geringen Spielzeiten und großem Rauschen. Deshalb wird die Vinyl-Schallplatte nicht linear geschnitten.

Die RIAA-Kennlinie (Recording Industry Association of America) verbessert Spielzeit und Höhenwiedergabe bei der Vinyl-Schallplatte.
Mit der nicht linearen Übertragung passt man das Frequenzspektrum der Musik den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Schallplattenrille an. Beim Schallplattenschnitt sitzt im Schneidverstärker ein Filter, der tiefe Frequenzen abgesenkt und hohe Frequenzen verstärkt. Das führt zu geringeren Auslenkungen (Platzverbrauch) der Tiefen und einem größeren Abstand zwischen den Obertönen und der Oberflächenrauhigkeit. Bei der Wiedergabe der Schallplatte sorgt die entgegengesetzte Filterkurve im Entzerrer-Vorverstärker wieder für einen linearen Frequenzgang. Trotz RIAA-Kennlinie haben die einer Aufnahme einen großen Einfluss auf die Spielzeit. Das gilt besonders für den Subbass-Bereich.

Der Platzverbrauch der Rille steigt mit der Stereowirkung
Emil Berliner erfand die ursprüngliche Schallplatte und benutzte dazu die Seitenschrift. Die Nadel bewegt sich in der Rille horizontal. Thomas Alva Edison benutze bei seinem Phonograph die Tiefenschrift. Hier bewegt sich die Nadel vertikal zu der Walze.
Um stereophone Musik auf Schallplatte mit nur einer Rille wiedergeben zu können, verband Alan Blumlein beide Prinzipien miteinander und führte die Flankenschrift ein. Die Modulationen für den linken und rechten Kanal werden in die 45°-Flanken der Rille geschnitten. Das führt zu horizontalen wie vertikalen Bewegungen für jeden einzelnen Kanal. Um eine Mono-Kompatibilität zu gewährleisten, wird die Phasenlage beider Kanäle so gewählt, dass die überlagerte Modulation für links und rechts bei Mono weiterhin eine reine Seitenschrift ergibt. Je breiter (stereophoner) das Klangbild wird, desto mehr steigen dann die vertikalen Auslenkungen an. Im extremsten Fall bewegt sich die Nadel nur noch vertikal (Tiefenschrift), dann ist der linke und rechte Kanal vollkommen gegenphasig.
Für die Spielzeit haben beide Schriften unterschiedliche Folgen, denn nur die Seitenschrift kann ziemlich dünn und platzsparend geschnitten werden. Bei der Tiefenschrift muss mit zunehmendem Pegel auch die Tiefe (und damit die Breite) der Rille erhöht werden, um ein Springen der Nadel zu verhindern.

Die Gefahr von hörbaren Wiedergabeverzerrungen steigt mit zunehmender Frequenz, Spielzeit und Pegel
Das Schneiden von hohen Frequenzen erfordert zwar für den Schneidverstärker viel Leistung, erlaubt aber eine verzerrungsfreie Übertragung bis weit über den hörbaren Bereich hinaus. Die scharfen Kanten des Schneidstichels schneiden alle Frequenzen sauber in die Lackfolie und heben den Span aus der entstandenen Rille. Die Wiedergabenadel am Plattenspieler hat hingegen einen sphärischen, elliptischen oder mehrfachradialen Schliff, sonst würde sie die Rille im Vinyl nachhaltig deformieren. Der unterschiedliche Schliff von Schneidstichel und Wiedergabenadel ist solange nicht von Relevanz, wie der Radius der Wiedergabenadel klein im Vergleich zum Radius der Auslenkung in der Rille ist. Mit der Zunahme von Frequenz, Pegel und Spielzeit nähern sich aber die Radien immer mehr an. Der Abtastfehler in Form von Verzerrungen steigt. Durch eine geschickte Wahl von Pegel, Reihenfolge der Stücke und Füllschrift lassen sich diese Verzerrungen im Griff behalten. Inwieweit die Wiedergabeverzerrungen überhaupt hörbar sind, hängt stark von der Art der Musik ab. Bei einer E-Gitarre werden mögliche Verzerrungen weit weniger auffallen als bei einer Glasharfe.

Füllschrift: Mithilfe einer intelligenten Steuerung des Vorschubs lässt sich die Spielzeit und Lautstärke einer Schallplatte erhöhen
Hohe Spielzeit, hoher Überspielpegel und wenig Verzerrungen setzen einen sehr effektiven Umgang mit dem Verbrauch der Oberfläche voraus, damit soweit als möglich außen, wo die Wellenlängen noch groß sind, geschnitten werden kann. Gleichzeitig muss immer sichergestellt sein, dass sich die Rille nie bei einer Windung berührt. Musik kann sehr dynamisch sein, entsprechend ändern sich aber Pegel, Frequenz und Stereowirkung ständig und damit das Maß für den optimalen Vortrieb. Ist der Vortrieb zu groß, reduziert sich die Spielzeit, ist er zu klein, berührt sich die Rille und die Nadel hängt. Bei der Füllschrift (engl.: vari groove) ersetzt ein variabler Vortrieb den festen Vortrieb (engl.: fixed pitch) und vermeidet so, dass z.B. bei leisen Passagen viel ungenutzter Steg zwischen den Windungen stehen bleibt. Die Rille schmiegt sich bei jeder Windung der vorherigen an, anstatt starr dem vorgegebenen Radius zu folgen. Bei wenig Modulation wird enger geschnitten, bei starker Modulation weiter.
Je dynamischer die Musik ist, desto größer ist der Gewinn an Spielzeit. Sehr stark komprimierte Musik lässt hingegen nur wenig Raum für ein platzsparendes Schneiden.

Dynamik: Unterschiede auf CD und Vinyl
Im Aufnahme- und Mastering-Prozess wird häufig in die Dynamik einer Aufnahme bewusst eingegriffen. Die Gründe liegen meist im psychoakustischen Bereich: Sei es, dass die Musik mit einer extremen Einengung sehr laut klingen soll oder sei es, dass man mit einer extremen Erweiterung beeindrucken möchte. Ein für die CD optimiertes Mastering wird auf die LP übertragen nicht immer den gleichen positiven Effekt haben und umgekehrt.

Beispiel A: Die CD kennt mit der Übersteuerungsgrenze bei 0dBFS nur eine fixe Grenze, die man nicht verzerrungsfrei überschreiten darf. Frei nach dem Motto: was lauter klingt, ist auch besser, werden in den letzten Jahren CDs zunehmend mit einer immer stärkerer Lautheit-Maximierung versehen, die psychoakustisch wirkt, aber physikalisch die CD nicht übersteuern lässt.Die Lautheit auf der LP folgt aber anderen Zusammenhängen und lässt sich dadurch selten erhöhen. Hier haben die Spielzeit, das Panning, die Phasenlage und der Frequenzgang einen größeren Einfluss auf die Lautheit; Faktoren, die alle bei der CD keine Auswirkung haben. Weniger stark komprimierte Master werden hier im Vergleich mit der CD auf der LP eventuell deutlich besser klingen.

Beispiel B: Die CD ist in der Lage, extreme dynamische Unterschiede zu übertragen. Hier hat der Zuhörer bei lauten Passagen eventuell mit seinen Nachtbarn zu kämpfen. Das gilt zwar auch für den Hörer einer LP, der sich aber zusätzlich bei der Wiedergabe extrem leiser Passagen über Staub und andere mechanische Beeinflussungen der Rille ärgert, die den Hörgenuss trüben können. In diesem Fall würde ein stärker komprimiertes Master (im Vergleich zur CD) besser klingen können.

Beide Beispiele zeigen, dass es durchaus Sinn machen kann im Mastering für die CD wie für die LP unterschiedliche Wege zu bestreiten.

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