Schallverstärkung
Die Verbesserung der Schwingungskoppelung
Die Schwingung der Nadel wurde nicht direkt auf die Membran übertragen, sondern über ein Gelenk mit einem verlängerten Hebelarm. Dies hatte mehrere Vorteile: Die Nadel, die sich schnell abnutzte, konnte leicht ausgewechselt werden. Der mit der Membran verbundene Hebelarm vergrößerte die Amplitude, also die Lautstärke der Schwingung. Die Membran war nicht mehr direkt mechanisch belastet und konnte deshalb feiner, für eine an Nuancen reichere Wiedergabe konstruiert werden.
Da die Lautstärke allein durch die Membran immer noch sehr niedrig war, koppelte man diese mit einem Trichter. Bei der Aufnahme vor Einführung des Mikrofons fingen Trichter den Schall ein, um das Schneidegerät stärker auszulenken. Umgekehrt mussten Trichter die geringe Lautstärke der Membran erhöhen.
Der Grammophon-Trichter
Die ersten Trichter waren bis kurz vor der Schallöffnung konisch geformt, wie die alten Sprachrohre in der Seefahrt. Sie bündeln den Schall mehr, als dass sie ihn verstärken. Der bekannte Grammophon-Trichter greift im Wesentlichen das Prinzip der Blechblasinstrumente auf. Der Querschnitt des Schalltrichters erweitert sich nicht linear sondern mit zunehmender Länge zunehmend stärker, normalerweise nach der Exponential-Kurve. Dadurch ergibt sich eine wesentlich verbesserte Anbindung der Luftschwingung vom Trichteranfang an die Trichteröffnung. Es findet eine mechanische akustische Verstärkung ohne Elektronik statt. Hochleistungs-Lautsprecherkomponenten werden heute noch ab dem Mitteltonbereich als Exponential-Hörner gebaut. Auch das Megaphon, die „Flüstertüte“ bedient sich dieser Bauweise.
Der elektrische Tonabnehmer
Bei aller Verfeinerung der Membranen blieb bei der mechanischen Schallplatten-Wiedergabe ein Problem: Es gab noch keine vernünftige Lautstärkeregelung. Erst die Weiterentwicklung der Röhrentechnik und damit verbunden die Entwicklung von Leistungsverstärkern, die für jedermann erst Jahre nach der Radiotechnik verfügbar waren, konnte sich die elektrische Abtastung durchsetzen. Die Schwingung der Nadel wurde bereits im Tonabnehmer in eine schwache Wechselspannung umgewandelt, die dann mit Röhren ohne Masse-Trägheit soweit verstärkt wurde, dass in dem schon erfundenen Lautsprecher die elektrische Energie in Schallenergie zurück verwandelt werden kann. Auf das bereits 1878 von Siemens erfundene und ab 1925 in Radios verwendete elektrodynamische Wandlerprinzip des Lautsprechers soll aber hier nicht weiter eingegangen werden. Das ist eine eigene Geschichte.
Vom Kristall zum Magneten
Wenn die Schwingung der Nadel einen Piezo-Kristall verformt, entsteht in ihm eine entsprechende Spannung, die bei der Schallplatte analog zum Nadelausschlag (Lautstärke) und zur Frequenz verläuft. Dank des geringeren Gewichtes und des Wegfalls des angebundenen Trichters, konnte ein neuer Typ des Tonarmes entwickelt werden, der mit größerer Länge den Tonabnehmer radial über die Platte führt.
Die ersten Tonabnehmer nach dem piezo-elektrischen Prinzip kamen um 1925 auf und verwendeten Quartz-Kristalle. Ab 1937 entwickelte die Firma Shure in den USA das Prinzip des bewegten Magneten, das sich aber erst mit der Durchsetzung der Vinyl-Schallplatte und der Stereofonie kommerziell erfolgreich etablieren konnte. Die Spannung ist deutlich niedriger als beim Piezo-Element und muss gegenüber den sogenannten Hochpegeleingängen vorverstärkt werden. Nach 1945 entstand in Umkehrung des eletromagnetischen Schneidstichelantriebs die Technik der bewegten Spule, die eine weiter verbesserte Wiedergabe-Qualität bot, aber passiv oder aktiv einen Vorvorverstärker benötigt.
Die „Nadelprobe“ des Plattenspielers
Die Nadel ist buchstäblich der kritische Punkt am Plattenspieler. Sie ist die einzige Stelle des Plattenspielers, an der das Schallabtastungs-System mit dem Schallträger in Berührung kommt. Die Nadel („stylus“) ist auch die Stelle der höchsten Abnutzung. Sie sollte drei Hauptansprüchen genügen: Erstens soll sie der Schallplattenrille so genau wie möglich folgen und die Schallschwingungen zur weiteren Verstärkung übertragen. Zweitens darf sie die Schallplatte nicht beschädigen, was nur theoretisch möglich ist. Zumindest soll sie die mechanische Abnutzung der Rille so weit wie möglich auf ein Minimum reduzieren. Drittens sollte sie selbst möglichst langlebig sein.
Das Nadelmaterial
Die frühen Grammophone wurden mit meist aus Stahl geschliffenen Nadeln bestückt, die sehr leicht auszuwechseln waren. Üblich war eine Nadelstärke von etwa 3 Millimeter. Eine genaue Norm war wegen der einfachen Klemmbefestigung an der Schalldose nicht notwendig. Sie hielten nur wenige Abspielungen, bevor sie so abgeschliffen waren, dass sie die Schallplatte beschädigten. Einige Versprechungen von Nadelfabrikanten waren pure Phantasie.
Bei den frühen Phonographen kamen bereits 1908 Saphire zum Einsatz und Edison verwendete ab 1912 sogar Diamanten für seine Apparate, die nicht mehr ausgewechselt werden mussten. Bei den ersten elektrischen Tonabnehmern kamen anfangs Nadeln mit Osmium-Spitzen zum Einsatz, die nur eine geringe Spielzeit aushielten. Dann wurden Saphire und und Diamanten wegen ihrer Haltbarkeit wiederentdeckt. Eine Saphir-Nadel ist ohne Einbußen bis etwa 50 Stunden Spielzeit verwendbar. Diamant-Nadeln halten abhängig von Schliff und Auflagedruck bis maximal 1.000 Stunden. Für das jeweilige Tonabnehmer-Modell gab es von Anfang an austauschbare Nadeln, meist vom Original-Hersteller. Heute wird ein Qualitätstonabnehmer praktisch nur noch mit einer auswechselbaren Diamant-Nadel bestückt.
Die Nadelform
Form und Schliff einer Nadel haben eine ausgeprägte Bedeutung bei der Wiedergabe. Für Schellackplatten benötigt man eine gerundet geschliffene Spitze, die am Ende einen Durchmesser von typischerweise 0,7 Mikrometern (0,07 Millimeter) hat. Für die Mikrorillen der Vinyl-Schallplatten benötigt man einen kleineren Durchmesser. Für Schallplatten in Mono reicht eine Verkleinerung auf einen Radius von 0,3 Mikrometern. Für eine verbesserte Wiedergabe insbesondere von Stereoplatten wird ein elliptischer Schliff verwendet. Die der Rille folgende Längsachse misst nur noch 0,2 Mikrometer, und die Querachse wird auf rund 0,1 bis 0,05 Mikrometer verkürzt. Die elliptischen Nadeln können den Kurven der Rille besser folgen, da sie der Form des Schneidstichels näher kommen als konische Nadeln.
Bei den elektrischen Tonabnehmern der Anfangszeit der LP, meist mit Piezo-Elementen, fand man noch Wendenadeln. Sie konnten sowohl Schellacks als auch Schallplatten mit Mikrorillen abtasten. Dies war häufig notwendig, da sich noch viele Schellacks im Umlauf bzw. in den Plattenbeständen befanden.
