Konstruktionen
Der sogenannte Magnet-Tonabnehmer
Am Ende des im Idealfall ultraleichten Nadelträgers sitzt vor einem elastischen Einsatz, in dem dieser befestigt ist, ein sehr kleiner Magnet. Durch die Nadelauslenkung bewegt er sich in einer im Tonkopf feststehenden Spule und erzeugt dadurch die Induktions-Wechselspannung für den Verstärker. Dies ist die robustere Version des Prinzips des bewegten Magneten („moving magnet“, abgekürzt MM). Die andere Konstruktionsvariante lässt den Minaturmagneten hinter einem elastischen „Einpunkt-Gelenk“ auf dem kürzeren Hebelarm des Nadelträgers sitzen. Der Magnet bewegt sich eher vor als in einer Spule und muss daher etwas schwerer ausgelegt werden. Diese Konstruktion erlaubt etwas kräftigere Nadelauslenkungen.
Die Anbringung der Spulen variiert von Hersteller zu Hersteller. Die Nachgiebigkeit der elastischen Aufhängung bestimmt die Nadelnachgiebigkeit und damit auch den Auflagedruck des Tonkopfsystems. Jahrelang galt der Kampf der Konstrukteure der Erzielung einer höchstmöglichen Compliance. Sie war maßgebend für die Untergrenze des Auflagedrucks, mit dem die Nadel noch sicher in der Rille geführt werden konnte. Spitzensysteme wurden für 0,5 bis 0,75 Millinewton empfohlen. Ausgeprägtere Rillenschnitte mit größeren Amplituden, aber auch verbesserte Nadelschliffe führten dazu, dass heute durchwegs ein Auflagedruck von 1 bis 1,5 Millinewton vorgeschlagen werden. Sicherheit geht vor Leichtigkeit, da die elastische Aufhängung die einzige Stelle ist, an der die Rückführung der Nadel in den Ruhepunkt kontrolliert werden kann.
Der induzierte Magnet
Ein besonderer Ableger der Induktionstechnik ist der induzierte Magnet (moving iron, kurz MI). Bei dieser Konstruktion sind sowohl Spulen als auch ein kräftiger Permanentmagnet fest im Tonkopf eingebaut. Am Nadelträger dient ein kleiner Weicheisenteil, der durch den festen Magneten erst magnetisiert gehalten wird. Die bewegte Masse, vor allem mit einem extra leichten Nadelträger aus Bor, bleibt sehr niedrig. Dennoch kann mit einem MI eine Ausgangsspannung erzeugt werden, die einem MM gleichkommt. Ein MI-System kann etwas empfindlich auf eine zu hohe Kapazität des Signalweges reagieren (über 200 Picofarad, pF). MIs werden von Spitzen-Produzenten wie Grado gebaut. Neuerdings hat aber auch Nagaoka ein bezahlbares Modell auf den Markt gebracht, das diese Technik aus ihrem Dornröschenschlaf erwecken könnte.
Der sogenannte dynamische Tonkopf
Die andere Möglichkeit, die Wechselspannung induktiv zu erzeugen, ist die Bewegung einer winzigen Spule in einem starken Magnetfeld (moving coil, kurz MC). Als Vorteile dieser Konstruktion gelten die geringere Masse des gesamten Nadelträgers und die größere erreichbare Auslenkung der Nadel. Man kann den festsitzenden Magneten stärker machen und mit einem größeren homogenen Magnetfeld ausstatten als entsprechend das Verhältnis von Spule und Magnet beim MM. Allgemein gelten MC Tonabnehmer als dynamischer und angenehmer im Klang. Sie werden vor allem in High End Anlagen in absoluten Spitzenkombinationen von Laufwerk und Tonarm eingesetzt. Die eher subjektive Empfindung der höheren Wiedergabe-Qualität ist messtechnisch heute kaum noch nachweisbar.
Nachteile bei der MC-Konstruktion
Entscheidende Nachteile beim MC sind der Kosten treibende Aufwand bei der Herstellung und das größere Eigengewicht des Systems, das zur Erhöhung der bewegten Masse bei der Einheit von Tonabnehmer und Tonarm führt. Ein besonderes Manko ist aber die Tatsache, dass wegen der Verdrahtung der bewegten Spule im Tonkopf kein benutzerseitiger Austausch der Nadel möglich ist. Der Ersatz der Nadel kann nur vom Hersteller oder einer Servicestation durchgeführt werden. Dieser Austausch kommt hinsichtlich der Kosten häufig einer Neuanschaffung gleich. Wegen dieser fehlenden Austauschmöglichkeit ist auch der Wechsel zu einer für Schellacks geeigneten Nadel nicht wie beim MM möglich.
Ein MC hat noch elektrische Herausforderungen parat. Die Ausgangsspannung ist zumeist noch deutlich kleiner als beim MM. Sie muss passiv durch einen Trafo oder aktiv durch einen konstruktiv aufwändigen Vorvorverstärker erhöht werden. Die Verdrahtung vom Tonkopf über ein besonders hochwertiges Kabel bis zum Verstärker darf nur sehr geringe Kapazitäten aufweisen, da sie sonst mit der Spule einen zu ausgeprägten Tiefpass bildet, der die Höhenwiedergabe und damit die „Durchsichtigkeit“ des Klangs mindert.
Elektromagnetische Stereo-Tonabnehmer
Ein Stereo-Tonabnehmer ist, ob mit Piezo-Elementen oder nach dem elektromagnetischen Prinzip, sowohl beim MM als auch beim MC, grundsätzlich „nur“ der Zusammenbau zweier um 90 Grad versetzten Mono-Tonabnehmer in einem Mono-Tonkopf. Die Lösung kann aber bautechnisch sehr aufwändig sein, und der Toleranzbereich zwischen den beiden Kanälen muss sich in engen Grenzen halten. Wieder ist der Aufwand beim MC größer als beim MM. Je nach Bauprinzip werden beim MM zwei Magnete oder ein größerer Einzelmagnet verwendet. Bei zwei Magneten liegt die größere Anforderung beim Nadelträger. Beim Einzelmagneten ist die Konstruktion der gekreuzten Induktions-Felder schwieriger. Ein MC für Stereo erfordert einen besonders präzisen Bau der beiden Spulen. Die Verdrahtung ist bei Stereo zur Erhaltung der ohnehin nicht extrem hohen Kanaltrennung auch von Bedeutung.
Tonabnehmer Marken
Die heute für den Markt bedeutenden Hersteller oder Entwickler von Stereo-Tonabnehmern, auch Magnetic Cartridges genannt, sind folgende Firmen:
Grado in Brooklyn, besonders bekannt für seine hervorragenden Kopfhörer, baut auch extrem selektierte und getestete Tonabnehmer. Sie können laut Hersteller bis zu 50 Kilohertz wiedergeben und waren besonders gut für diskrete Quadrophonie-Schallpaltten geeignet. Die Modelle der Reference Reihe werden zu den besten Tonabnehmern der Welt gerechnet.
Shure in Chicago gehört zu den Pionieren der Herstellung elektrischer Tonabnehmer. Shure baut auch hervorragende Mikrofone und Kopfhörer. Die inzwischen legendäre V-15 Serie, vor allem in Verbindung mit dem SME Tonarm aus England, wurde zwischen 1964 und 2005 gebaut. Sie galt lange als Maßstab (bench mark) mit dem die Produkte anderer Hersteller verglichen wurden.
Audio-Technica in Tokyo, ebenfalls ein herausragender Mikrofon-Produzent, baut sehr gute Tonabnehmer der gehobenen Mittelklasse.
Nagaoka, einer der größten Tonabnehmer- und Diamantnadel-Hersteller der Welt baut viel für fremde Marken, bietet aber auch unter dem eigenen Markennamen sehr gute Mittelklasse-Tonköpfe an. Bei Nagaoka wurde die Technologie des bewegten Eisens (moving iron, kurz MI) zu neuer Blüte gebracht.
Der heute weltweit größte Hersteller von Magnet-Tonabnehmern, MM und MC, ist die dänische Firma Ortofon in der Kleinstadt Nakskov auf Lolland. Auch Ortofon begann seine Firmengeschichte mit der Herstellung von Mikrofonen. Das Ortofon Concorde gilt heute als der DJ Tonkopf schlechthin.
Der Sonderfall der Lichtstromwandlung
In den 60er Jahren brachte der Elektro- und Elektronikriese Toshiba ein hochinteressantes Nischenprodukt auf den Markt für Plattenspieler. Der Tonarm war mit einem ganz besonderen Tonkopf ausgestattet, der völlig neue Wege ging, indem er mit dem Nadelträger einen Lichtfluss modulierte.
Zwischen einem Miniaturlämpchen und zwei Fotozellen befand sich ein speziell geformtes, sehr leichtes Lichtsegel am Nadelträger, das den Lichtfluss nur teilweise auf die Fotozellen freigab. Im Ruhezustand lieferten die Fotozellen je einen Gleichstrom, der bei den Bewegungen der Nadel durch einen Wechselstrom überlagert wurde. Die Wechselspannung konnte herausgefiltert werden und stand dann dem Verstärker zur Verfügung. Die Abtastung war sehr feinfühlig. Alterungserscheinungen und Gangungenauigkeiten in Bezug auf die Ruhelage wurden ganz einfach elektronisch herausgefiltert. Eine elektromagnetische Übertragung von Netzbrumm war praktisch ausgeschaltet
Den Vorteilen dieser Konstruktion standen aber auch erheblich Nachteile gegenüber. Die Stromversorgung mit einem extrem geglätteten Gleichstrom für das Lämpchen musste von einem ausgelagerten Netzteil über den langen Tonarm zugeführt werden. Die bewegte Masse des Tonarms zusammen mit dem Tonkopf war vergleichsweise groß. Doch das größte Manko war die mangelnde Kompatibilität des Tonkopfes mit anderen Plattenspielern. So blieb diese Entwicklung für sich allein und verschwand wieder.
