sonderpreis für aaa-mitglieder - Analogue Audio Association

20 T E C H N I K
Der Plattenteller
Physik und Konstruktion
ANALOG 1/2008
Bei der Auslegung von Plattentellern spielen zahlreiche Parameter eine Rolle. In diesem Artikel soll es aber nur
um das dynamische Verhalten gehen. Das bedeutet unter mechanischen Gesichtspunkten: Masseverteilung,
dynamische Auswuchtung und Tellerlagerkonzept. Eine vollständige Darstellung der Zusammenhänge würde
sicher ein ganzes Buch füllen. Aber dies ist eigentlich nur eine Art Ausrede. In Wirklichkeit ist dieser Teilaspekt
der Plattentellerkonstruktion nämlich geradezu perfekt geeignet, um viel wichtigere Fragen ins Zentrum der
Aufmerksamkeit zu rücken. Dies ist auch der eigentliche Zweck des vorliegenden Artikels. Zunächst wollen
wir in einer Übersicht der verschiedenen verfügbaren Techniken deren jeweilige Vorteile und Nachteile
herausstellen, dann folgt ein kurzer Exkurs zu ein paar guten alten physikalischen und philosophischen
Grundlagen. Auf dieser Basis bietet sich eine Antwort an, die uns zu einer wichtigen und überraschenden
Schlussfolgerung führt. Dabei ist der Artikel bewusst so abgefasst, dass er auch von Laien problemlos
verstanden werden kann.

ANALOG 1/2008
Abbildung 1: Das „übliche“ Lager
Der Teller eines Analoglaufwerks soll in erster Linie die
Schallplatte aufnehmen, ihre Zentrizität und Horizontalität gewährleisten,
sie mit der richtigen Geschwindigkeit präzise und
ruhig drehen und alle Arten von äußeren und durch den Abtastvorgang
und durch das Lager selbst erzeugten Vibrationen
wirksam fernhalten beziehungsweise ableiten. Dies ist weitaus
schwieriger, als es vielleicht den Anschein hat. Der Plattenteller
ist also das Herzstück des Laufwerks. Alle anderen Teile dienen
im Endeffekt nur der Unterstützung und sind im direkten Vergleich
weniger wichtig.
Das übliche Lager – Bei den meisten Laufwerken ruht der Plattenteller
auf einem Lagerpunkt am Ende einer langen, unten
am Teller befestigten Achse. Die Lagerbuchse befi ndet sich
dabei im Chassis. Mit dieser weit verbreiteten konventionellen
Lagerkonstruktion, die von Thorens, Linn und vielen anderen
Herstellern verwendet wird, lassen sich erstaunlich gute
Ergebnisse erzielen. Sie stößt aber auch recht schnell an ihre
offensichtlichen Grenzen. Ein solches System ist nämlich alles
andere als stabil. Da sich der allgemeine Schwerpunkt oberhalb
des Abstützpunkts beziehungsweise Drehpunkts befi ndet, besteht
eine ständige Kippneigung. Ohne die Unterstützung der
Lagerhülse würde die Tellerachse unweigerlich kippen (siehe
Abbildung 1). Es ist die Hülse, die sie in Position hält und ein
Wanken und Umfallen verhindert. Der kleinste Horizontalfehler,
eine geringe Unwucht im Plattenteller, die einseitige
Zugwirkung des Antriebriemens, die Aufl agekraft des Tonarms
und vor allem die Tellermasse – all dies übt einen hohen Druck
auf die Lagerkontaktfl ächen aus, der sich im Betrieb durch die
auf den Teller wirkende Zentrifugalkraft noch weiter erhöht.
Das Ergebnis ist ein komplexes Drehsystem mit hoher Reibung,
Lagergeräuschen und vorzeitigem Verschleiß. Also genau das,
was wir bei einem Laufwerk eigentlich nicht wollen.
Tatsächlich weist die Tellerachse - und damit auch der Teller
- ein recht chaotisches Verhalten auf. Er schaukelt und vibriert
innerhalb der Grenzen seines mechanischen Spiels und ist wie
jeder beliebige auf einer Achse rotierende, dynamisch nicht
ausbalancierte physikalische Körper allen Arten von mikroskopischen
Sekundärbewegungen ausgesetzt. Im Endergebnis
ändern sich die Druckverhältnisse fortwährend und im Lager
T E C H N I K
treten verschiedenste permanent wechselnde Resonanzen auf,
die sich auf die Drehung des Tellers auswirken, der somit alles
andere als ruhig läuft. Mit einem sorgfältig ausbalancierten
Plattenteller lässt sich die Situation verbessern, die grundlegende
Instabilität bleibt jedoch bestehen. Diese dynamische
Auswuchtung kann nur auf eine Art und Weise erfolgen, die
der Arbeit Ihres örtlichen Reifenhändlers nicht ganz unähnlich
ist. Eine sehr rudimentäre Methode.
Bei so vielen Beeinträchtigungen kann es nicht verwundern,
dass die Qualität der Drehbewegung an sich nicht sehr hoch
ist. Wenn wir den Plattenteller von Hand drehen und dann
freigeben, ist die Nachlaufzeit immer sehr kurz, was ein klarer
Hinweis darauf ist, dass der Antriebsmotor ein hohes Maß an
Lagerreibung zu überwinden hat, mit der Folge einer größeren
Leistungsaufnahme und stärkeren Geräuschentwicklung. Bei
ansonsten gleichen Parametern zeigt ein einfacher Vergleich
der Nachlaufzeit zweier Laufwerke, welche Teller/Lagerkombination
besser konstruiert oder gefertigt ist – unter der
Voraussetzung, dass beide eingespielt sind und sorgfältig gereinigt
und geölt wurden. Die Nadel des Tonabnehmers nimmt
zwangsläufi g all diese Geräusche, Reibungen, mechanischen
Beanspruchungen, Mikrobewegungen und Resonanzen auf. Die
Musikwiedergabe wirkt dadurch verwaschen und eingeengt,
dynamische Attacken verlieren ihren Druck und tiefe Frequenzen
klingen undefi niert und gleichförmig. Unter physikalischen
Gesichtspunkten kann ein solcher Plattenteller nicht als „perfekt“
bezeichnet werden, er stellt keine „reine Masse“ dar. Zu
erwähnen ist noch, dass direktgetriebene Laufwerke in diese
Kategorie fallen.
Ein besseres Lager – Laufwerkskonstrukteuren bietet sich eine
weitere Option: das weniger verbreitete „invertierte Lager“.
Dabei ist die Lagerbuchse oder Hülse fest in den Teller eingebaut
und die nach oben zeigende Tellerachse am Chassis
befestigt. Der allgemeine Schwerpunkt befi ndet sich nun unterhalb
des Drehpunkts (siehe Abbildung 2) und wir erhalten
ein wirklich stabiles System. Die permanente Kippneigung ist
eliminiert, Reibung und Geräuschentwicklung sind reduziert.
Die Ausgangslage ist nun schon eine weit bessere. Leider entsteht
jedoch auf diese Weise ein das Verbesserungspotential
21
21

22 T E C H N I K
Abbildung 2: Ein „besseres“ Lager
einschränkendes Pendel. Dessen Eigenresonanzfrequenz lässt
sich sehr leicht berechnen (einfache Schulphysik). Man könnte
annehmen, dass Schwingungen vermieden werden, weil die
Tellerachse die Lagerhülse hält. Dies ist jedoch nicht der Fall.
Es gibt in der Mechanik keine Spielfreiheit. Jede effektive Drehbewegung
setzt ein „mechanisches Spiel“ zwischen Achse und
Buchse voraus, um ein Festlaufen zu vermeiden. Daher auch die
Bezeichnung „Arbeitsspiel“ oder „Funktionsspiel“.
Sobald sich der Teller zu drehen beginnt und während des
gesamten Betriebs ist dieser winzige Zwischenraum nun
wiederum den unterschiedlichsten Störeinfl üssen ausgesetzt:
Vibrationen, Lagerschwingungen, Reibungen, Geräuschen, die
allesamt vom Tonabnehmer aufgenommen werden. Auch in
diesem Fall werden also erhöhte Anforderungen an den Motor
gestellt, wodurch eine entsprechend stärkere Geräuschentwicklung
in Kauf zu nehmen ist. Die dynamische Auswuchtung
kann präziser durchgeführt werden. Entweder mit der oben
erwähnten Methode oder mit Hilfe eines „Kipptests“, bei dem
Lagerreibungen vermieden werden. Auf eine dünnere Achse
gestellt, kippt der Teller beispielsweise in Richtung der überschüssigen
Masse. Dort und unter der Tellerkante werden dann
einige Bohrungen vorgenommen, wobei etwas Masse entfernt
wird. Der Neigungswinkel verkleinert sich, und nach einigen
Versuchen verbleibt der Teller ruhig in horizontaler Position,
wobei der Schwerpunkt auf der geometrischen vertikalen
Achse ausgerichtet ist, die durch den unmittelbar darüber gelegenen
Drehpunkt verläuft.
Die Genauigkeit ist jedoch nach wie vor unzureichend, da sich
mit jeder Bohrung die exzentrische Masse und der Neigungswinkel
verringern. Dieser wird schließlich zu klein, um noch
präzise lokalisiert werden zu können, so dass niemand mehr
weiß, wo weitere Bohrungen durchzuführen sind. Die dynamische
Auswuchtung ist bei dieser Vorgehensweise also nur besser,
aber keineswegs vollständig. Die Nachlaufzeit verbessert
sich ebenfalls, ist aber immer noch relativ kurz. Wenn auch in
geringerem Maße, ist der Plattenteller nach wie vor Zentrifugalkräften
ausgesetzt, und der Abtastvorgang wird durch die gleichen
unerwünschten Druckeinfl üsse, Reibungen, Geräusche,
ANALOG 1/2008
Vibrationen und so weiter beeinträchtigt. Auch dieses System
kann also nicht „perfekt“ genannt werden, es stellt keine „reine
Masse“ dar. Einige Hersteller, die invertierte Lager verwenden,
verspielen deren Vorteile, indem sie den Drehpunkt entweder
zu hoch (Pendeleffekt) oder zu tief (Instabilität) ansetzen und/
oder eine zu lange Lagerhülse oder ein „zweihülsiges“ Lager
benutzen. Dadurch erhält das Lager mehrere Achsen, und dies
bedeutet Reibung und Geräuschentwicklung (vgl. Abbildung 3).
Vergessen wir nicht, dass eine einfache Gerade in der Geometrie
durch lediglich zwei Punkte defi niert wird.
Eine Frage der Philosophie – Jeder Audiophile kennt sicher den
alten Spruch, dass HiFi eine ständige Suche ist. Eine Suche
nach Perfektion. Eine Suche nach dem Absoluten, nach Schönheit
und musikalischer Wahrheit. Wahrheit bedeutet nicht Gefallen
oder Nichtgefallen. Sie existiert einfach. Bei allem Spektakulären
und Hypes jeglicher Art ist Vorsicht geboten. Das
musikalische Live-Ereignis ist die Wahrheit und das Abspielen
einer Aufnahme zu Hause ist etwas anderes. Jeder ernsthafte
Audiophile möchte, dass seine Anlage klanglich möglichst nah
an das Live-Ereignis herankommt und er spart keine Mühen,
keine Zeit und kein Geld, um dieses Ziel zu erreichen. Aus
Leidenschaft zur Musik. Wer etwas anderes will, ist kein Audiophiler.
Der Audiophile strebt immer nach dem Besten. Schritt
für Schritt, mit wachsender Erfahrung und zunehmendem
Wissen optimiert er seine Anlage, probiert die verschiedensten
Dinge aus und durchlebt alle möglichen Hoffnungen, Erfolge
und Enttäuschungen. Ein Spiel ohne Ende.
Logischerweise legt der Audiophile besonderen Wert auf das
Quellgerät, denn auch die besten Verstärker und Lautsprecher
können nur das wiedergeben, was ihnen zugeführt wird. Daher
heißt es zu Recht: „Was an der Quelle verloren geht, ist für immer
verloren“. In einer analogen Kette ist das Laufwerk die Quelle
und das Herzstück des Laufwerks ist der Plattenteller. Natürlich
spielt auch die Kombination von Tonarm und Tonabnehmer eine
entscheidende Rolle und bildet zusammen ein Ganzes - eine
sehr wichtige Einheit. Damit wird jedoch nie einfach eine Platte
abgetastet, sondern eine weitere Einheit – die Kombination aus
Platte und Teller. Und wie ein schlecht konstruierter Teller die

ANALOG 1/2008
musikalische Wiedergabequalität beeinträchtigt, haben wir ja
gerade erst gesehen. Um wirklichen Dynamikumfang, realistisches
Impulsverhalten, tiefen Bass, räumliche Abbildung,
Durchsichtigkeit, Klangfarbentreue, Emotionalität oder sonstige
musikalische Eigenschaften zu erreichen, brauchen wir
eine absolut neutrale Referenz.
Eine Frage der Physik – In der Theorie muss sich der ideale
Plattenteller völlig neutral verhalten. Im Gegensatz zu einem
Musikinstrument soll er nicht selbst „Musik machen“, sondern
einfach eine perfekte Plattenabtastung ermöglichen, ohne
etwas hinzuzufügen oder auszulassen und ohne persönliche
klangliche Handschrift. Die künstlerische Integrität einer einmal
aufgezeichneten musikalischen Aufführung muss respektiert
werden. Das ist die goldene Regel des Audiophilen. Beim
Streben nach Neutralität bewegen wir uns auf einem schmalen
Grat zwischen angenehm geringen Verfärbungen und Überdämpfung.
Neutralität ist die wichtigste grundlegende Eigenschaft
eines Plattenspielers in seiner Funktion als Quellgerät
der gesamten Kette.
Wie sich mathematisch nachweisen lässt, wird die Bedingung
der Neutralität durch eine „reine Masse“ erfüllt. Und damit
sind wir genau beim Thema. In der Physik ist das Konzept der
reinen Masse durch einen Sonderfall des allgemeinen Gleichgewichts
eines bestimmten Körpers defi niert. Was ist damit
genau gemeint? Der Begriff des Schwerpunkts bezeichnet
T E C H N I K
Abbildung 3: Defi nition der einfachen
Geraden durch lediglich zwei Punkte
ein klares, nahezu intuitives Prinzip. Jeder Gegenstand hat
einen Schwerpunkt (Gravizentrum), der schon von Natur aus
„einfach da“ ist.
Das Trägheitszentrum unterscheidet sich davon, da das Trägheitsmoment
des Körpers in Bezug auf den jeweils für ihn geltenden
geometrischen Punkt berechnet wird. Ein Mathematiker
kann dann das so genannte Trägheitsellipsoid berechnen, das
alle erforderlichen Informationen zum dynamischen Verhalten
des Körpers liefert.
Wenn wir etwas über die dynamischen Eigenschaften eines
Gegenstands erfahren möchten, benötigen wir tatsächlich
außer dem Trägheitsellipsoid keine weiteren Informationen.
Ein Körper gilt als „reine Masse“ oder „perfekt“, wenn er an
einem Punkt, nämlich dem Drehpunkt, der gleichzeitig auch
den Schwerpunkt darstellt, perfekt ausbalanciert ist. Drehpunkt
und Schwerpunkt fallen dann also zusammen. Das
Trägheitsellipsoid wird zum „zentralen Trägheitsellipsoid“ für
den Massenmittelpunkt. Dieser hochästhetische Sonderfall
verleiht dem Körper einige außergewöhnliche dynamische
Eigenschaften. Bei perfekter dynamischer Balance hat ein Körper
keine Eigendynamik, keine besondere Handschrift, keine
Persönlichkeit – er ist „tot“, neutral. Dass diese physikalische
Eigenschaft bei einem Tonarm von höchster Bedeutung ist,
dürfte unmittelbar einleuchten. Ein solches perfektes System
profi tiert darüber hinaus von überaus vorteilhaften natürlichen
23
23

24 T E C H N I K
Abbildung 4: Außergewöhnliche dynamische Eigenschaften, wenn
Drehpunkt = Schwerpunkt
Sekundärmerkmalen: Es reagiert perfekt auf jegliche Energiezufuhr.
Störeinfl üsse von außen (Vibrationen, Riemenzug, Auflagekraft,
Resonanzen und so weiter) werden minimiert, alle
Mikrobewegungen werden unterdrückt und so weiter.
Anwendung – Ein auf diese Weise konstruierter Plattenteller
profi tiert von allen theoretischen Eigenschaften einer reinen
Masse. Er wird nicht nur stabil, er wird „gleichgültig“. Wenn
man die Lagerhülse außer Acht lässt und den Teller in Schräglage
bringt, wird er nicht umfallen und nicht wie ein Pendel
schwingen, sondern einfach in dieser Position verbleiben (siehe
Abbildung 4). Drehpunkt und Schwerpunkt fallen unter allen
Umständen zusammen. Die dynamische Balance kann nahezu
perfekt realisiert werden, so dass sich bereits ein auf die Kante
setzender Schmetterling auswirkt. Um es nochmals zu sagen:
Der Teller reagiert perfekt auf jegliche Zufuhr von Energie und
wie die Erfahrung zeigt, lässt sich eine Gleichgewichtsgenauigkeit
von bis zu einem halben Gramm erreichen. Das ist im Vergleich
zur Tellermasse ein unglaublich niedriger Wert, der mit
den sonst üblichen Werten überhaupt nicht zu vergleichen ist.
Dies bedeutet, dass die Lagerhülse nicht belastet wird und im
Grunde funktionslos ist. Sie dient nur als Einfassung und kann
auf einen einfachen Ring reduziert werden. Der Teller kann
sich somit absolut ungestört drehen und läuft mehrere Minuten
nach, wenn man ihn nur anstößt. Einen besseren Beweis für
äußerst niedrige Lagerreibung gibt es nicht. Ungehinderte, reibungslose
Drehung bedeutet natürlich auch, dass der Motor nur
wenig Arbeit hat und ruhiger läuft. Er muss lediglich mit minimalem
Kraftaufwand dafür sorgen, dass der Teller weiterläuft.
Tatsächlich lautet ein alter Tipp von Schneidetechnikern: das
Drehmoment des Antriebsmotors bis nahe an den kritischen
Punkt zu reduzieren, um den Störabstand und das Rotationsverhalten
der Schneidemaschine zu verbessern.
ANALOG 1/2008
Wir sehen also, dass die korrekte Anwendung des Konzepts der
reinen Masse zahlreiche Vorteile mit sich bringt: Neutralität,
gleichmäßige Drehung, weniger Motor- und Lagergeräusche,
geringerer Verschleiß, weniger kritische Auswuchtung, keine
komplexen Resonanzen und noch einiges mehr. Zusammenfassend
lässt sich sagen, dass der „perfekte Plattenteller“ auf
einem invertierten Lager ruht, mit einem einzigen kurzen Ring
als Lagerhülse und dass bei ihm Schwerpunkt und Drehpunkt
identisch sind. Eine ebenso elegante wie einfache Lösung.
Ein kleines Geheimnis – In der Praxis ist ein exaktes Zusammenfallen
von Schwerpunkt und Lagerpunkt nicht realisierbar,
und der Versuch, dies zu erreichen, kann sich sogar unvorteilhaft
auswirken. Dies liegt einfach an den Grenzen der mechanischen
Toleranzen, die dann dafür sorgen, dass der Drehpunkt
entweder zu hoch oder zu niedrig liegt. Im ersten Fall wirkt
der Plattenteller wie ein Mini-Pendel mit erhöhter (hörbarer)
Resonanz, im letzten Fall wird er unstabil. Die Lösung besteht
in einem Kompromiss in Form einer Differenz von 1 mm.
Dies führt in der Produktion zu einem Wert von etwa 1,0 mm
+/- 0,1 mm. In diesem Fall schwingt das Mini-Pendel theoretisch
in einem sicheren Bereich und es lässt sich durch die
Lagerhülse und die Tellerträgheit sehr leicht ein kontrolliertes
Verhalten erzielen.
Schlussfolgerungen – Es werden am Markt zu viele fehlerhafte
Produkte angeboten, bei deren Entwicklung offenbar ästhetische
Überlegungen Vorrang vor der Musikwiedergabe hatten.
Das Ignorieren physikalischer Grundlagen wie der Masseverteilung
kann nur zu kompromissbehafteten Produkten führen.
Die Gesetze der Physik ändern sich nicht mal eben von heute
auf morgen. Es sind Naturgesetze, denen zwar manchmal sehr
schwer gerecht zu werden ist, um die aber trotzdem niemand

ANALOG 1/2008
herum kommt. Dennoch könnte man sagen, dass die korrekte
Anwendung physikalischer Grundlagen zwar Voraussetzung
für ein gutes Produkt ist, aber für sich genommen nicht ausreicht.
Um ein großartiges Analoglaufwerk zu bauen, braucht
man Zeit und Erfahrung, viel Liebe zur Sache und nicht zuletzt
auch ein Quäntchen Glück.
Die Frage lautet nun: Möchten Sie lieber einen gut konstruierten
Plattenteller oder einen konventionellen mit allen oben
beschriebenen Fehlern? Sie wissen nun, worauf es ankommt,
und wenn sie künftig einen Plattenspieler – vielleicht sogar
einen sehr teuren – sehen und anhören, wird Ihnen vielleicht
eine innere Stimme sagen, wie viel besser er klingen könnte,
wenn die Gesetze der Physik beachtet worden wären. Es gibt
natürlich Hunderte anderer Parameter, die bei der Konstruk-
SONDERPREIS FÜR AAA-MITGLIEDER
Heute noch bestellen mit Angabe von Anschrift, Telefon und E-Mail-Adresse:
Per Fax an 0 22 24 / 988 26 79 oder
per Mail an aaa-abo@professional-audio.de
Sonic Media Verlag GmbH
T E C H N I K
tion von Plattentellern eine Rolle spielen, aber dies kann keine
Entschuldigung dafür sein, die technischen Grundlagen nicht
zu beachten. Die größte Sorgfalt in Teilbereichen wie Schallausbreitung,
Erdung, mechanische Impedanz der Materialien und
so weiter kann nicht oder nur eingeschränkt zur Geltung kommen,
wenn ein anderer Schwachpunkt die Grenzen vorgibt.
Ob aus Aluminium oder einem Verbundwerkstoff, ob leicht
oder schwer, ob einteilig oder in Sandwich-Bauweise, letztlich
gibt es nur einen Weg zum optimalen Plattenteller.
Text: Pierre Lurné
Übersetzung: Markus Berzborn
Fotos/Abb.: Pierre Lurné
w w w . p r o f e s s i o n a l - a u d i o . d e
25
25
Professional audio Magazin wendet sich an alle, die sich professionell
oder semiprofessionell mit digitalem und analogem Recording
beschäftigen.
Als führende Testzeitschrift für analoge und digitale Aufnahmetechnik
testet die Redaktion, zu der auch AAA-Mitglied Uli Apel gehört,
alle mobilen und stationären Studiogeräte mit Akribie und Fachwissen.
Unsere Verbundenheit mit der Analogue Audio Association
möchten wir in Form eines Sonderpreises für ein Jahresabonnement
(12 Ausgaben) zeigen. Statt 53 Euro zahlen Mitglieder nur 37 Euro
inkl. Versandkosten Deutschland und erhalten somit 30 % Rabatt..