So macht LowBeats Tonabnehmer-Messungen

Verbindet man gedanklich die Amplitudenspitzen der Spektralkomponenten miteinander und entzerrt das Ganze entsprechend der Fourier-Reihe eines Rechtecksignals, erhält man auf diese Weise einen dynamischer Frequenzgang – allerdings nur für den Frequenzbereich ab 1 Kilohertz.

LowBeats Tonabnehmer-Messungen Rechteck
Rechtecksignal ohne Entzerrung DIN 45549, Seite B, Band 3 (Messung: P. Schüller)

Noch fehlt jedoch die Erfahrung, ob der auf diese Art ermittelte dynamische Frequenzgang der Wahrheit noch näherkommt. Deshalb werden sich in Zukunft alle Tonabnehmer diesem Test stellen müssen.

Neben den bis jetzt beschriebenen „linearen“ Verzerrungen bestimmt natürlich auch das „nichtlineare“ Verzerrungsverhalten (zum Beispiel der Klirrfaktor) maßgeblich den Klang. Hier tritt wieder die DIN 45549 mit ihren zahlreichen Testsignalen auf den Plan.

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Messungschallplatte_DIN45549
Messungsschallplatte DIN45549 (Foto: P. Schüller)
Messungsschallplatte DIN45549 Messtöne (Foto: P. Schüller)
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LowBeats Tonabnehmer-Messungen: Ausgangsspannung

Zunächst aber werden mit dem „1 kHz-Bezugston“ (Band 1 und 2 der A-Seite) die Ausgangsspannungen getrennt für den linken und rechten Kanal ermittelt.

Entgegen japanischen oder amerikanischen Gepflogenheiten wird hier nicht mit einer Schnelle (damit ist die Geschwindigkeit gemeint, mit der die Abtastnadel ausgelenkt wird) von 5 Zentimetern pro Sekunde effektiv (cm/s) bei horizontaler Auslenkung gearbeitet, sondern mit einer Spitzenschnelle von 8 cm/s in der 45°-Stereomodulation-Flanke.

Die nach DIN ermittelten Ausgangswerte sind deshalb um den Faktor 1,6 höher – wir geben in der Regel beide Werte an. Im Vergleich dazu sind die auf „normalen“ Musikschallplatten aufgezeichneten höchsten Amplituden sogar meist noch höher: Sie überschreiten den DIN-Wert noch einmal um das Doppelte (um 6 dB, bei Maxis sogar bis zu 10 dB).

LowBeats Tonabnehmer-Messungen: Abtastfähigkeit

Bei der Abtastfähigkeit wird unterschieden zwischen dem Amplituden-Test bei 315 Hertz (Seite B, Band 9 bis 16) und 3 weiteren Verzerrungsmessungen.

Interessanterweise wird beim Amplitudentest nicht die Schnelle, sondern die auf der Platte (nur unter dem Mikroscope sichtbare) Auslenkung der Rille angegeben, wobei der Startwert von 50 Mikrometer bereits rund 4 Dezibel lauter ist als DIN 0dB.

Die Abtastfähigkeit gibt an, bis zu welchem Amplitudenwert ein Tonabnehmer noch sauber abtastet – also ohne, dass sich auf dem Oszilloskop sichtbare Abkappungen der Sinusform zeigen oder der Ton unsauber klingt.

Werden 80 Mikrometer sauber abgetastet, reicht das in der Praxis völlig aus. Doch hier gilt wie so oft: Mehr ist besser. Es gibt einige (wenige) Tonabnehmer, die das sogar bis zum höchsten Wert von 120 Mikrometer schaffen.

Wie gut ein Tonabnehmer abtastet, hängt natürlich auch von der Auflagekraft (gemessen in Millinewton) und einem korrekt eingestellten Antiscating ab.

Manche Hersteller oder Vertriebe geben das Auflagegewicht (in Gramm) an, was nicht ganz korrekt ist, denn es kommt nicht auf das Gewicht, sondern auf die Kraft an, mit der die Nadel in die Rille gedrückt wird – wobei 2 Gramm einer Auflagekraft von rund 20 Millinewton entsprechen.

LowBeats Tonabnehmer-Verzerrungsmessungen und Analyse

Beginnen wir bei den Verzerrungsmessungen mit dem wichtigsten: dem Hochton-Impulstest. Das Testsignal besteht aus sehr kurzen 10 Kilohertz Schwingungspaketen (Bursts), die sich alle 4 Millisekunden wiederholen – was einem Rhythmus von 250Hz entspricht.

Je besser ein Tonabnehmer in der Lage ist, diese 10kHz-Impuls-Pakete (DIN 45549, Seite A, Band 6) abzutasten, desto niedriger ist die mit einem Spektrum-Analyzer gemessene 250Hz-Verzerrungskomponente.

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Messungschallplatte_DIN45549
Messungsschallplatte DIN45549 (Foto: P. Schüller)
Messungsschallplatte DIN45549 Messtöne (Foto: P. Schüller)
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Ins Verhältnis gesetzt zur Amplitude der 10kHz-Impulse, korrigiert um einen von der Entzerrerkurve vorgegebenen Faktor, ergibt das den Wert der Hochton-Impulsverzerrung in Prozent. Die Besten schaffen es auf Werte unter 0,1%!

Tonabnehmer-Messungen Soundsmith-Aida-Impulsverzerrungen
Tonabnehmer-Messungen Soundsmith Aida: Impulsverzerrungen (Messung: P. Schüller)

Weil sich die Ergebnisse im linken und rechten Kanal meist unterscheiden – was im Übrigen für alle Werte in der analogen Welt gilt – werden beide Stereokanäle separat gemessen.

Wobei geringe Unterschiede zwischen den Kanälen immer positiv zu werten sind, als Zeichen hoher Fertigungsqualität. Trotz vorhandener Unterschiede gilt bei Verzerrungen aller Art: weniger ist mehr!

Harmonische Verzerrungen (Klirr) lassen sich gut mit einem als Intermodulationssignal bezeichneten Signal (DIN 45549, Seite A, Band 8) messen. Es besteht aus einem im Grundtonbereich liegenden 300 Hertz Sinuston mit annäherndem Bezugspegel, gemischt mit einem (nach der RIAA-Wiedergabeentzerrung) deutlich leiseren 3kHz-Sinussignal.

Tonabnehmer-Messungen Soundsmith-TheVoice-Intermodulation
Tonabnehmer-Messungen Soundsmith The Voice: Intermodulation (Messung: P. Schüller)

In der Spektral-Analyse zeigen sich neben den Intermodulations-Produkten um den 3kHz-Ton herum (die natürlich auch möglichst niedrig sein sollen) auch die Klirrkomponenten k2 und k3 bei 600 und 900 Hertz.

Aus der geometrischen Summe dieser beiden Komponenten im Verhältnis zur 300Hz-Grundwelle ergibt sich rechnerisch der Klirrfaktor. Werte unter 1,0 Prozent wären gut, aber es geht auch deutlich besser.

Der Tonabnehmer unserer Beispielsmessung (Soundsmith The Voice) kommt hier nur auf 1,7 Prozent, was aber – wie der Hörtest zeigte – klanglich nicht so stark ins Gewicht fiel.

Bei höheren Frequenzen sind Doppeltonsignale für die Verzerrungsmessung günstiger, denn die von Unlinearitäten verursachten Verzerrungsprodukte liegen dann im Gegensatz zur Klirrfaktormessung unterhalb der Testsignalfrequenzen, wo sie wegen des nicht vorhandenen Überdeckungseffekts besonders störend wirken können.

Band 4 auf Seite B der DIN 45594 Schallplatte enthält Doppeltöne von 1800 und 2200 Hertz, die ein Verzerrungsprodukt bei 400Hz provozieren. Die Amplitude dieser Komponente wird gemessen und ins Verhältnis gesetzt zur Amplitudensumme der beiden Einzeltöne. Das ergibt den Prozentsatz der Differenztonverzerrungen.

Tonabnehmer-Messungen: Soundsmith-TheVoice-Differzenztonverzerrung
Tonabnehmer-Messungen Soundsmith The Voice: Differenztonverzerrung (Messung: P. Schüller)

Gute Tonabnehmer schaffen auch hier Werte deutlich unter 1 Prozent – was unser Beispiel-Tonabnehmer Soundsmith The Voice (demnächst im Test) deutlich unterschreitet.

Nicht immer klingt der Tonabnehmer mit den besten Messwerten auch am besten. Aber die Messwerte lassen häufig erkennen, warum ein Tonabnehmer so klingt, wie er klingt.

LowBeats Tonabnehmer-Tests mit Messungen von Peter Schüller:
Familientest Soundsmith High Output Abtaster
Familientest Rega Tonabnehmer
Familientest Goldring 2000er Serie
Familientest Audio-Technica VM Serie
Familientest Ortofon 2M Serie
Familientest Sumiko Oyster Serie

Ratgeber:
So gelingt es perfekt: Tonabnehmer selber einbauen

So testet LowBeats:
Neues Multiton Lautsprecher-Messverfahren bei LowBeats
Hier wird gehört und auch gemessen: der LowBeats HiFi Hörraum
Mehr Atmos trotz Auro: Das LowBeats Test-Heimkino