Schallplatte

Grundprinzip und Bedeutung

Die Schallplatte ist ein meist kreisförmiger Tonträger mit Mittelloch, auf dem analoge Schallsignale mechanisch gespeichert sind. Heute bestehen Schallplatten gewöhnlich aus Polyvinylchlorid (PVC), umgangssprachlich „Vinyl“. Die meist beidseitig bespielte Platte besitzt eine spiralförmige Rille, die üblicherweise vom Rand nach innen verläuft. Ihre Auslenkungen bilden die Schallschwingungen des gespeicherten Signals ab.

Beim Abspielen folgt die Abtastnadel eines Tonabnehmers der Rille. Ihre Bewegungen werden entweder rein mechanisch über Membran und Schalltrichter oder elektromechanisch mit anschließender elektronischer Verstärkung in hörbaren Schall zurückverwandelt. Dieses Verfahren gehört zu den Nadeltonverfahren. Die technischen Eigenschaften heutiger Schallplatten sind in DIN IEC 98 festgelegt.

Eine Langspielplatte, kurz LP, hat gewöhnlich 30 cm Durchmesser, läuft mit 33 1/3 Umdrehungen pro Minute und bietet meist etwa 20–25 Minuten Spielzeit je Seite. Andere Formate reichen von kurzen Singles bis zu Sonderplatten mit ungefähr 30 Minuten oder mehr pro Seite. Schallplatten waren über Jahrzehnte ein wichtiges Massenmedium für Musik und Sprache. Trotz der späteren Konkurrenz durch die Audio-CD werden sie weiterhin hergestellt, gesammelt und besonders von DJs genutzt.

Entwicklung zum Massenmedium

1857 patentierte Édouard-Léon Scott de Martinville den Phonautographen; am 9. April 1860 zeichnete er Au clair de la lune sichtbar auf, konnte es aber nicht wiedergeben. Thomas Alva Edisons 1877 von John Kruesi gebauter Phonograph ermöglichte dagegen Aufnahme und Wiedergabe. Seine Walzen speicherten den Schall in Tiefenschrift, also durch Höhenänderungen der Tonspur.

Charles Sumner Tainter stellte 1880 bespielte Wachsplatten her, gab seine Versuche aber wegen technischer Probleme auf. Seine Exemplare gelten als die ersten Schallplatten der Welt. Unabhängig davon entwickelte Emil Berliner 1887 ein Verfahren mit einer flachen Scheibe und horizontal ausgelenkter Rille. Aus der Urplatte ließ sich galvanisch ein Negativ als Pressstempel herstellen, sodass viele Kopien produziert werden konnten. Berliner beantragte am 4. Mai 1887 ein Patent; US-Patent No. 372,786 wurde am 8. November 1887 erteilt. 1888 stellte er sein „Grammophon“ vor.

Die erste Serienfertigung begann vermutlich 1890 in Deutschland. Platten mit 8 beziehungsweise 12,5 cm Durchmesser wurden aus Gummi, Zelluloid oder Zink hergestellt; 1889/1890 entstanden etwa 25.000 Stück. Ihre Klangqualität war noch sehr gering. Der wirtschaftliche Durchbruch folgte 1896 durch einen praxistauglichen Federantrieb von Eldridge R. Johnson und durch Schellackplatten. Deren Pressmasse bestand im Wesentlichen aus Schieferpulver, Baumwollflock und Schellack und verbesserte Haltbarkeit und Klang stark. 1898 wurden bereits 713.753 Schellackplatten verkauft.

Ab etwa 1900 entstand besonders in London, Paris, Hannover, Berlin und Wien eine rasch wachsende Industrie. Zunächst konkurrierten inkompatible Systeme. Pathé-Platten liefen beispielsweise mit 90–100 Umdrehungen pro Minute von innen nach außen, waren in Tiefenschrift aufgenommen und benötigten eine Saphirkugel. Zwischen 1904 und 1908 erschienen die ersten doppelseitigen Platten. Schließlich setzte sich die Schellackplatte mit 78 Umdrehungen pro Minute durch. Elektrische Aufnahmeverfahren verdrängten ab 1925 die akustisch-mechanische Aufnahme und verbesserten die Tonqualität erheblich.

Nach dem kriegsbedingten Einbruch wurde die Produktion nach 1945 wieder aufgenommen. In Westdeutschland und den meisten westlichen Ländern endete die Schellackplattenfertigung im Juli 1958, in der DDR 1961.

Vinyl, Formate und Rillenschrift

RCA Victor veröffentlichte 1930 eine frühe Vinyl-Langspielplatte mit 30 cm Durchmesser und 33 1/3 Umdrehungen pro Minute, doch fehlten passende Wiedergabegeräte. Vinyl wurde während des Zweiten Weltkriegs wichtiger, weil es weniger zerbrechlich war und schmalere Mikrorillen erlaubte. Dadurch stiegen Spieldauer und Tonqualität.

Am 21. Juni 1948 stellte Columbia Records die von Peter Carl Goldmark seit 1939 entwickelte LP vor: 30 cm Durchmesser, 33 1/3 Umdrehungen pro Minute, 7-mm-Mittelloch und 22,5 Minuten Spielzeit. RCA Victor folgte 1949 mit der 17,5-cm-Single: 45 Umdrehungen pro Minute und 38,1-mm-Mittelloch. Der anfängliche Formatkrieg endete, als ab Mitte der 1950er Jahre Plattenspieler für 33 1/3, 45 und 78 Umdrehungen üblich wurden. 16 2/3 Umdrehungen pro Minute fanden vor allem bei Sprachplatten kurzzeitig Verwendung. Ebenfalls Mitte der 1950er Jahre wurde die Entzerrung nach der RIAA-Kurve standardisiert.

Wichtige heutige Formate sind: • Single: 17,5 cm, meistens 45 Umdrehungen pro Minute, etwa 4–5 Minuten je Seite. • Maxi-Single: 30 cm, meist 45 Umdrehungen pro Minute, bis etwa 16 Minuten je Seite. • EP: 17,5 oder 30 cm, 5–8 beziehungsweise bis 15 Minuten je Seite. • LP: 30 cm, 33 1/3 Umdrehungen pro Minute, meist etwa 20–25 Minuten je Seite.

Bei einer 30-cm-LP sinkt die Rillenlaufgeschwindigkeit von außen 50 cm/s auf innen 20 cm/s. Deshalb nimmt die mögliche Klangqualität nach innen ab. Die tatsächliche Spieldauer hängt besonders von Lautstärke, Bassanteil und Rillenabstand ab. Ohne Klangverlust sind bis zu 25 Minuten je LP-Seite möglich; längere Seiten erfordern meist geringeren Pegel oder engere Rillen.

Bei der Tiefenschrift liegt die Information in der wechselnden Rillentiefe. Die von Berliner eingeführte Seitenschrift speichert sie als horizontale Auslenkung und eignet sich für einen Kanal. Die Flankenschrift oder der V-Schnitt speichert die beiden Stereokanäle in den um 45° geneigten Rillenflanken. Alan Dower Blumlein erfand dieses Prinzip am 14. Dezember 1931; kommerziell eingeführt wurde die Stereo-Schallplatte 1958. Das Verfahren ist mit Mono kompatibel, weil die horizontale Auslenkung der Summe L + R entspricht.

Das 1949 von Eduard Rhein erfundene Füllschriftverfahren verändert den Rillenabstand abhängig von der Lautstärke: Leise Stellen benötigen weniger Abstand. Bei Musik kann sich die Spielzeit dadurch bis auf das 1,7-Fache erhöhen.

Klang, Abtastung und Haltbarkeit

Für Normalrillen von Schellackplatten werden bei sphärischen Nadeln etwa 65 µm Verrundungsradius angegeben, für Mikrorillen von Mono-Platten 25 µm und für moderne Stereorillen 15 µm. Heute kommen häufig differenziertere Nadelschliffe zum Einsatz.

Mögliche Störungen sind Abweichungen vom geraden Frequenzgang, geometrische und andere nichtlineare Verzerrungen, unzureichende Kanaltrennung, Knacken, Knistern, Rauschen, Rumpeln und Gleichlaufschwankungen. Ursachen sind beispielsweise ungeeignete Tonabnehmer oder Entzerrerverstärker, ein falscher Auflagedruck, eine verzogene oder verschmutzte Platte, Kratzer, elektrostatische Entladungen, Trittschall sowie Fehler im Antrieb oder Mittelloch. Auf den inneren Rillen ist die Wellenlänge hoher Frequenzen besonders klein, wodurch große Amplituden schwerer wiederzugeben sind.

Erreichbare Werte sind 25–30 dB Übersprechdämpfung, ein Frequenzgang mit ±2 dB Abweichung zwischen 40 Hz und 12,5 kHz sowie Intermodulation unter 0,5 %. DIN 45500 fordert weniger als 0,2 % Gleichlaufschwankung, mehr als 35 dB Rumpel-Fremdspannungsabstand und mehr als 55 dB Rumpel-Geräuschspannungsabstand.

Eine Audio-CD arbeitet mit 16 Bit Samplingtiefe und besitzt theoretisch 96 dB Dynamikumfang; bei Schallplatten sind praktisch typischerweise etwa 50 dB Störabstand erreichbar. Für gute Plattenwiedergabe müssen Laufwerk, Tonarm, Tonabnehmer, Nadelschliff und Phonovorstufe sorgfältig zusammenpassen. Eine gepflegt und richtig gelagerte Vinylplatte ist nahezu unbegrenzt haltbar, doch jeder Abspielvorgang mit einer Nadel verursacht mechanischen Verschleiß. Berührungslose optische Abtastung vermeidet ihn.

Das um 1980 vorgestellte CX-Kompandersystem sollte den Dynamikbereich von LPs auf etwa 85 dB praktisch beziehungsweise 100 dB unter Laborbedingungen erhöhen. Es benötigte einen genau abgestimmten Dekoder und setzte sich wegen dieser Umständlichkeit und der gleichzeitig aufkommenden CD nicht durch.

Herstellung

Bei der industriellen Pressung wird das gemasterte Tonmaterial mit einem beheizten Schneidstichel in eine Lackfolie geschnitten. Hohe Frequenzen werden dabei angehoben und tiefe abgesenkt; bei der Wiedergabe erfolgt die umgekehrte Entzerrung. Durch Versilbern und galvanisches Verkupfern oder Vernickeln entsteht ein etwa 0,5 mm dickes Negativ, der „Vater“. Davon werden positive „Mütter“ und anschließend die Pressmatrizen oder „Söhne“ hergestellt. Für größere Stückzahlen werden die Matrizen verchromt. Seit den frühen 1980er Jahren erlaubt Direct Metal Mastering, kurz DMM, den direkten Schnitt in eine Kupferschicht.

Das Plattenmaterial besteht aus PVC mit ungefähr 20 % Polyvinylacetat und weiteren Zusätzen. Schwarze und farbige Pressungen unterscheiden sich nicht grundsätzlich in der Qualität. Für besonders hochwertige Pressungen kann frisches „Virgin Vinyl“ verwendet werden, da Papierreste in Recyclingmaterial Fehler und Knistern verursachen können.

Ein Pressvorgang dauert etwa 30 Sekunden. 150–180 g Rohmaterial werden mit den Etiketten bei etwa 8·10^6 Pa, ungefähr 80 kg/cm², und rund 150 °C zwischen zwei Matrizen gepresst, gekühlt und zugeschnitten. Das höhere Gewicht einer Platte verbessert den Klang nicht automatisch: Entscheidend sind Zustand, Mutterbänder, Arbeit der Ton- und Schneidingenieure sowie Materialqualität.

Kleine Formate können im Spritzguss entstehen. Seit 2021 gibt es im Pressspritzguss hergestellte PET-Platten. Für Kleinstauflagen wird der Ton direkt in eine Dubplate geschnitten. Lack-Dubplates sind nur begrenzt haltbar; geschnittene PVC-PVAc-Rohlinge können langlebigen gepressten Platten entsprechen.

Nutzung, Sonderformen, Pflege und Markt

Seit Einführung der Audio-CD gingen die Plattenverkäufe stark zurück; 1989 wurden in Westdeutschland erstmals mehr CDs als Schallplatten verkauft. Seit 2010 stieg der Absatz wieder: in Deutschland von 0,6 Millionen Stück 2010 auf 4,9 Millionen 2024. In den USA wurden 2022 erstmals seit 1987 wieder mehr Schallplatten als CDs verkauft; beim Umsatz war dies bereits 2020 der Fall.

DJs nutzen Platten zum stufenlosen Anpassen der Geschwindigkeit, Mixen und Scratchen. Digitale Vinylsysteme verwenden Timecode-Platten: Eine Software erkennt daraus Position, Geschwindigkeit und Richtung und steuert digitale Musikdateien.

Zu den Sonderformen gehören farbige und transparente Platten, Picture Discs mit Bild, nicht runde Shape Vinyls, flexible Flexidiscs, Platten mit mehreren ineinander verschränkten Rillen und von innen nach außen laufende „inside out cuts“. Historisch wurden auch Pappe, Stahlblech, beschichtetes Glas, Schokolade und in der Sowjetunion gebrauchte Röntgenbilder verwendet. Weitere Anwendungen waren Sprechpuppen, Kinowerbung und digitale Daten für Heimcomputer. Vinylvideo speicherte Ende der 1990er Jahre stark reduzierte analoge Schwarzweißvideos auf LPs. Die Voyager Golden Records an den 1977 gestarteten Raumsonden Voyager 1 und 2 sind vergoldete Kupferscheiben von 30 cm Durchmesser mit Bildern, Grüßen, Geräuschen und Musik.

Zur Pflege dienen Antistatikmatten, Tücher, Kohlenstofffaserbürsten und Waschmaschinen. Starke Verschmutzungen können mit wässriger Tensidlösung entfernt werden; anschließend muss mit destilliertem Wasser nachgespült werden. Beim Nassabspielen benetzt ein zusätzlicher Arm die Rille mit destilliertem Wasser und Isopropanol. Da nach dem Verdunsten Rückstände bleiben und Staub fester haften kann, sollten einmal nass abgespielte Platten danach weiterhin nass abgespielt werden. Außerdem muss wegen der bremsenden Bürste die Drehzahl neu eingestellt werden.