Im Zusammenhang mit Kassetten (und auch Tonbändern) ist häufiger von "Dolby B" oder "C" oder gar "S" die Rede. Manchmal kommt auch "HX PRO" vor.
Und dann: dB, Entzerrung, Vormagnetisierung . . .
Was ist das alles???

1. Was sind Dolby B,C und S?
       Das Prinzip
       Wozu sie da sind
       Ihre Geschichte
          Der Anfang: Dolby B
          Wie es weiterging: Dolby C
          Der letzte Streich: Dolby S
       Was sie "bringen"
          bei -30 dB
          bei -40 dB
2. Überblick über die Kassettentypen
3. Was sind dB?
4. Was ist Entzerrung?
       Übersicht über die Entzerrungs-Zeitkonstanten
       Rechnen mit Zeitkonstanten
5. Was ist Dolby HX PRO?
6. Was ist der Kopfspalt und was ist Azimut?
7. Was ist Vormagnetisierung?
       Abb. 1 - Verzerrung durch nichtlineare Kennlinie
       Abb. 2 - Überlagerung mit Gleichfeld
       Abb. 3 - Überlagerung mit Hochfrequenz
       Abb. 4 - Schema der HF-Vormagnetisierung in der Praxis
8. Meine Quellen
9. Links

Zuerst zu Dolby B, C und S:

Das sind sogenannte Rauschunterdrückungssysteme. Die Bezeichnung ist zwar nicht ganz treffend, jedoch haben sie im Endeffekt genau diese Wirkung.
Die richtige Bezeichnung lautet Kompander.

Wie sie (im Prinzip) funktionieren:
Bei der Aufnahme wird (bei B und C nur in einem Teil des Frequenzspektrums)
die Lautstärke leiser Töne angehoben und bei der Wiedergabe wieder abgesenkt.
Darum bei der Wiedergabe immer die Dolby-Sorte verwenden, die bei der Aufnahme eingeschaltet war!
Ganz so einfach ist das natürlich eigentlich nicht, weil da ja eine pegelabhängige Verstärkung realisiert werden muß. Das zu erklären ist hier zum Glück nicht nötig. Wer's ganz genau wissen will: Auf der Website von Dolby findet sich eine ausführliche Erklärung, die aber nur bei soliden Englischkenntnissen zu empfehlen ist.

Warum es sie gibt:
Das weiß jeder, der sich schon einmal Kassettenaufnahmen ohne Dolby mit Kopfhörern angehört hat: Kassetten rauschen ziemlich. Das liegt daran, daß ihr Dynamikbereich, also der Abstand von der maximal möglichen Lautstärke ohne
allzu große Verzerrungen (der Fachmann sagt Vollaussteuerung dazu) bis zum Grundrauschen (das von den magnetisierbaren Partikeln auf dem Band selbst hervorgerufen wird) mit knapp über 50 dB (entspr. ~316:1) recht gering ist (zum Vergleich: eine CD hat 96 dB Dynamik [obwohl das eine "analoge" und das andere "digitale" Dynamik ist - somit eigentlich inkommensurabel (nicht vergleichbar - siehe engl: common=gemeinsam) - ich könnte genausogut Äpfel und Birnen zusammenzählen, aber auf jeden Fall ist sie bedeutend größer, wobei man aber für einen direkten hörpsychologischen Vergleich 13 - 22 dB abziehen muß] ). Noch etwas schlechter sieht es im Baß und in den Höhen aus.

Aufstellung der (z. T. geschätzten) Dynamik von Kassetten bei mittleren Frequenzen sowie der Entzerrung

Kassettentyp (Bezeichnung-Typ-IEC-chemisch)	Einführung	Dynamik	Entzerrung
Normal - Typ I - IEC I - Eisenoxid (Fe2O3)	1963 mit der Compact-Cassette	~50 dB	3180 + 120 µs
Chrom - Typ II - IEC II - Chromdioxid (CrO2)	etwa 1970	~53 dB	3180 + 70 µs
Eisen-Chrom - Typ III - IEC III - ? (FeCr) (ausgestorben)	kurz nach Typ II, nur in frühen 70ern	~52 dB?	3180 + 70 µs
Reineisen - Typ IV - IEC IV- Eisen (Fe)	etwa 1979	~56 dB	3180 + 70 µs

Die Dynamik von Kassetten reicht also für die DIN-Definition von HiFi knapp bis gut aus. Diese entstand aber schon vor ein paar Jährchen, als die Ansprüche noch bedeutend geringer waren (z.B. Frequenzgang 40Hz-16kHz, Gleichlaufschwankungen 2% [!!!!!!!!] - wenn man bedenkt, daß Kassettendecks heute die 0,2% nicht überschreiten sollten . . .).
Heute sind 50 dB eher indiskutabel, es sollten schon mindestens 60 dB sein (da fing mal Top-Hifi an).

Ähnliche (Rausch-)Probleme gab es auch bei Spulentonbandgeräten, und so entschloß man sich 1968 auf der anderen Seite des Atlantiks bei der Dolby Corporation, (logischerweise) nach dem Firmengründer Ray Dolby benannt, ein Rauschunterdrückungssystem für all jene Tonbandgeräte zu entwickeln, die mit relativ geringer Geschwindigkeit liefen - das waren allesamt Nicht-Profigeräte mit Bandgeschwindigkeiten von 4,76 cm/s, 9,53 cm/s und 19,05 cm/s. Das Resultat hieß dann Dolby B und bot maximal 10 dB Rauschunterdrückung. Es war das zweite Rauschunterdrückungssystem der Firma, das (aufwendigere) Erstlingswerk für Profis hieß logischerweise Dolby A.
Dolby B ist gut geeignet, um rauschunterdrückte Aufnahmen auszutauschen.

Im Jahre 1980 kam Dolby C, das nun speziell für die Compact-Cassette entwickelt wurde. Es bot verbesserte Rauschunterdrückung (bis 20dB) und diverse Zusatzmaßnahmen (anti-saturation und spectral skewing, zu übersetzen etwa
mit "Anti-Sättigung(-smaßnahme)" und "spektrale (Aus-)Filterung" [oder
etwa "spektrale Schieflage" ???]), um eine Vollaussteuerung des Bandes (Sättigung) zu verhindern. Das funktioniert so: Da man Kassetten im Hochtonbereich (>10 kHz) nicht so hoch aussteuern kann wie z.B. in mittleren Tonlagen, wird der Pegel hoher Töne bei der Aufnahme einfach abgesenkt und bei der Wiedergabe wieder angehoben. Das verringert zwar die maximal mögliche Rauschunterdrückung, schließt aber Übersteuerungen im Hochtonbereich fast vollständig aus.
Dolby C ist für den Austausch von Bändern nicht so geeignet, da es recht empfindlich auf die Deckparameter reagiert. Wenn man ein Dolby-S-Deck hat, kann man's ja mal probieren.

Im Jahre 1990, als schon die Digitalitis die Audio-Geräte erfaßt hatte (seitdem sind die Dinger auch andauernd erkältet...), wurde dann Dolby S vorgestellt, das wiederum (wie B) von einem Profisystem (damals Dolby A) abgeleitet worden war, nämlich Dolby SR (Spectral Recording), das für die Rauschunterdrückung beim Lichtton verwendet wurde (und wird). Zugleich stellte man ein paar Anforderungen an die Geräte vor, die Dolby S unterstützen sollten, u.a.:
- ein linearerer Frequenzgang
- verringerte Gleichlaufschwankungen
- standardisierte Einstellung des Azimuts (Winkel zwischen Kopfspalt und
  Bandlaufrichtung).
Dolby S unterstützt bis zu 24 dB Rauschunterdrückung, zusätzlich noch bis zu 10 dB im Baßbereich.
Bei Dolby S hat man gegenüber Dolby C zu den Zusatzfunktionen noch anti-saturation im Baßbereich hinzugefügt: Die Baßanhebung bei der Aufnahme und -absenkung bei der Wiedergabe entfallen (s. Entzerrung).
Zwischen Dolby-S-Decks sollte der Bandaustausch wegen der Standardisierung wichtiger Parameter kein so großes Problem darstellen.

Was nützen mir Maximalwerte für die Rauschunterdrückung? Was bringt's in der Praxis?
Gute Frage, oder? Deshalb folgende Aufstellung der maximalen Rauschunterdrückung bei -30dB, einer normalen Lautstärke, die kaum jemals unterschritten werden dürfte, bei verschiedenen Frequenzen, basierend auf Dolbys Diagrammen. Das sagt mehr aus als Maximalwerte.
 

RU	40	60	120	250	500	1 k	2 k	5 k	10 k	12 k	15 k	20 k	Hz
B	0	0	0	1	3	6	8	8	6	6	6	6	dB
C	0	1	4	9	11	10,5	10	8	8	8	7	5	dB
S	6	8	12	12,5	12,5	12	11	10	9	9	8	6	dB

Und weil's so schön war, das Ganze bei -40 dB. Leiser sollte eigentlich keine Stelle der Aufnahme sein, das entspricht also den erreichbaren Maximalwerten.
 

RU	40	60	120	250	500	1 k	2 k	5 k	10 k	12 k	15 k	20 k	Hz
B	0	0	0	1	3	6	9	10	10	10	10	10	dB
C	0	1	3	8	15	16	14,5	13	13	13	12	9	dB
S	6	9	12	15,5	16	17	16	15	15	14,5	13	10	dB

Der Aha-Effekt:

Im kritischen Bereich 5 - 10 kHz sind also maximal 10 dB bei Dolby B, 13 dB bei Dolby C (das hatte ich auch in etwa erwartet) und 15 dB bei Dolby S "drin", und im Normalfall 6 - 8 dB bei Dolby B, 8 dB bei Dolby C sowie 9-10 dB bei Dolby S.

Was haben eigentlich diese dB zu bedeuten?
dB, Dezibel, also 1/₁₀ Bel, benannt nach A. G. Bell (=>Telefon), ist ein logarithmisches Maß für Spannungs-, Lautstärke-, Leistungs- und sonstige Unterschiede.
Bei Spannungen berechnet man sie, anders als bei Leistungen (s.u.), so:
[dB]=20*₁₀log[Unterschied]
also 20mal der Logarithmus zur Basis 10 (Taste "log" auf Taschenrechner) von jenem Unterschied, oder, wenn man den Unterschied berechnet:

[Unterschied]=10^([dB]/20⁾
also 10 hoch Dezibel durch 20.
Beispiel:
20 dB Fremdspannungsabstand: Wieviel Unterschied (d) zwischen Rauschen und Nutzsignal?
d=10^(20/20⁾
  =10¹ (10 hoch 1)
  =10 , d.h. Nutzsignal / Rauschen=10:1 .
Bei Leistungsunterschieden geht die Spannung quadratisch ein (P=U*I; U~I), daher gilt:
[dB]=10*₁₀log[Leistungsunterschied] oder 10*log₁₀[Leistungsunterschied]
(je nach Mathebuch)
bzw.
[Leistungsunterschied]=10^([dB]/10⁾

Und jetzt zu Dolby HX PRO:

Um das zu erklären, sollte man erstmal den Bias-Regler erwähnen. Damit kann man bei besseren Kassettendecks die Stärke des Vormagnetisierungsstroms einstellen und an das Bandmaterial anpassen (engl. bias= Vormagnetisierung). Ein höherer Vormagnetisierungsstrom hat einen geringeren Klirrfaktor (Anteil kubischer Verzerrungen, mit k₃ bezeichnet) zur Folge, bewirkt aber auch einen Frequenzgangabfall zu den Höhen hin (wg. Schichtdickendämpfung).
Ein niedrigerer Vormagnetisierungsstrom bewirkt einen höheren Klirrfaktor, der Frequenzgangabfall wird aber reduziert und sogar umgekehrt (wodurch aber dann die Aufnahme schrill klingt).
Dolby HX PRO nun paßt die Stärke des Vormagnetisierungsstroms dem aufgenommenen Signal an, um eine optimale Balance zwischen Frequenzgang und Klirrfaktor zu ereichen (nicht jedes Signal braucht einen Frequenzgang bis 20kHz!)

Was ist Entzerrung?

1.) Die tiefen Töne werden bei der Aufzeichnung angehoben (wobei die Zeitkonstante 3180 µs die Frequenz angibt, ab der die Anhebung größer als 3 dB ist) und bei der Wiedergabe abgesenkt, um Brummeinstreuungen zu reduzieren.
Nachteil: Laute, tiefe Töne können das Band übersteuern. Deshalb wird bei Aufzeichnung mit Dolby S diese Entzerrung abgeschaltet. Es gab auch mal eine Zeitkonstante von 1590 µs (bis 1974), bei der jener o.g. Nachteil noch stärker ausgeprägt war.

2.) Der Frequenzgang einer Kassette fällt zu den Höhen recht stark ab. Deshalb werden hohe Töne bei Aufnahme und Wiedergabe mit einer Zeitkonstante von 120 µs (Eisenoxidband) bzw. 70µs (Chromdioxidband, Reineisenband, Eisen-Chrom-Band [ausgestorben]) angehoben, nur daß die Anhebung zu den Höhen hin größer wird anstatt zu den tiefen Tönen, wie das bei bei Punkt 1 der Fall ist.

Übersicht über die Entzerrungs-Zeitkonstanten und ihre Einführung
 

Baßentzerrung	Höhenentzerrung	Bandtyp	Einführung
1590 µs	120 µs	Typ I	1966
3180 µs	120 µs	Typ I	1974
3180 µs	70 µs	Typ II	1970

Wie man mit den Zeitkonstanten rechnet:
   Symbole: Zeitkonstante Tau ()
                 Übergangsfrequenz f_ü
                 Pi (, etwa 3,141592654)
f_ü=1 / (2)

also: Übergangsfrequenz ist gleich 1 durch (2 mal  mal Zeitkonstante).

Zeitkonstante =3180µs
f_ü=1 / (2*3180*10^-6s)
  = (½ *10⁶) / (*3180s)
   = 50,04872424273 s^-1
   = 50,04872424273 Hz (also ziemlich genau 50 Hz)

Was ist der Kopfspalt und was ist Azimut?

Das sind zwei Begriffe, die eng zusammenhängen und deshalb gemeinsam besprochen werden.
Ein jeder Aufnahme-/Wiedergabekopf hat einen Spalt, den Kopfspalt, der exakt rechtwinklig zur Bandlaufrichtung verläuft bzw. verlaufen sollte. Das aus dem Spalt austretende Streufeld wird zur Magnetisierung des Bandes genutzt. Der Kopfspalt sollte möglichst kleiner als die Hälfte der aufzuzeichnenden Wellenlänge (welche mit dem Buchstaben "lambda" angegeben wird) sein; wenn er genau ½ (nicht übersehen: ein halb) Lambda ist, beträgt die Dämpfung 4 dB. Wie man sieht, ist sie frequenzabhängig, da die Wellenlänge mit zunehmender Frequenz abnimmt und somit die Dämpfung steigt.

Der Winkel zwischen Bandlaufrichtung und Kopfspalt heißt Azimut und ist im Idealfall genau 90°. Eine Abweichung von wenigen Winkelminuten (!) kann erhebliche Dämpfungsverluste mit sich bringen. Zum Glück ist das um so weniger kritisch, je schmaler das Band ist.

Was ist denn Vormagnetisierung?

In den technischen Daten meines Kassettendecks findet sich der Begriff Vormagnetisierungsfrequenz. Was es wohl damit auf sich hat?
Bis vor ein paar Tagen (Text ist von 1998) wußte ich das auch nicht. Dann hatte ich das Glück, in einem Antiquariat Literatur 2. zu finden.
Von Anfang an:
Die Kennlinie (Beziehung zwischen Input/Output bei Geräten, z.B. Beziehung zwischen Spannung und daraus resultierenden Strom) eines Magnetbandes verläuft alles andere als linear, d.h. Feldstärke H und magnetischer Fluß B auf dem Band (entsprechen Spannung U und Strom I in der Elektrizitätslehre) sind nicht proportional zueinander. Es gibt nur wenige Stellen auf dieser Kennlinie, wo das der Fall ist. Man muß also, um grauenhafte Verzerrungen (wie in Abb. 1) zu vermeiden, das aufgenommene Signal irgendwie zu diesen linearen Stellen hin "verschieben", in der Abb. 1 z.B. die "steilen" Abschnitte der Kennlinie - sie weisen einen annähernd geraden Verlauf auf (daher auch "linear").

Abb.1: Verformung (=Verzerrung) der Sinuskurve durch nichtlineare Kennlinie

Der erste Schritt bei dieser "Verschiebung" war die sogenannte Gleichfeld-Vormagnetisierung, bei der dem aufzuzeichnenden Signal ein Gleichfeld überlagert, d.h. ein Gleichstrom zugemischt wurde (Abb. 2).

Abb. 2 Überlagerung einer Sinuswelle mit einem Gleichfeld

Der Nachteil des Verfahrens war, daß zwar der Klirrfaktor stark reduziert wurde, aber daß der Fremdspannungsabstand mit etwa 40 dB viel zu gering war.
Deswegen wurde es ersetzt durch die Hochfrequenz-Vormagnetisierung (Abb. 3).
Bei dieser wird dem Signal ein Hochfrequenzsignal (mein Deck: 80kHz) zugemischt, wodurch das HF-Signal sozusagen durch die NF moduliert wird.

Abb. 3 Überlagerung einer Sinuswelle mit einer Hochfrequenz

Im Endeffekt sieht das dann so aus (bitte nicht um die etwas kryptische Beschriftung kümmern):

Abb. 4 So sieht das dann im Endeffekt aus (Darstellung in halber Größe, für volle Größe Grafik einzeln ansehen)

Noch Fragen? (zugegeben, etwas kompliziert ist das schon)
Oder An- /Bemerkungen, Irrtümer meinerseits oder...?

Wem das alles zu schnell ging, sollte die Seite abspeichern (Grafiken nicht vergessen)!

1. Was Dolby dazu schreibt (Englisch)
2. Schallspeicherung auf Magnetband, AGFA-GEVAERT AG (Hrsg.), 1975
3. B. Krieg, Praxis der digitalen Audiotechnik, Franzis', 1989

Mein Dank gilt Mr. Richard H. Kuschel, Montana / USA für seine Hinweise in punkto Entzerrung und die Kopien von Unterlagen von Nakamichi.

4. Nakamichi USA, "Manual" des Decks 680ZX
5. Nakamichi USA, Nakamichi Technical Bulletin 2

Es könnte sein, daß auch Inhalte aus dem Phish.Net FAQs about Taping Live Shows eingeflossen sind.

Website der Dolby Corp.

Phish.Net FAQs about Taping Live Shows

Diese Seite entstand bei Musik in HiFi-Qualität - natürlich von Kassette.
Tnx to Mozart, Chopin, Roxette, S. Brightman & A.Bocelli, Beethoven, Mike Oldfield...