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14.10.1988 - 

Es begann mit einem dünnen Seidenfaden:

100 Jahre magnetische Aufzeichnung

Die heutige weltumspannende Kommunikation mit Audio-, Video- und Datentechnik wäre ohne die magnetische Aufzeichnung nicht denkbar. Die Idee eines "Phonographen" als magnetisches Aufzeichnungsgerät und damit die Grundlage für diese Technik in der Ton-, Bild- und Datenaufzeichnung hat der amerikanische Ingenieur Oberlin Smith im September 1888 veröffentlicht. Damit ist die Idee der magnetischen Aufzeichnung jetzt 100 Jahre alt. Heinz Ritter* schildert, was daraus wurde.

Das grundlegende Prinzip der magnetischen Tonaufzeichnung beschrieb Smith am 8. September 1888 in der Zeitschrift "Electrical World". Ein Elektromagnet sollte einen magnetisier-baren Tonträger, zum Beispiel einen Seidenfaden oder Baumwollfaden mit eingewebtem Stahlstaub, im Rhythmus der von einer Membrane aufgefangenen und in elektrische Ströme umgewandelten Schallwellen magnetisieren. Bei der Wiedergabe sollten dann umgekehrt die magnetische Impulse elektrische Ströme erzeugen und diese wiederum eine Lautsprechermembrane in Schwingungen versetzen (Bild 1).

Das Vaterunser, so schrieb seinerzeit Smith, könnte auf wenige Fuß Faden aufgezeichnet werden. Eine junge Dame dagegen, die nur eine kleine Fadenspule von ihrem Liebhaber erhielte, würde sich furchtbar vernachlässigt vorkommen, wenn der Faden nicht mindestens 200 Yards lang wäre.

In seinem Artikel beschrieb er dann noch die "Datenfern-übertragung über Telefon" und fügte im Hinblick auf die hypothetische junge Dame hinzu, diese könne so ein Eheversprechen per Telefon aufzeichnen und hätte, wenn das Versprechen gebrochen würde, sofort ein Beweismittel. So einleuchtend auch seine Darstellung war, sie kam zu einer Zeit, zu der es noch keinerlei technische Möglichkeiten für eine Umsetzung in die Praxis gab.

Erste praktische Versuche mit der magnetischen Aufzeichnung unternahm 1898 der dänische Physiker Valdemar Poulsen. Sein Telegraphon, für das er einen Stahldraht verwendete, wurde auf der Pariser Weltausstellung 1900 eine kleine Sensation.

Mit einem Papierband

28 Jahre später führte der Dresdner Ingenieur Fritz Pfleumer Berliner Journalisten ein neues Gerät vor. Es arbeitete mit einem Papierband, dessen Oberfläche mit einer Eisenpulverschicht beklebt war.

Stahldraht und Papierband hatten jedoch gravierende Nachteile. Der Draht ließ sich nicht torsionsfrei führen, das Papierband war empfindlich und riß oft.

Kooperation schafft den Durchbruch

Die Zusammenarbeit zwischen der AEG für die Geräteentwicklung und der BASF für die Bandentwicklung schaffte den Durchbruch: 1935 wurden Magnetophon und Magnetophonband auf der Funkausstellung in Berlin der Öffentlichkeit vorgestellt.

Das heute noch gültige Prinzip

Heutige magnetische Speichermedien bestehen aus einem nicht magnetischen Träger, auf den eine Magnetschicht aufgebracht ist (Bild 2). Dieses Speichermedium wird bei Aufnahme und Wiedergabe mit konstanter Geschwindigkeit an den Magnetköpfen vorbeigeführt. Die Information wird über geeignete Wandler (Mikrophon für Ton, Videokamera für Bild und zum Beispiel Tastatur für Daten) in elektrische Signale und über Magnetköpfe in Flußwechseländerungen der Magnetisierung umgewandelt und in der Magnetschicht gespeichert. Dies kann beliebig oft geschehen (Bild 3).

Die Audiotechnik

Anfang der 50er Jahre startete die Heimtontechnik mit Spulentonbandgeräten. Verbesserte Magnetbänder und Geräte brachten Spielzeiterhöhungen durch Mehrspurtechnik (Bild 4), reduzierte Banddicken (Bild 5) und Anfang 1960 als Miniaturisierung die Compact-Kassette mit 3,81 mm breitem Band (Bild 6).

Der Trend geht zur Digitaltechnik. Das Digital Audio Tape

(= DAT) stellt einen weiteren Miniaturisierungsschritt und eine entscheidende Qualitätsverbesserung dar (Bild 10). Der Bandvorlauf beträgt dabei nur 8,15 mm/s, die im Schraubenspurverfahren (englisch: helical scan) erzielte Relativgeschwindigkeit jedoch 3,13 m/s (Bild 11).

Die Videotechnik

Mit einer ähnlichen Technik wird seit Anfang der 50er Jahre bei der Bildaufzeichnung gearbeitet (Bilder 7 und 12), um bei geringer Bandvorlaufgeschwindigkeit die hohe Bildfrequenz über rotierende Magnetköpfe aufzuzeichnen.

Das Prinzip der rotierenden Magnetköpfe ist auch heute noch in der magnetischen Bildaufzeichnung ( = MAZ) für Studio- und für die Anfang der 70er Jahre begonnene Heimvideoaufzeichnung üblich, zum Beispiel bei VHS und 8 mm Videoformat (Bilder 8, 9, 13).

Der Trend geht auch hier zur digitalen Bildaufzeichnung. Es wird jedoch noch lange dauern, bis ein der Analogtechnik vergleichbares Preis/Leistungs-Verhältnis erzielt wird.

Die Datentechnik

Anfang der 50er Jahre startete IBM in den USA die magnetische Datenaufzeichnung auf einem 12,7 mm ( = ? Zoll) beiten Computerband (Bild 14) und Ende der 50er Jahre auf starten Magnetplatten. Diese 14-Zoll-Plattentechnologie erlangte zunächst als Wechselspeicher Bedeutung (Bild 15), später wegen der höheren Aufzeichnungs- und Spurdichten nur noch als Festplattenspeicher, nach einem Codewort "Winchestertechnik" benannt (Bild 16). Die ersten flexiblen Magnetplatten, "Disketten" genannt, kamen Anfang der 70er Jahre auf den Markt, zunächst in 8 Zoll, dann in 5,25 Zoll und in 3,5 Zoll Kantenlänge.

Disketten und Festplatten, beide meist in den Größen 5,25 Zoll und 3,5 Zoll, sind heute im Personal-Computer-Bereich dominierend.

Mitte der 80er Jahre erschien mit der IBM 3480 eine neue Computerband-Anwendung auf dem Markt, ein Gerätesystem mit einer Magnetbandkassette, Bandbreite 12,7 mm. Die Vorteile dieser neuen Cartridge veranlaßten viele Rechenzentren, von Spulencomputerband auf die MTC (englisch: Magnetic Tape Cartridge) umzustellen (Bild 17).

Weiterentwicklung/Optische und magnetische Speicherplatten

Die Weiterentwicklung bei Datenspeichermedien geht in viele Richtungen.

Eine davon ist die optische Platte. Die optischen und magnetischen Speichermedien sind starre oder halbstarre Platten. Bei der starren magnetischen Speicherplatte wird die Information über den Magnetkopf (Bild 20) in Magnetisierungswechsel umgewandelt, diese in Spuren in der Magnetschicht aufgezeichnet und über denselben Magnetkopf wieder gelesen. Als Trägersubstrat für die Magnetschicht dient eine Aluminiumscheibe.

Bei der optischen Platte erfolgt das Schreiben und Lesen digitaler Informationen mittels eines durch ein Objektiv fein fokussierten Strahles eines Diodenlasers. Als entscheidender Vorteil optischer Speicher kann dabei der Abstand zwischen Objektiv und Speicherschicht mehrere Millimeter betragen. Damit steht ein auswechselbarer Informationsträger höchster Speicher-dichte und Datensicherheit zur Verfügung, der Magnetband und Magnetplatte als Massenspeicher wirkungsvoll ergänzt.

Horizontal- und Vertikalaufzeichnung

Der Trend nach immer höheren Aufzeichnungsdichten erreicht bei der bisher verwendeten Technologie, der horizontalen Aufzeichnung auf Speichermedien mit Oxid-Magnetpigmenten, eingelagert in Bindemittel, und Magnetköpfe in Ringform, seine praktischen und physikalischen Grenzen. Eine Alternative sind reine Metallschichten aus magnetischen Metallen oder Metall-Legierungen. Hier erfolgt die Aufzeichnung auch vertikal mit speziellen Dünnfilmköpfen.

Die vor 100 Jahren geborene Idee von Oberlin Smith ist die Grundlage der heutigen magnetischen Aufzeichnungstechnik. In aller Welt findet man magnetische Aufzeichnungsgeräte für die Bild-, Ton- und Datenaufzeichnung im professionellen und im privaten Bereich als Tonbandgeräte, Videorecorder oder als Datenspeicher. Die technische Evolution in der Speichermedien- und Gerätetechnik und die daraus resultierende Großserienfertigung hat für eine weite Verbreitung der Magnettechnik gesorgt. Sie wird uns noch jahrzehntelang gute Dienste leisten.

*Heinz Ritter ist Leiter Verkaufsförderung der BASF-Datentechnik.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus dem demnächst bei der BASF erscheinenden Buch "Heinz Ritter, Einführung in die Speicher-medien und die Datentechnik".