Tonabnehmer: MM und MC

Ein Tonabnehmer wandelt die Auslenkung der Nadel in eine elektrische Spannung. Beide verbreiteten Bauarten nutzen dafür dasselbe Prinzip — ein Magnet und eine Spule bewegen sich gegeneinander, und dabei entsteht Spannung. Sie unterscheiden sich in einer einzigen Entscheidung: Beim Magnetsystem sitzt der Magnet am beweglichen Nadelträger und die Spulen stehen fest, beim Spulensystem ist es umgekehrt. Alles andere folgt daraus.

Ausführliche Erklärung

Warum die eine Entscheidung alles Weitere festlegt

Die erzeugte Spannung hängt an zwei Größen: daran, wie schnell sich Magnet und Spule gegeneinander bewegen, und daran, wie viele Windungen die Spule hat. Die Geschwindigkeit gibt die Rille vor und ist bei beiden Bauarten dieselbe. Über die Windungszahl entscheidet dagegen der Aufbau.

Beim Magnetsystem stehen die Spulen im Gehäuse fest. Ihre Masse spielt für die Abtastung keine Rolle, also dürfen sie groß sein und viele Windungen haben. Das Ergebnis ist eine kräftige Ausgangsspannung und zugleich eine hohe Induktivität und ein hoher Innenwiderstand.

Beim Spulensystem sitzen die Spulen am Nadelträger und müssen von der Nadel mitbewegt werden. Jede zusätzliche Windung erhöht die bewegte Masse, und bewegte Masse ist bei der Abtastung feiner Rillenstrukturen teuer. Die Spulen bleiben deshalb winzig, mit wenigen Windungen. Das ergibt eine kleine Ausgangsspannung, dafür eine niedrige Innenimpedanz und eine geringe bewegte Masse. Der Hersteller Ortofon beschreibt denselben Zusammenhang und ergänzt einen fertigungstechnischen Punkt: Die Spulen werden von Hand unter dem Mikroskop gewickelt, weshalb sich das Prinzip für die Massenfertigung schlecht eignet.

Der Abstand von rund 20 dB

Zwischen den Ausgangsspannungen beider Bauarten liegt üblicherweise etwa der Faktor zehn: Magnetsysteme liefern einige Millivolt, Spulensysteme einige Zehntel Millivolt. In Dezibel gerechnet sind das rund 20 dB, und genau diesen Betrag muss ein Phono-Eingang zusätzlich aufholen, wenn ein Spulensystem daran arbeitet.

Der Zahlenvergleich hat allerdings eine Bedingung, die häufig unter den Tisch fällt. Eine Ausgangsspannung ist nur dann eine vergleichbare Angabe, wenn sie unter derselben Bedingung gemessen wurde. Genau darum kümmert sich die Norm für Schallplatten und Wiedergabegeräte: Sie legt das Verfahren zur Messung der Kanalempfindlichkeit bei 1000 Hz fest und verpflichtet Hersteller, die Daten ihres Tonabnehmers anzugeben. Zwei Millivoltangaben ohne Messbedingung lassen sich nicht gegeneinander halten.

Was der Abschluss am Eingang bewirkt

Ein Tonabnehmer arbeitet nicht ins Leere. Der Widerstand und die Kapazität, die der Eingang ihm anbietet, sind Teil seiner Schaltung und bestimmen seinen Frequenzgang im oberen Bereich mit.

Beim Magnetsystem ist der Widerstand mit 47 kΩ praktisch überall derselbe, und die Kapazität wird zur eigentlichen Stellgröße. Sie entsteht aus Eingang und Kabel gemeinsam und wirkt zusammen mit der hohen Induktivität der feststehenden Spulen — deshalb ist die Leitung vom Plattenspieler hier ein Bauteil und kein Zubehör.

Beim Spulensystem ist die Lage entspannter, und der Grund steht schon in der Bauart: Die niedrige Innenimpedanz macht das System nach Herstellerangabe unempfindlicher gegenüber der Eingangsimpedanz. Die Kapazität spielt kaum eine Rolle, dafür wird das Grundrauschen der ersten Verstärkerstufe zur bestimmenden Größe. Welche Anforderungen daraus für den Eingang folgen, behandelt Phono-Vorverstärker und RIAA-Entzerrung.

Der Übertrager vor dem Spulensystem

Statt einer weiteren Verstärkerstufe lässt sich die kleine Spannung eines Spulensystems auch passiv anheben — mit einem Übertrager, der zwischen Tonabnehmer und Phono-Eingang sitzt. Er erzeugt kein eigenes Rauschen und entlastet die empfindlichste Stufe der ganzen Kette.

Dabei ist ein Punkt entscheidend, der oft übersehen wird: Ein Übertrager mit dem Windungsverhältnis n hebt die Spannung um den Faktor n an und verändert zugleich die Impedanz um n². Das Übersetzungsverhältnis bestimmt also nicht nur den Pegel, sondern auch, welchen Abschluss der Tonabnehmer überhaupt sieht. Ein Übertrager wird deshalb zum jeweiligen System ausgesucht — mit dem falschen Verhältnis stimmt beides nicht mehr. Nach ihm folgt weiterhin ein regulärer Phono-Eingang, denn die Entzerrung erledigt der Übertrager nicht.

Was die Norm festlegt und was nicht

Für Schallplatten und die Geräte, die sie abspielen, gilt IEC 60098, seit Januar 2020 in vierter Ausgabe; Verstärker und Lautsprecher sind vom Geltungsbereich ausdrücklich ausgenommen. Für Tonabnehmer regelt sie drei Dinge: die mechanische Austauschbarkeit samt Maßen, die Farbcodierung der Leitungen zwischen Tonabnehmer und Tonarm und die Kennzeichnung der Anschlüsse am System selbst; die Verfahren, mit denen Empfindlichkeit, Kanalungleichheit, Übersprechdämpfung, Frequenzgang und Abtastfähigkeit gemessen werden; und die Pflicht des Herstellers, die Daten seines Tonabnehmers anzugeben.

Was sie nicht festlegt, ist ebenso aufschlussreich: keine Ausgangsspannung, keinen Abschlusswiderstand, keine Bauart. Vergleichbar werden die Systeme über das Messverfahren und die Angabepflicht — die Werte selbst bleiben Eigenschaften des einzelnen Modells.

Häufiges Missverständnis

Die populärste Erzählung macht aus der Bauart eine Rangfolge: MC sei die höherwertige Technik, MM die Einsteigerlösung. Diese Sortierung verwechselt eine elektrische Bauentscheidung mit einer Qualitätsstufe. Beide Familien decken jeweils eine große Preis- und Güteklasse ab, und die Abtastqualität hängt an Nadelschliff, Nadelträger und Fertigungsgenauigkeit — Merkmale, die es in beiden Bauarten in jeder Ausprägung gibt. Ein Spulensystem an einem Eingang, der seine Spannung nicht sauber anheben kann, bleibt hinter einem gut angepassten Magnetsystem zurück. Hersteller argumentieren erwartungsgemäß für das Prinzip, das sie bauen; deren vergleichende Werturteile sind Werbung und keine Messaussage.

Der zweite Irrtum ist eine zu einfache Merkregel: MC gleich leise, MM gleich laut. Es gibt Spulensysteme mit deutlich mehr Windungen, deren Ausgangsspannung im Bereich eines Magnetsystems liegt und die an einem gewöhnlichen MM-Eingang arbeiten. Sie heißen trotzdem MC, weil sich das Kürzel auf das Wandlungsprinzip bezieht und nicht auf den Pegel. Wer allein nach dem Kürzel einen Eingang auswählt, kann daneben liegen — die Ausgangsspannung steht im Datenblatt.

Der dritte Irrtum verknüpft die Bauart mit der Nadel. Nadelschliff, Nadelträgermaterial und Auflagekraft sind unabhängig davon, welcher Teil im Generator sich bewegt. Sie entscheiden darüber, wie genau die Rille abgetastet wird, und haben mit der elektrischen Schnittstelle nichts zu schaffen. Ein feiner Schliff macht aus einem Magnetsystem kein Spulensystem, und ein Spulensystem mit stumpfer Nadel klingt nicht besser als ein Magnetsystem mit scharfer.

Nicht zu verwechseln mit

• Phono-Vorverstärker und RIAA-Entzerrung: das Gerät dahinter. Es hebt die Spannung an und stellt die Frequenzverteilung wieder her; der Tonabnehmer erzeugt sie.
• Nadelschliff, Nadelträger und Auflagekraft: Sie bestimmen die Abtastung. Beide Generatorprinzipien gibt es mit jedem Schliff.
• Nadeleinschub als Ersatzteil: Bei Magnetsystemen ist die Nadel meist ein steckbares Teil, das der Nutzer selbst wechselt. Bei Spulensystemen sitzen die Spulen am Nadelträger, weshalb ein Nadelwechsel dort auf eine Werksinstandsetzung hinausläuft.
• Bauarten mit bewegtem Eisenteil: Eine dritte Familie bewegt weder Magnet noch Spule, sondern ein leichtes Eisenteil im Feld eines festen Magneten. Elektrisch verhält sie sich wie ein Magnetsystem und wird an denselben Eingängen betrieben.
• Übertrager im Lautsprecher: Er sitzt hinter der Endstufe und passt Leistung an eine Leitung an. Der Übertrager vor einem Spulensystem hebt eine winzige Spannung an — ein anderer Ort in der Kette und eine andere Aufgabe.
• Tonarm und Laufwerk: Sie führen den Tonabnehmer und halten die Drehzahl. Ihre Eigenschaften wirken auf die Abtastung ein, gehören aber zu anderen Baugruppen.

In der Planung

Ein Kunde hat eine bestehende Anlage und möchte einen Plattenspieler ergänzen, „am besten mit MC, das ist ja das Bessere". Die Formulierung nennt bereits ein Gerät und überspringt zwei Entscheidungen.

Die Konzeptfrage betrifft den Betrieb über die Jahre und nicht den Klang: Wer wechselt die Nadel, wenn sie in einigen hundert Betriebsstunden verschlissen ist? Bei einem Magnetsystem ist das ein Ersatzteil und ein Handgriff. Bei einem Spulensystem geht das System zum Hersteller oder wird ersetzt. Bei einer Anlage, die im Wohnzimmer täglich läuft, ist das über zehn Jahre die folgenreichere Entscheidung.

Vor jedem Modell steht dann ein zweiter Schritt: Die elektrische Schnittstelle wird festgelegt. Welchen Abschluss bietet der vorhandene Eingang, ist er umschaltbar, wie viel Verstärkung hat er, und wie lang wird der Weg von der Nadel bis dorthin? Ein Eingang mit umschaltbarem Abschluss hält beide Bauarten offen; ein fester legt sie fest, und dann ist die Bauart bereits entschieden, bevor irgendein Datenblatt aufgeschlagen wird. Zum selben Schritt gehört die Leitung: Bei Magnetsystemen zählt ihre Kapazität mit, und ein sehr kleines Signal auf einer unsymmetrischen Leitung ist die klassische Ausgangslage für eine Brummschleife.

Erst danach wird das Modell ausgesucht, und die Auswahl ist durch die beiden Entscheidungen bereits eingegrenzt. Umgekehrt herum — erst das System, dann die Frage nach dem Eingang — endet der Weg regelmäßig bei einem zusätzlichen Gerät, das im Regal Platz und im Signalweg Störabstand kostet.

Verknüpfte Inhalte

Was mit dem Signal unmittelbar danach passiert und warum ein Plattenspieler an einem gewöhnlichen Line-Eingang falsch klingt, steht unter Phono-Vorverstärker und RIAA-Entzerrung. Wo das Phono-Signal in der Gerätekette sitzt, zeigt Die Audiokette; welche Spannungen weiter hinten üblich sind, behandelt Line-Pegel und die Pegelkonventionen. Warum ein sehr kleines Signal besonders empfindlich gegen Störungen ist, erklären Grundgeräuschpegel und Schirmung. Was Widerstand und Kapazität an einem Eingang überhaupt bewirken, steht unter Impedanz.

Quellen

Der Geltungsbereich von IEC 60098 in der Ausgabe von 2020, die Regelung der Austauschbarkeit von Tonabnehmern samt Farbcodierung, die Messverfahren für Empfindlichkeit, Kanalungleichheit, Übersprechdämpfung, Frequenzgang und Abtastfähigkeit sowie die Angabepflicht des Herstellers stehen in der Gliederung und im Geltungsbereich der Norm, beides in der frei zugänglichen Vorschau gelesen. Der Zusammenhang zwischen Windungszahl, Innenimpedanz, Ausgangsspannung und bewegter Masse beim Spulensystem sowie dessen geringere Empfindlichkeit gegenüber der Eingangsimpedanz sind Angaben des Herstellers Ortofon. Die Übertragerbeziehung — Spannung um n, Impedanz um n² — ist eine Grundbeziehung der Elektrotechnik.