Zwei der weltweit führenden Chip-Hersteller hatten vor wenigen Jahren als Revolution angekündigt, dass sie auf 5-nm-Fertigung umsteigen (1 nm = 0,000000001 m). Nanotechnologie und Mikrobearbeitung werden in technischen und wissenschaftlichen Veröffentlichungen immer häufiger als Schlagworte genannt.

Es werden mikroelektromechanische Systeme mit winzigen Merkmalen von nur einigen Dutzend µm gebaut, die in hoch spezialisierten Geräten «für die Regierung» Anwendung finden. Bei all dieser Aufregung könnte man meinen, wir hätten diese Mikrofertigung erst vor kurzem möglich gemacht.

Präzision des Schallplattenschnitts

Als die National Association of Broadcasters 1942 ihre «NAB Audio Recording and Reproducing Standards for Disc Recording and Reproducing» veröffentlichte, forderte sie im Wesentlichen genau dieses Fertigungsniveau, das seit Ende des 19. Jahrhunderts routinemässig erreicht wurde. Seit dem Aufkommen der elektrischen Tonaufzeichnung in den frühen 1930er-Jahren konnten spezielle Werkzeugmaschinen – sogenannte Plattenschneidedrehbänke – 12,7 µm (0,0005″) tiefe Rillen (1 Mikrometer = 1 millionstel Meter = 0,000 001 m = 10^-6 m = 1 µm) mit einem Abstand von bis zu 300 LPI (lines per inch, Anzahl Linien pro Inch, 1 Inch = 2,54 cm) schneiden, die durch Schall moduliert wurden.

Die schwächsten Töne, die anschliessend hörbar wiedergegeben werden konnten, wurden durch Amplituden der mechanischen Verschiebung von einigen nm repräsentiert. Zum Vergleich: 1 nm = 0,000 000 039″. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts reicht von knapp über 700 nm am roten Ende bis zu knapp 400 nm am violetten Ende.

Es war nicht nur möglich, Rillen im Mikro-Nano-Massstab mit traditionellen mechanischen Mitteln zu bearbeiten, es war bereits in den 1930er-Jahren möglich, Plattenaufzeichnungsdrehmaschinen und Messerkopfwandler mit guten altmodisch-traditionellen Bearbeitungsvorgängen herzustellen und dabei den erforderlichen Genauigkeitsgrad mit den damals verfügbaren Messinstrumenten zu erreichen.

Nichts von CNC, Laser, Simulationssoftware, Mikrobearbeitung, Nanotechnologie, Keramik, Supraleiter, additiven Picolegierungen, Blockchain ... Entschuldigung, mein Zufallsgenerator für Schlüsselwörter hat gerade eine Lücke im Zeit-Raum-Kontinuum erfahren.

Neumann-Schneidemaschine.

Schneidemaschinen von Neumann, Scully und Fairchild

Tatsächlich war die 1970 eingeführte Neumann VMS70 eine der am weitesten verbreiteten Schneidemaschinen für die Scheibenbearbeitung aller Zeiten. Sie war im Wesentlichen die mechanische Baugruppe der Neumann AM31, die 1931 als Neumanns erstes Schneidemaschinenangebot eingeführt wurde, zusammen mit einem grundlegenden Automatisierungssystem zur Steuerung der Schnittparameter der Schneidemaschine.

Ähnlich verhält es sich mit Scully, die bereits 1920 im Geschäft war und vor der Erfindung der elektronischen Verstärkung akustische Aufnahme-Schneidemaschinen herstellte. Von 1930 bis 1976, als die LS-76 eingeführt wurde, blieb die mechanische Konstruktion ihrer Schneidemaschinen praktisch unverändert. Neumann und Scully sind die einzigen beiden Hersteller, die nach den 60er-Jahren noch im Geschäft waren, und sie gehören auch heute zu den bekannteren Namen. Aber auch andere Schneidemaschinen wurden und werden weiter professionell genutzt, wie z. B. meine modifizierte Fairchild-Schneidemaschine aus den frühen 1930er-Jahren, die in der Kolumne «Vintage Whine in Copper Issue 89» vorgestellt wurde.

Man kann mit Sicherheit sagen, dass die überwiegende Mehrheit der hervorragenden existierenden Schallplatten mit der Technologie der 1930er-Jahre geschnitten wurde(!). Sogar bewegliche Rückkopplungswandler waren 1937 bereits erfunden. Die frühen Designkonzepte erwiesen sich als so perfekt geeignet, dass keine Anstrengungen unternommen wurden, sie zu verbessern.

Selbst in den 70er-Jahren bestanden die Änderungen hauptsächlich in einer modernen Neugestaltung, bei der die ursprünglichen mechanischen Merkmale beibehalten wurden, während gleichzeitig fortschrittlichere Automatisierungssysteme entwickelt wurden. Diese ermöglichten es weniger qualifizierten Bedienern, funktionale Aufzeichnungen zu schneiden und die Arbeitskosten zu senken, was dem Zeitgeist entsprach.

Scully-Schneidkopf in Aktion.

In den 1970er-Jahren gab es bereits mehrere andere Tonaufnahmetechniken, die für viele Anwendungen als praktischer – um nicht zu sagen billiger – angesehen wurden. Angesichts der Tatsache, dass es nur noch zwei Hersteller von Schneidemaschinen gab, die der extremen Genauigkeit genügen konnten, und dass nun aufwändige Automatisierungssysteme entwickelt wurden, war ein Schallplattenmastering-System keineswegs eine kleine Investition. Diese Systeme waren unglaublich teuer, gross, schwer und anfällig. Es gab weltweit nur sehr wenige Betriebe, die über eine solche Maschine verfügten und nur sehr wenige ausgebildete Zerspanungstechniker. Fast niemand konnte diese Maschinen noch reparieren.

Bedeutung der Schallplatte

Vor den 1950er-Jahren war die Situation noch ganz anders. Jack Mullin war mit der geheimsten deutschen Technologie, dem Magnetophon, aus dem Krieg zurückgekehrt. Aber es sollte noch einige Jahre dauern, bis Tonbandgeräte allgemein verfügbar wurden. Bis zu diesem Zeitpunkt galt die Schallplatte für die meisten Anwendungen als die praktischste und praktikabelste Form der Tonaufzeichnung. Nicht bei allen Anwendungen ging es um Musik oder ernsthafte Erwartungen an die Tonqualität, so dass auch einfachere Geräte verwendet werden konnten.

Eine wichtige Anwendung für Plattenaufnahmemaschinen war die Forderung der Radiosender in mehreren Ländern, ihr gesamtes Programm zu «protokollieren». Dies war ein enormer Aufschwung für die Schneidemaschinenindustrie und ein grosser Verlust, als dieser Bereich schliesslich von Tonbandgeräten übernommen wurde.

Es gab eine Zeit, in der fast jede Industrienation der Welt mindestens einen Hersteller von Plattenaufzeichnungsmaschinen hatte. Dabei handelte es sich in der Regel um kleinere und einfachere Systeme, die in Aufnahmestudios, Rundfunkanstalten, Bildungseinrichtungen und sogar in den Haushalten der wohlhabenderen Bürger als «Hobby»-Aufnahmegeräte weit verbreitet waren. Es gab mehrere tausend Menschen, die regelmässig Schallplatten schnitten, obwohl diese meistens nicht für die Massenproduktion bestimmt waren. Es wurden eher Einzelstücke geschnitten als Master für die Weiterverarbeitung.

In jeder grösseren Stadt gab es mehrere Einrichtungen, die anboten, Radio-Jingles auf Diskette aufzunehmen, die Originaldiskette auf einige weitere Disketten zu kopieren, die dann einzeln geschnitten und an die Radiosender verteilt wurden. Gleichzeitig gab es die Welt der Massenproduktion durch die Plattenfirmen für den Verkauf an die breite Öffentlichkeit. Auch hier wurden die «Master»-Scheiben zunächst auf einer Schneidemaschine geschnitten.

Die grösseren und teureren Schneidemaschinen waren im Allgemeinen für das Mastering reserviert. Diese Master wurden dann galvanisiert, um metallische «Negative» zu erhalten, bei denen alle Rillenwellen im Nanobereich erhalten blieben. Eine Reihe von Negativen, die sogenannten Stamper, wurden dann in die Formen einer dampfbeheizten, wassergekühlten Hydraulikpresse eingesetzt, welche die Kopien der Schallplatte presste.

Pallas-Plattenpresswerk.

In diesem Sektor gab es immer viel weniger Schneidemaschinen als hydraulische Schallplattenpressen, und viel weniger Mastering-Ingenieure als Pressenbediener, da mit einem Satz Master mehrere Sätze Stampers hergestellt werden konnten. Jeder Satz Stampers konnte mindestens tausend Platten produzieren.