mini|Revox PR99 Mk II, etwa 1985 mini|Akai GX-635D mit Autoreverse, 1978 Ein Tonbandgerät ist ein Elektrogerät, das die Funktionen eines Audiorekorders und eines Wiedergabegeräts kombiniert und zur analogen Tonaufzeichnung auf Tonbandmaterial dient. Letzteres besteht aus dünnem Kunststoff als Trägermaterial, das mit einer magnetisierbaren Schicht mit Eisen-, Eisenoxid- und/oder Chromoxidkristallen beschichtet ist. 1935 stellte die Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG) auf der 12. Großen Deutschen Funk-Ausstellung in Berlin das weltweit erste Tonbandgerät der Öffentlichkeit vor. Zunächst waren Tonbandgeräte Rundfunk- und Studioanwendungen vorbehalten. Ab Anfang der 1950er Jahre brachte eine zunehmende Zahl von Herstellern Tonbandgeräte für den Heimbereich mit immer mehr technischen Möglichkeiten und steigender Qualität zu privat erschwinglichen Preisen auf den Markt. Der Boom der Spulentonbandgeräte wurde erst in den 1970ern durch die kleine Variante, die kompakteren Kassettenrekorder, deutlich gebremst, und ab Ende der 1990er Jahre durch den Siegeszug der Digitaltechnik in der Unterhaltungs- und professionellen Tonstudio-Elektronik nahezu vollständig vom Markt verdrängt.
Aufbau und Technik mini|Bandlauf eines Tonbandgerätes mini|Tonbandgerät von Nordmende mini|Tonbandgerät von Nordmende (Innenansicht) mini|Tonköpfe einer Revox B77
Standardmäßig befindet sich links die Abwickelspule mit dem Bandvorrat, in der Mitte der Kopfträger mit den Tonköpfen sowie der Capstan und rechts die Aufwickelspule (siehe rechte Schema-Zeichnung). Im professionellen Bereich werden auch offene Bandteller verwendet, als Wickelkörper dienen der AEG-Spulenkern (sogenannter Bobby) bzw. der NAB-Ring.
Löschkopf und Tonkopf Zur Aufzeichnung dienen zwei Tonköpfe. Zuerst läuft das Band über eine Umlenkrolle am Löschkopf (LK) vorbei, der einen relativ breiten Kopfspalt aufweist und mit Hochfrequenz weit jenseits hörbarer Frequenz – meist über 80 kHz – aus dem Löschgenerator gespeist wird. Ein qualitätsmindernder Gleichstromlöschkopf oder Festmagnet ist bei Tonbandgeräten eher selten. Die eigentliche Aufzeichnung erfolgt mit einem Sprechkopf (SK), der einen etwas breiteren Kopfspalt als der Hörkopf (HK) aufweist, um eine genügende Durchflutung des magnetisierbaren Materials und damit genügend Pegel und Rauschabstand zu ermöglichen. Die aufzuzeichnende Niederfrequenz wird mit der Hochfrequenz vom Löschgenerator moduliert, um Hystereseeffekte zu vermeiden, die sog. Vormagnetisierung. Üblicherweise wird die Vormagnetisierung am Ausgang des Aufnahmeverstärkers zugemischt, bei Tandberg und Akai gab ein extra Tonkopf auf der Rückseite des Bandes gegenüber dem Aufnahmekopf die Vormagnetisierung hinzu (Crossfield-Technik). Zur Wiedergabe dient ein Hörkopf, der einen möglichst schmalen Kopfspalt haben sollte, um eine möglichst hohe Grenzfrequenz zu erreichen. Bei preiswerteren Geräten wird nur ein einziger Kombikopf sowohl als Hör- und als Sprechkopf verwendet, der dann nach einem Kompromiss für beide Anforderungen ausgelegt wird. Durch das Zusammenführen von Hör- und Sprechkopf ist es nicht möglich, die aktuelle Aufnahme direkt zu kontrollieren.
Hinterbandkontrolle Das Abhören der soeben am Aufnahmekopf auf das Band magnetisierten Aufzeichnung durch den nachfolgenden Wiedergabekopf wird Hinterbandkontrolle genannt. Somit kann unmittelbar während der Aufzeichnung die Signalkette bis zum Tonband kontrolliert werden. Diese setzt eine aufwändigere Elektronik voraus, die getrennte Schaltkreise für Aufnahme und Wiedergabe bereitstellt, durch interne Rückführung des Wiedergabesignals in den Aufnahmekanal aber auch sogenanntes „Multiplay“ oder einen Echoeffekt ermöglicht wie z. B. im „Royal de luxe“ von Uher. Kombikopfgeräte verwenden dieselbe Elektronik, die jeweils als Aufnahmeverstärker oder Wiedergabeverstärker geschaltet werden muss, mit den entsprechenden Entzerrungskennlinien und Hochfrequenzfallen, denn an den Aufnahmekopf muss auch der Löschoszillator die Vormagnetisierung liefern, ohne den Aufnahmeverstärker zu stören. Es ist naheliegend, dass ein Tonbandgerät mit Löschoszillator und Aufnahmeverstärker, Löschkopf und Aufnahmekopf (mit 7 Mikrometer Spaltbreite) konsequent für Aufnahme optimiert werden kann, während ein separater Wiedergabekopf (2 Mikrometer Spaltbreite) mit optimiertem Wiedergabeverstärker die beste Wiedergabequalität liefert. Gegenüber dem Kombikopfgerät ist zwar ein höherer Tonkopf-Justageaufwand erforderlich, die höhere und verzerrungsärmere Magnetisierung des Bandes, der bessere Frequenzgang und die präzisere Phasenlage (Bezug beim Aufnahmekopf ist hintere Spaltkante, beim Wiedergabekopf Spaltmitte) erfüllen eher hochgesteckte HiFi-Anforderungen.
Der Kopfspalt ist in der Praxis nicht ein Luftspalt, sondern eine antimagnetische Metallfolie definierter Stärke.
Diakopf Im „Royal de luxe“ von Uher gab es noch einen weiteren Tonkopf, der die Vertonung von Dia-Präsentationen mit handgesteuerten Einzelimpulsen oder Super-8-Filmen nach dem Einheitstonverfahren ermöglichte. Dieser sog. Diakopf nutzte einen eigenen Bereich des Tonbandes als Impulsspur zur Aufzeichnung der Tonfrequenzimpulse. (vgl. dazu auch Taktkopf)
Bandantrieb Der eigentliche Bandantrieb erfolgt nicht über die Bandteller, da dies angesichts der ständigen Durchmesseränderungen der Bandwickel zu Geschwindigkeitsschwankungen führen würde. Die konstante Bandgeschwindigkeit wird durch eine senkrecht stehende, präzisionsgefertigte Stahlwelle in enger Nähe zu den Tonköpfen gewährleistet, die einen genau festgelegten Durchmesser hat und mit hochkonstanter Drehzahl rotiert. Diese Welle nennt man Capstan oder Tonwelle; sie ist oft chemisch aufgeraut, um den Schlupf beim Bandtransport gering zu halten. An diese wird das Band durch eine gefederte Gummirolle (Andruckrolle) angedrückt. Die Bandteller sind dann nur noch dazu da, das Bandmaterial mit geringem Widerstand abzuwickeln und mit leichtem Zug auf der anderen Seite aufzuwickeln. Bei preiswerten Geräten erfolgt dies meist durch mechanische Rutschkupplungen, deren Antrieb über Zwischenräder vom Capstanmotor abgeleitet ist. Bei (halb-)professionellen Geräten (z. B. Revox) erfolgt der Antrieb mit drei Motoren, von denen zwei für das Drehmoment der beiden Wickelteller und der dritte für den Antrieb der Capstanwelle zuständig sind. Wenn die Motorwelle direkt den Wickelteller trägt bzw. als Tonwelle fungiert und der jeweilige Motor elektronisch kontrolliert wird, kann der mechanische Aufbau vereinfacht werden, bei gleichzeitiger Steigerung der Zuverlässigkeit, Langlebigkeit, Wartungsfreiheit und Tonqualität.
Bandberuhigung Die erstmals von Telefunken nahe dem Aufnahmekopf eingesetzte Bandberuhigungsrolle dämpft Bandlängsschwingungen, welche als Frequenzmodulationskomponenten die Wiedergabe mit Modulationsrauschen verschlechtern würden, wahrgenommen als Rauigkeit. Diese Aufgabe kann ein Kugellager im linken Umlenkdorn (Revox) oder eine Rolle in der Bandführung (ASC) übernehmen, die zwischen Aufnahme- und Wiedergabekopf gleichzeitig für optimale Umschlingung der Kopfspiegel sorgt. Die nächsthöhere Bandgeschwindigkeit zeigt weniger Längsschwingungen, was sich neben besserem Frequenzgang in gesteigerter Klarheit und Transparenz niederschlägt. Hinzu kommt eine verbesserte Aussteuerbarkeit der hohen Frequenzanteile bei hoher Bandgeschwindigkeit. Aus gutem Grund verwenden hochwertige Bandgeräte hohe Geschwindigkeiten und Halbspurlage für Stereo. Bei Viertelspur hört man die Gegenspur bei 19 oder 38 cm/s im Bassbereich übersprechen. Viertelspur hat 3 Rasenspuren, Halbspur nur eine, die resultierende größere nutzbare Spurbreite verbessert den Rauschabstand und auch die Dropoutsicherheit bei der Aufnahme, wo ein guter Band-Kopfkontakt entscheidend wichtiger ist als bei der Wiedergabe. In der Praxis eignen sich leider häufig gespielte Bänder weniger für Neuaufnahmen, verformte Bandkanten und Bandabrieb verhindern den benötigten Kopfkontakt für die gleichmäßige Magnetisierung.
Bandgeschwindigkeit Die Bandgeschwindigkeit bei Spulentonbandgeräten beträgt heute 9,5 cm/s oder mehrfach Doppeltes oder Halbes davon (19, 38, 76 cm/s, 4,75 cm/s). Der Wert 4,75 cm/s wird auch bei Audiokassetten verwendet. Videokassetten des Systems VHS laufen in Standardgeschwindigkeit unter PAL etwa halb so schnell (2,339 cm/s), die eigentliche Band-zu-Kopf-Geschwindigkeit ist jedoch durch die Schrägspur-Aufzeichnung um ein Vielfaches größer.
Jede Bandgeschwindigkeit hat ihre spezielle optimale Emphase. Zu dieser Änderung des Frequenzganges gehört eine genormte Zeitkonstante. Dabei werden bei der Aufnahme hohe Frequenzen angehoben (Vorverzerrung oder Präemphase), die bei der Wiedergabe durch die Entzerrung (Deemphase) wieder abgesenkt werden. Mit diesem Verfahren wird das Bandrauschen abgesenkt, charakteristische Frequenzgangverhalten der Bandmaterialien korrigiert und die Aussteuerungsgrenze optimiert, denn in Musik haben nicht alle Frequenzen identische Maximalamplituden, geschweige denn zur Bandsättigung passende.
Rauschverminderung Rauschverminderungssysteme wie Dolby-A im professionellen Bereich, dbx oder Dolby-B im Heim-HiFi-Bereich können das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich verbessern. Sie erfordern neben einem linearen Frequenzgang des Tonbandgerätes zwischen Aufnahme und Wiedergabe meist auch eine Normung des Pegels, weil ihre pegelabhängige Arbeitsweise bei hohen Pegeln nach Aussteuerbarkeit und bei niedrigen Pegeln nach Rauschverminderung optimiert ist. Bei Dolby-B führt ein Pegel-Fehlabgleich zu Frequenzgangfehlern, ebenso ein Pegelverlust durch Lagerung sowie der mit der Zeit einsetzende Brillanzverlust.
Geschichte mini|Stahlband-Gerät von Lorenz im Enter Museum Nach eher theoretischen Vorarbeiten von Oberlin Smith (1878/1888) und ersten, nicht voll marktfähigen Geräten von Valdemar Poulsen erschienen Ende der 1920er Jahre Stahldraht-Magnettongeräte vorwiegend für Diktierzwecke sowie Stahlton-Bandmaschinen für die Rundfunkanwendung (Curt Stille, Semi Joseph Begun). Nachdem Fritz Pfleumer 1928 als Tonspeicher ein mit magnetisierbarem Stahlpulver beschichtetes Band vorgeschlagen hatte, stellte 1935 die AEG das Magnetophon vor, das mit einem vom Konzern I.G. Farbenindustrie Aktiengesellschaft gelieferten Celluloseacetatband arbeitete. Seit 1939 war es mit dem ferromagnetischen Eisenoxid (γ)-Fe2O3 beschichtet. Das zunächst freitragend auf Wickelkerne gespulte Magnetophonband war 6,5 mm breit; seit etwa 1948 setzte sich als international einheitliche Bandbreite 6,3 mm durch. Diese ersten Geräte nannte man später Vollspurgeräte, weil die ganze Breite des Bandes zur Aufzeichnung (= Spur) in einer Richtung genutzt wird. Die Bandgeschwindigkeit beträgt zuerst 100 cm/s, dann 77 cm/s (Deutschland) beziehungsweise 76,2 cm/s (international, entsprechend 30 Zoll/s), später 38,1 cm/s; darauf folgten weitere Halbierungen des Bandvorschubs bis hinunter zu 2,38 cm/s. Amateur- und semiprofessionelle Geräte verwendeten fast ausnahmslos 19 cm/s oder, mit leichtem Qualitätsverlust, 9,5 cm/s; im professionellen Bereich Studio (Rundfunk und Tonstudios) blieben meist 38,1 cm/s Standard. Bei professionellen Spezialgeräten wie Flugschreibern, bei denen es vor allem auf lange Laufzeit ankommt, finden sich teils noch geringere Bandgeschwindigkeiten.
Seit den späten 1940er Jahren gab es erste Halbspurgeräte, die grundsätzlich mit auf Spulen gewickeltem Band arbeiteten. Hierbei wird im ersten Durchlauf auf etwas weniger als der Hälfte der Breite des Bandes aufgezeichnet. Dann werden, spätestens am Bandende, die Spulen vertauscht (gewendet) und in einem weiteren Durchlauf wird die zweite Spur in Gegenrichtung bespielt. So verdoppelt sich die Spielzeit bei gleicher Bandlänge.
mini|Tragbares Gerät 1950er Jahre von Grundig mini|Tragbares Koffer-Tonbandgerät KB 100 der DDR 1957, Exponat in den Technischen Sammlungen Dresden mini|Revox A77 MkIV (1978)