Принципи магнітного запису
Принцип дії магнітної звукозапису надзвичайно простий - використання залишкового намагнічування феромагнітних матеріалів. Звукові сигнали подаються на мініатюрний електромагніт - головку запису (ГЗ), повз яку з постійною швидкістю рухається стрічка, здатна до намагнічування. Її частинки намагнічуються і при русі стрічки повз інший головки - тобто відтворюють (ГВ), створюють в ній ЕРС змінного струму звуковий сигнал. Після посилення він надходить на гучномовець. У такому описі упущена одна важлива деталь - залишкова намагніченість В (Н) стрічки не виходить пропорційної силі магнітного поля записуючої головки (Н). Намагнічення стрічки йде по досить складної нелінійної кривої, іменованої петлею гістереса магнітного матеріалу. Навіть випускаючи наявність гістеріса (розщеплення кривої), доведеться рахуватися з тим, ця крива намагніченості має різко нелінійний характер. Зокрема, залишкова намагніченість при малій напруженості магнітного поля близька кулю, що призводить до величезних нелінійних спотворень навіть при слабких рівнях записуваного сигналу.
Якщо записує магнітна головка створює синусоидальное в часі магнітне поле, то залежність намагніченості окремих «магнітиків» (іменованих іменами) стрічки від відстані уздовж її довжини буде не синусоїдальної. Тут присутні явно виражені спотворення, що нагадують спотворення типу «сходинки» (при переході сигналу через 0) і типу відсічення (при великій амплітуді сигналу) в підсилювачах.
Ясно, що для лінеаризації передавальної характеристики записи треба змістити «робочу точку» на кривій намагніченості на її лінійний ділянку. Можна це зробити, використовуючи подмагничивание стрічки постійним магнітним полем - але тоді буде використана тільки половина кривої намагніченості стрічки і її віддача впаде вдвічі. Оскільки ця крива симетрична, то перехід до несиметричного намагничиванию загрожує масою небажаних наслідків - досить відзначити, що будуть, в повному обсязі використані можливості матеріалу, і він буде мати постійну намагніченість, можливе поступове розмагнічування стрічки або, навпаки, намагнічування в поле близько розташованих магнітів і навіть в магнітному полі землі.
Був знайдений досить дотепний метод - високочастотного підмагнічування. При ньому в головку запису подають струм високої (десятки-сотні кГц) частоти, амплітуда якого така, що відповідає середній ординате кривої намагніченості. Сам по собі такий струм створює в записуючої голівки змінне магнітне поле, поступово спадає в міру віддалення від центру щілини і залишає магнітний шар стрічки розмагніченим. Більш того, якщо він був намагнічений, то відбувається часткове розмагнічування магнітного шару.
Але якщо поряд з ВЧ-струмом підмагнічування подати на головку записується сигнал, то він порушує симетрію ВЧ-коливань і викликає виникнення залишкової намагніченості тієї чи іншої полярності, в залежності від полярності записуваного сигналу. Оскільки ВЧ-сигнал вивів «робочу точку» на середину кожної ділянки кривої намагніченості, то залежність залишкової напруженості від струму НЧ-сигналу в записуючої голівки навіть при малих токах сигналу записи в ГЗ стає лінійної. Звичайно, при великій величині НЧ-сигналу настає насичення намагніченості і ця крива набуває плоский ділянку. У «середньому» стрічка записи розмагнічена, т. Е. Постійної складової намагніченості, шкідливо позначається на шумах і її динамічному діапазоні, немає.
Як зробити, щоб крива намагніченості стрічки при ВЧ-Подмагничивание мала якомога більше лінейнийхарактер і більшого значення граничної намагніченості, - це вже справа розробників матеріалів для магнітних стрічок.
Перший час для розмагнічування стрічок (стирання запису) застосовували сильні постійні магніти. До сих пір стираючі головки у вигляді маленьких магнітиків, що відводяться від стрічки при відтворенні, можна зустріти в самих простих магнітофонах - швидше, вже в іграшках, ніж в промислових моделях навіть невисокого класу. Оскільки для реалізації ВЧ-подмагничивания потрібен ВЧ-генератор синусоїдальних коливань, то розумно застосувати його і для харчування стирає головки. Тому згаданий генератор зазвичай називають генератором стирання і підмагнічування. При цьому пере головка вимагає помітно більших струмів, ніж записує головка.
Частота генератора струму ВЧ-подмагничивания повинна в 4-6 разів перевищувати верхню граничну частоту звукового діапазону, т. Е. Під час запису частот до 20 кГц вона може доходити до 120-150 кГц. Іноді застосовують дві синхронні частоти - досить низьку для стирання і вдвічі більшу для підмагнічування. Генератор струмів стирання і підмагнічування повинен мати синусоїдальну форму з мінімумом гармонік.
Щоб розмістити на стрічці якомога більше звукової інформації, швидкість руху стрічки доводиться зменшувати. Для касетних магнітофонів стандартною є швидкість 4,76 см / с, або 0,0476 м / с, що в 4 рази менше найпоширенішою швидкості руху льон ти у котушкові побутових магнітофонів (19,05 см / с). Ці швидкості забезпечують запис майже всього звукового діапазону тільки при ретельному виготовленні головок і застосуванні високоякісних стрічок.
Тепер коротко розглянемо процеси при відтворенні магнітного запису. При ній намагнічена стрічка проходить повз відтворює головки, яка конструктивно схожа на записує - в ряді магнітофонів і справді для цього застосовують ту ж саму головку (вона називається універсальною). При відтворенні доводиться стикатися з трьома фундаментальними проблемами:
ЕРС, що наводиться в голівці, визначається швидкість зміни магнітного потоку і тому виявляється прямо пропорційною частоті записаного сигналу; якщо ширина щілини головки наближається по порядку величини до довжини магнітного ділянки сигналу, то ЕРС прагне до нуля (ці спотворення отримали назву щілинних спотворень); ЕРС головки в області середніх частот (близько 1000 Гц) мала і становить зазвичай частки милливольта для низькоомних головок і до декількох мілівольт для високоомних (в транзисторних магнітофонах вони застосовуються рідко).
Зростання рівня сигналу відтворює головки від частоти спостерігається в діапазоні частот від найнижчих до приблизно 5-10 кГц. Далі він сповільнюється і навіть переходить в спад через щілинних спотворень. Чим менше ширина щілини відтворює головки, тим при більш високих частотах спостерігаються щілинні спотворення. Ширина щілини відтворюють головок для відтворення верхніх частот звукового діапазону (15 10кГц) становить близько 1 мкм і менше. Однак при такій вузькій щілині падає ЕРС головки в цілому, так і різко ускладнюється її виготовлення. Для отримання щілини використовується надтонка фольга з немагнітних матеріалів-наприклад, з берилієвої бронзи. А зробити фольгу товщиною близько мікрона непросто.
Таким чином, при виготовленні головок доводиться йти на серйозні компроміси. Для отримання сигналів стандартного рівня (наприклад, порядку 0,15-0,25 В для входу звичайного попереднього підсилювача) доводиться посилювати сигнали відтворює головки в багато сотень разів. Одночасно з цим для отримання незмінного посилення на різних частотах в підсилювач відтворення вводиться спеціальна RC-ланцюг низькочастотної корекції. Вона знижує посилення підсилювача відтворення в міру зростання частоти сигналу. Постійна часу корекції нормована і залежить від типу застосованої стрічки. Однак потрібно скорегувати ще й щілинні спотворення відтворює головки. Для цього треба, починаючи Б частот 5-10 кГц, забезпечити підйом високих частот. Цю функцію виконує корекція по високих частотах. Іноді її роблять досить простий - паралельно що відтворює голівці ставлять конденсатор, який утворює маєте з індуктивністю головки паралельний коливальний контур. Його резонанс і веде до підйому високих частот. Цей метод має серйозний недолік - у міру зносу головки її індуктивність змінюється і резонансна частота контуру теж змінюється. В результаті точність корекції знижується. Тому застосовують і інші способи корекції - наприклад, за допомогою зворотних частотнозавсімих зв'язків. У найбільш високоякісних магнітофонах корекцію на високих частотах поділяють - її роблять як в підсилювачі записи. так і в підсилювачі відтворення. Це дозволяє дещо зменшити рівень власних шумів магнітофона, помітних на високих частотах. Результуюча АЧХ наскрізного тракту магнітофона має протяжний плоский ділянку.
Може спостерігатися перекомпенсація ВЧ-корекції, і тоді на АЧХ спостерігається невеликий підйом В області високих частот. При недостатній корекції буде спостерігатися спад АЧХ на високих частотах. Зазвичай намагаються забезпечити невеликий підйом на 2-6 дБ, так як у міру стирання головок може з'явитися спад АЧХ і тих же межах.
Як головка запису, так і головка відтворення зазвичай екрануються для захисту від зовнішніх магнітних полів. Для головок відтворення нерідко використовується подвійне, і навіть потрійне екранування. У самих голівках використовуються тонкі пластинки з магнітних матеріалів з високою магнітною проникністю - високоякісні спеціальні сорти заліза, пермаллой, аморфні магнітні матеріали, ферити і т. Д. Деякі типи таких матеріалів і покриття головок надтвердими матеріалами дозволяють створювати головки яка відслужила вже в сотні тисяч годин (звичайні головки служать не більше кількох тисяч годин - досить абразивна поверхню стрічки стирає поверхню головки, що видно навіть на око).
Нові типи головок на основі аморфних магнітних матеріалів розробила японська фірма Technics. Ці головки Amorphous-Zобладают унікальним якістю вони помітно покращують відтворення записів навіть зі старих плівок. Головки мають підвищену віддачею, зменшують рівень шумів при відтворенні і даютболее рівномірну АЧХ, ніж звичайні головки. Результатом застосування таких головок, що мають, до речі, досить незвичайну конструкцію (застосовується магніторезистивний плівковий елемент), є істотне підвищення прозорості звучання. Ці головки застосовані в деках фірми Technics