| На главную | Содержание учебника | Предыдущая <<<<<глава | Следующая глава>>>>> | Контрольные вопросы |
При использовании любой системы звукозаписи фонограмму получают путем преобразования
временного физического процесса, выражающего данный записываемый звуковой сигнал,
в соответствующие пространственные изменения физического состояния носителя
записи. В процессе воспроизведения сигнала происходит обратное преобразование.
Указанные преобразования осуществляются в результате развертки (продольной,
спиральной или строчной). Так, продольная развертка осуществляется при равномерном
движении носителя мимо неподвижных в пространстве записывающего и воспроизводящего
элементов (классическая магнитная звукозапись). Спиральная развертка применяется
при использовании носителя в виде диска или барабана (грамзапись). При строчной
развертке сигнал на поверхности носителя фиксируется в виде отдельных строк
(видеозапись).
Для того, чтобы установить основные соотношения, характеризующие фонограмму,
рассмотрим процесс записи гармонического сигнала. Если электрический сигнал,
подводимый к записывающему устройству, изменяется по закону:
|
(13.1) |
то по такому же закону (при отсутствии искажений) изменяется один из параметров
записывающего устройства (например, напряженность магнитного поля).
Физический след, возникающий на носителе в любой момент, пропорционален записываемому
сигналу
 |
(13.2) |
где k - постоянный коэффициент;
m - параметр, характеризующий фонограмму (например, остаточная намагниченность).
За счет движения носителя относительно записывающего элемента физический след изменяется в направлении длины фонограммы. При условии, что скорость движения носителя в процессе записи постоянна и равна Vз
 |
(13.3) |
где x-координата длины.
Выражая время через x и Vз, найдем, как будет изменяться физический след вдоль фонограммы:
 |
(13.4) |
Таким образом, в результате записи сигнала, изменяющегося во времени, величина,
характеризующая фонограмму, изменяется по тому же закону, но уже не по времени,
а по его длине.
Отношение 
имеет
физический смысл числа периодов гармонического колебания, записанных на единице
длины звуконосителя, т.е. плотность записи. Величина, обратная плотности записи,
- есть длина отрезка
носителя, проходящего мимо записывающего элемента за один период записываемого
колебания, т.е. участок звуконосителя, на котором записан один период сигнала.
Это, так называемая длина волны записи.
С учетом этого
 |
(13.5) |
Обозначим воспроизводимый сигнал e(t).
При условии линейности процесса воспроизведения
 |
(13.6) |
При постоянной скорости движения носителя при воспроизведении
x= Vвt, тогда
 |
(13.7) |
Из (13.7) следует, что для неискаженной передачи сигнала необходимо равенство
скоростей протяжки звуконосителя при записи и при воспроизведении. В действительности
указанные скорости по разным причинам могут отличаться друг от друга, вызывая
изменение высоты звучания при воспроизведении. Слух человека замечает такие
изменения, если они превышают 0,5 - 2 %. Поэтому для студийных магнитофонов
отклонение скорости от номинальной не должно превышать 0,3 %. Для удобства обмена
фонограммами скорости протяжки звуконосителей в аппаратуре магнитной записи
стандартизированы и составляют 381; 190,5; 95,25; 47,6 мм/c.
Однако, отклонение скорости на некоторую величину от стандартной
еще не главная проблема, имеющая место при магнитной записи. При движении звуконосителя,
его скорость по ряду причин может быть не постоянной, а отклоняться (периодически
или не периодически) от своего среднего значения.
Рассмотрим искажения сигнала, возникающие при колебаниях скорости движения носителя
записи.
Допустим, что воспроизводится сигнал с идеальной фонограммы, на которой записан
гармонический сигнал, т.е.
|
Для упрощения анализа влияния колебаний скорости движения носителя на передаваемый сигнал предположим, что скорость изменяется по косинусоидальному закону.
 |
(13.8) |
где V0. постоянная составляющая скорости, равная скорости движения
носителя в процессе записи идеальной фонограммы; a-амплитуда переменной составляющей
скорости; (W=2p
F - частота колебания скорости движения звуконосителя).
Определим координату x участка фонограммы, воспроизводимого в момент времени
t
 |
(13.9) |
Сигнал на выходе воспроизводящего устройства определяется как
 |
(13.10) |
Известно, что круговая частота сигнала определяется как скорость изменения фазы колебания, т.е.первой производной от аргумента синуса
 |
(13.11) |
следовательно:
 |
(13.12) |
Выражение (13.12) характеризует частотно-модулированное колебание, глубина
которого определяется отношением 
.
Частота и закон модуляции определяется частотой и законом колебания скорости
звуконосителя.
Частотно-модулированный сигнал можно представить в виде бесконечного ряда частот.
где J0, J1, J2 ...- функции Бесселя соответствующих порядков.
Таким образом, колебание скорости движения носителя с фонограммой вызывает
изменение как амплитуды основной, так и появление дополнительных частотных составляющих.
Этот вид искажений получил название детонаций.
Слуховое восприятие детонаций слушателями зависит от частоты колебаний скорости.
Если происходят медленные изменения скорости с частотой ниже 4 ¸
5 Гц, детонации воспринимаются как плавное изменение высоты тона, как
говорят звук "плавает". При частотах от 5 до 16 Гц характер восприятия
изменяется, возникает эффект тремолирующего, дрожащего звука. Когда частота
детонаций лежит в диапазоне звуковых частот, ухо человека уже не замечает изменения
высоты тона, а воспринимает детонации как изменение тембра звука в виде хриплости
и своеобразной жесткости звучания. Если частота детонации превышает 1000 Гц,
то она воспринимается в виде характерного шипения, сопровождающего звук.
В целом можно считать, что заметность детонаций максимальна в области частот
1 ¸ 20 Гц и спадает с увеличением
и уменьшением частоты. Поэтому, магнитофоны принято характеризовать не только
коэффициентом колебаний скорости 
, а и коэффициентом детонации KД, который представляет собой коэффициент
колебаний скорости ленты, измеренный с учетом восприятия детонации человеческим
слухом. При измерении коэффициента детонаций перед измерительным прибором включают,
так называемый, фильтр слухового восприятия ФСВ, частотная характеристика которого
соответствует заметности восприятия высоты тона (рис. 13.1).
Для измерений используется специальная измерительная лента, содержащая сигналограмму синусоидального колебания с частотой 31 ¸ 50 Гц, записанную на прецизионном лентопротяжном механизме, имеющем собственный коэффициент детонации 0,012 ¸ 0,015 %, т.е. в три раза меньше, чем у лучших профессиональных стационарных аппаратов.
При проведении измерений (рис.13.2) сигнал, подаваемый на вход детонометра,
усиливается до необходимой величины. Затем, сигнал поступает в блок демодуляции
ДМ. Известны различные способы демодуляции, нашедшие применение в детонометрах,
выпущенных разными предприятиями. Среди них широко используется способ, при
котором частотно-модулированный сигнал преобразуется в импульсный, с переменной
скважностью. Далее такой сигнал пропускается через ФНЧ, на выходе которого напряжение
соответствует колебаниям скорости ленты. Этот способ демодуляции при простом
схемном решении обеспечивает полную независимость результатов измерения от влияния
паразитной амплитудной модуляции, действующей в процессе измерений. Напряжение
на выходе ФНЧ соответствует колебаниям скорости ленты. Если измеряется коэффициент
детонации, то сигнал перед показывающим прибором ПП проходит через фильтр слухового
восприятия.
Учитывая свойства слуха воспринимать детонацию по максимальным изменениям частоты
прослушиваемого сигнала, необходимо, чтобы в детонометре измерялась величина
полного размаха колебаний скорости от пика до пика. Для этого напряжение колебаний
перед подачей на показывающий прибор ПП выпрямляется по схеме удвоения, а постоянная
времени RC-фильтра выбирается такой, чтобы показания прибора соответствовали
квазипиковой величине этих колебаний.
Магнитная запись основана на свойстве ферромагнитных материалов намагничиваться под действием магнитного поля и сохранять остаточное намагничивание по выходу из этого поля.
Магнитная запись звука в магнитофоне (рис.13.3) осуществляется следующим образом.
Входной сигнал подается в обмотку записывающей головки ГЗ и создает в ее сердечнике магнитный поток. Сердечник головки имеет рабочий зазор, в районе которого возникает поток рассеяния, намагничивающий носитель записи НЗ. В процессе записи звуконоситель перемещается около записывающей головки, так что изменение электрического сигнала во времени превращаются в изменение намагниченности по длине носителя. При воспроизведении носитель записи транспортируется около воспроизводящей головки ГВ. При этом, часть остаточного магнитного потока носителя проникает в сердечник ГВ и наводит ЭДС в ее обмотке. Эта ЭДС и является выходным сигналом. Записываемые сигналы усиливаются усилителем записи УЗ, а воспроизводимые. усилителем воспроизведения УВ.
Параметры сигналов, поступающих на вход, часто бывают несогласованны с характеристиками тракта записи-воспроизведения (З-В), например, их спектр может не совпадать с полосой пропускания тракта, динамический диапазон сигнала может оказаться больше динамического диапазона тракта и т.д. Для согласования параметров сигнала с характеристиками тракта З-В используют преобразование входного сигнала. Так, при видеозаписи применяют частотную, широтно-импульсную модуляцию, цифровое преобразование; для высококачественной звукозаписи также применяют цифровые методы. Преобразование сигнала осуществляется во входном преобразователе, восстановление. в выходном. Такое преобразование сигнала естественно усложняет конструкцию аппарата и, поэтому, в тех случаях, когда прямая запись сигналов обеспечивает требуемое качество передачи, преобразователи не применяют.
Прямая запись применяется в бытовых и профессиональных звуковых магнитофонах,
где требуемое качество записи достигается путем установки необходимого режима
намагничивания , настройки цепей коррекции частот ных характеристик тракта и
выбором лент и головок с необходимыми параметрами.
Для осуществления записи звуконоситель необходимо подготовить, т.е. удалить
с него записанные ранее сигналы. Процесс удаления сигналов называется стиранием
и осуществляется оно с помощью головки стирания ГС. Питается ГС от генератора
стирания и подмагничивания (ГСП).
Транспортирование носителя записи осуществляет движущий механизм ДМ, который в случае использования ленты в качестве звуконосителя называется лентопротяжным ( ЛПМ).
Лентопротяжный механизм содержит ведущий двигатель Д1, к оси которого лента прижимается прижимным роликом Р; подающий узел, снабженный двигателем Д2, и приемный узел, снабженный двигателем Д3. Вращающий момент двигателя Д2 направлен противоположно вращающим моментам двигателей Д1 и Д3. Благодаря подтормаживающему действию двигателя Д2 лента находится в натянутом состоянии и плотно прилегает к сердечникам головок. Во многих бытовых магнитофонах функции двигателей объединяются в одном с целью уменьшения массы, размеров и снижения стоимости.
Из сказанного следует, что в любом аппарате для магнитной записи можно выделить
три основных функциональных узла:
-магнитное звено ( магнитный носитель и головки );
-движущий ( чаще всего лентопротяжный ) механизм;
-электронные блоки ( усилители записи и воспроизведения, генератор стирания
и подмагничивания , входной и выходной преобразователи ).
При изучении магнитной записи мы сосредоточим свое внимание на магнитном звене.
Дело в том, что движущие механизмы входят в сферу интересов инженеров-механиков.
Электронные блоки будут нас интересовать на функциональном уровне, т.е. в определении
требований к ним и их особенностей.
В зависимости от назначения аппаратуры магнитной записи применяют различные носители - ленты, диски, проволоку и др. Наибольшее распространение получила магнитная лента, поскольку она компактна, долговечна и проста в обращении. Конструктивно магнитная лента представляет собой немагнитную пластмассовую основу, на которую нанесен рабочий слой из ферромагнитного материала. Толщина основы составляет 8-38 мкм, толщина рабочего слоя 1-16 мкм.
В качестве материала основы в последние годы используют полиэтилентерефталат (отечественное название этой пластмассы. лавсан ), обладающий высокими качественными показателями (прочностью, влагостойкостью, теплостойкостью).
В качестве рабочего слоя используется магнитный лак, который состоит из немагнитного связующего вещества, в котором равномерно распределены магнитные частицы размера 0,1-0,5 мкм. Магнитные материалы изготавливаются на основе гамма-оксида железа ( gFe2O3), феррита кобальта, двуокиси хрома (CrO2), либо чистого железа (Fe).
Рабочий слой носителей магнитной записи должен обеспечивать создание остаточного магнитного потока.
 |
(13.14) |
где: m0=4p10-4
. магнитная постоянная;
КП. коэффициент прямоугольности петли гистерезиса:
b. ширина дорожки записи;
d. толщина рабочего слоя носителя;
M0. намагниченность частиц;
FV. коэффициент объемного заполнения, показывающий, какую часть рабочего слоя
составляет магнитное вещество.
Из (2.1) видно, что увеличить остаточный магнитный поток можно увеличением коэффициента
прямоугольности КП, намагниченности частиц M0 и коэффициента объемного
заполнения. У гамма-окисла железа и феррита кобальта КП 0,5, у двуокиси хрома
и чистого железа 0,9. Значения M0 составляют у Fe2O3 и
феррита кобальта- 400 кА/м, у CrO2-490 кА/м, а у чистого железа-
1400 кА/м. Следует отметить, что у лент с CrO2 примерно в полтора
раза больший коэффициент объемного заполнения. Поэтому естественно, что ленты,
имеющие рабочий слой на основе двуокиси хрома и чистого железа, обладают лучшими
характеристиками, чем ленты с рабочим слоем на основе гамма-окисла железа и
феррита кобальта
В последнее время появились магнитные ленты с тонким, менее 1 мкм металлическим
рабочим слоем, который наносится на лавсановую основу напылением в вакууме или
гальваническим путем. Такое снижение толщины рабочего слоя в данном случае оказалось
допустимым потому, что у чисто металлического слоя коэффициенты КП
и FV близки к единице, а M0=2000 кА/м. Широкому распространению
металлизированных магнитных лент пока препятствует трудность получения однородных
по характеристикам отрезков ленты большой длины, а также, подверженность таких
лент коррозии.
Таким образом, в настоящее время наиболее перспективными из порошковых являются
ленты из двуокиси хрома, так как они позволяют получить более высокую отдачу
на верхних частотах ( на 10-12 дБ). Малые размеры ферромагнитных частиц обеспечивают
возможность существенно увеличить плотность записи.
К недостаткам этих лент можно отнести:
- сложность процессов получения ферромагнитных порошков, что приводит к возрастанию
себестоимости;
- повышенную абразивность ленты, что сокращает примерно в два раза срок службы
головок;
- необходимость изменения (увеличения) как тока подмагничивания, так и тока
записи
Сравнительно недавно появились носители (лента "Ангром"), рабочий
слой которых представляет собой тонкую металлическую пленку, состоящую из трех
слоев никель-кобальтового сплава, разделенных тонкими слоями алюминия. Эту ленту
используют для цифровой записи звука в миниатюрных видеомагнитофонах.
Для цифровой записи еще более перспективна лента, состоящая из основы, подслоя
из магнитомягкого материала и рабочего слоя из частиц магнитотвердого материала,
ориентированных перпендикулярно основе. Теоретический предел длин волн, записываемых
сигналов на ленту такого типа. примерно 0,1 мкм, что на порядок меньше, чем
для лучших порошковых лент.
Современные проволочные носители записи диаметром 20-30 мкм изготавливают из
специальных сплавов в виде однородной или биметаллической проволоки. В биметаллической
проволоке сердцевина из тонкого диамагнитного материала, обладающего большой
прочностью, покрыта ферромагнитным слоем. Особым видом носителя является капроновая
или нейлоновая нить, покрытая ферромагнитным слоем или наполненная магнитным
порошком.
Если говорить о перспективе, то работы по совершенствованию аппаратуры МЗ, в
том числе и разработка звуконосителей, продолжаются, так как теоретическая плотность
магнитной записи составляет 1020 бит/см3, пределы же существующих
методов 107 бит/см3.
В зависимости от назначения, различают записывающие, воспроизводящие, стирающие и универсальные магнитные головки. Однако при всем многообразии магнитных головок, между ними нет принципиальных отличий - каждая головка представляет собой электромагнит.
Записывающая головка служит для получения в зоне записи требуемой напряженности магнитного поля, воспроизводящая. для преобразования магнитного поля фонограммы в ЭДС, универсальная объединяет функции двух первых, стирающая головка служит для создания поля, достаточного для размагничивания ненужной фонограммы.
Конструкция кольцевой магнитной головки приведена на
рис.13.4.
Магнитопровод сердечника головок - разомкнут: в одном месте у стирающей и воспроизводящей
и в двух местах у записывающей, благодаря чему у последней создаются рабочий
и дополнительный зазоры.
Рабочий зазор обеспечивает связь головки с носителем записи. Ширина его выбирается
от долей до единиц микрометра. В записывающей головке необходим дополнительный
зазор. При его отсутствии магнитное сопротивление звена (головка-лента) определяется
в основном магнитным сопротивлением носителя. Поэтому неравномерности в слое
ленты или явления "дрожания", связанные с плохим прилеганием ленты,
приведут к изменению амплитуды потока записи и к появлению паразитной амплитудной
модуляции. Наличие дополнительного, немагнитного зазора величиной 30-40 мкм
стабилизирует сопротивление магнитной цепи, так как при его наличии сопротивление
магнитного звена будет определяться большим магнитным сопротивлением дополнительного
зазора.
Кроме того, дополнительный зазор служит для предотвращения намагничивания сердечника
головки броском тока в моменты коммутации электрического канала или головки.
Зазоры заполняются прочными немагнитными материалами (слюда, бериллиевая бронза).
Головка воспроизведения должна обеспечивать достаточную чувствительность и
дополнительный зазор в ней недопустим, так как создает большое магнитное сопротивление
для и без того слабого магнитного потока, создаваемого фонограммой.. Поэтому,
если по технологии воспроизводящая головка изготовляется из двух половинок,
дополнительный зазор стремятся сделать как можно меньше, для чего торцы тщательно
шлифуют и при сборке головки плотно сжимают.
Для обеспечения эффективного стирания, ширина зазора стирающей головки выбирается
порядка 70-200 мкм. Это обеспечивает большее поле рассеяния и большой коэффициент
полезного действия.
Высота сердечника головки определяется шириной магнитной ленты. Высота сердечника
стирающей головки несколько шире фонограммы, а сердечника воспроизводящей головки
на 15-20 % меньше ширины фонограммы, чтобы при поперечных колебаниях ленты воспроизводящая
головка не выходила за пределы фонограммы, а поле стирающей головки всегда перекрывало
фонограмму.
Для изготовления сердечников головок применяют магнитные материалы, обладающие
высокой начальной магнитной проницаемостью н и малой коэрцитивной силой Hc
. Таких материалы имеют узкую петлю гистерезиса и, следовательно, малые потери
на гистерезис. Кроме высокой магнитной проницаемости, материалы, используемые
для сердечников головок, должны обладать рядом других показателей: допускать
механическую обработку, не изменяя при этом магнитных свойств; обладать высокой
стойкостью к истиранию магнитной лентой.
В качестве материалов для сердечников в настоящее время используют железоникелевые
сплавы (пермаллой, mн @
20000), железоалюминиевые сплавы (альфенол,), железо-алюминий-кремниевые сплавы
(сендаст mн @
35000) и ферриты ( mн @
1600 10000). Недостатком пермаллоя является значительное изменение магнитных
свойств при механической обработке и большие потери на гистерезис на частотах
более 20 кГц. Альфенол более устойчив к механической обработке и потому предпочтителен
при массовом производстве головок. Сендаст имеет малые потери на гистерезис,
обладает высокой износостойкостью, но довольно дорог.
Универсальных магнитных материалов одинаково пригодных для различных типов головок
не существует.
Для записывающих головок необходимо, чтобы индукция насыщения материала сердечника
в несколько раз превышала индукцию насыщения носителя записи. В противном случае
магнитная цепь сердечника будет вносить дополнительные нелинейные искажения.
Учитывая возможность регулирования тока подмагничивания и записи к ним не предъявляется
очень жестких требованиям по потерям. Напротив, главным требованием к воспроизводящим
головкам, является минимум потерь.
Лучшим материалом для записывающих головок в настоящее время считается сендаст.
Удовлетворительными свойствами и низкой стоимостью отличается пермаллой. Совершенно
непригодны ферриты из-за небольшой индукции насыщения, сложности изготовления
и нестабильности параметров при эксплуатации (выкрашивание сердечника в области
зазора, появление трещин).
Магнитная проницаемость сердечников воспроизводящих головок должна быть по возможности
большой. Механические свойства должны способствовать получению хорошей геометрии
зазора. Наиболее пригодны сендасты и монокристаллические ферриты.
При выборе материала для сердечника универсальной головки руководствуются требованиями
к сердечникам головок воспроизведения. Дополнительное требование. высокая индукция
насыщения, так как напряженность магнитного поля в зазоре универсальной головки
шириной 0,5 ¸ 2 мкм больше, чем в
зазоре записывающей головки с зазором 3 ¸
5 мкм.
Для стирающих головок лучше всего подходят комбинированные сердечники из марганцово-цинкового
феррита с полюсными наконечниками из тонких пластин сендаста или твердого пермаллоя.
В зависимости от числа витков обмотки и диаметра провода различают низкоомные
и высокоомные головки. Преимущество высокоомной головки воспроизведения. значительно
большая, чем у низкоомных ЭДС. Поэтому ее можно непосредственно, без повышающего
трансформатора соединять со входом усилителя воспроизведения. Но она имеет сравнительно
большую индуктивность, что ухудшает ее частотные свойства. Высокоомную стирающую
головку легче согласовать с генератором стирания и подмагничивания. Высокоомную
универсальную головку подключают к усилителю записи также без согласующего трансформатора.
Таким образом, применение высокоомных головок упрощает усилители записи и воспроизведения.
Преимущество низкоомных головок - более широкая полоса записываемых и воспроизводимых
частот.
Индуктивность обмотки головки вместе с ее собственной, межвитковой емкостью,
а также совместно с выходной емкостью усилителя записи или входной емкостью
усилителя воспроизведения образуют колебательный контур. Резонансная частота
этого контура должна быть больше наивысшей частоты записываемого сигнала. Резонанс
контура в рабочей полосе частот нежелателен, так как выше резонансной частоты
отдача головки резко уменьшается. Кроме того, собственные колебания, возникающие
в контуре при резонансе, искажают сигнал. При необходимости существенно увеличить
резонансную частоту приходится уменьшать число витков обмотки, хотя это и снижает
отдачу.
Магнитное поле головки.
Поле головки записи, в котором происходит намагничивание
носителя, называют рабочим полем. Влияние отдельных элементов конструкции головки
на способность создавать локализованное поле обычно оценивают исходя из рассмотрения
ее статического магнитного поля.
На рис.13.5 показаны зависимости напряженности поля рассеяния (рабочее поле
записи) при разных радиусах закругления ребра r. Радиус закругления ребра определяется
точностью изготовления и износом головки.
Из рис. 13.5 видно, что рабочее поле головки простирается на расстояние, превышающее
геометрическую ширину зазора 2d . Характер
спада поля определяет, так называемую, действующую или эффективную ширину зазора
2dэфф. По данным различных исследователей
эффективная ширина зазора больше геометрического зазора в 1,14 - 3 раза. При
расчете АЧХ магнитного звена для новых головок принимают 2d
=0,88 2 dэфф.
Кроме того, из рис.13.5 видно, что при износе головки существенно уменьшается
полезное поле записи. Если попытаться компенсировать уменьшение напряженности
поля увеличением тока записи, то это приведет к резкому возрастанию эффективной
ширины зазора (пунктирная кривая).
Аналогичные выводы можно сделать и из рис.13.6, на котором показано изменение
напряженности поля при разных расстояниях ленты от рабочей поверхности. Видно,
что по мере увеличения расстояния a напряженность поля головки уменьшается,
что эквивалентно увеличению ширины рабочего зазора. Пунктиром показана кривая
распределения поля головки, которая получится при попытке компенсировать уменьшение
напряженности поля соответствующим увеличением тока записи.
В процессе записи носитель намагничивается преимущественно в продольном направлении.
Поэтому наибольшее влияние на характеристики записи оказывает продольная составляющая
поля Hx, которая описывается следующим выражением:
 |
(13.15) |
где H0 -напряженность поля в глубине рабочего зазора.
Большинство существующих методов записи предполагает использование носителя записи, рабочий слой которого или совершенно не был намагничен, или полностью размагничен стиранием ранее произведенной на нем магнитной записи. Поэтому вначале рассмотрим механизм стирания фонограмм.
В принципе можно использовать два способа стирания: намагничиванием
и размагничиванием. В первом случае сигналограмма однородно намагничивается,
во втором - размагничивается. Стирание намагничиванием применяют совместно с
записью с подмагничиванием постоянным полем в некоторых типах диктофонов, а
также при импульсной записи. Оно осуществляется с помощью постоянного магнита
или электромагнита, при протягивании вблизи которого лента доводится до насыщения.
Информация, записанная на ленте, при этом уничтожается.
Стирание намагничиванием имеет два существенных недостатка. Во-первых, относительный
уровень стирания сравнительно мал и не удовлетворяет требованиям звукозаписи.
Во-вторых, после стирания рабочий слой носителя оказывается намагниченным до
насыщения, вследствие чего значительно возрастает его структурный шум (см. главу
6). Для улучшения качества стирания с помощью постоянных полей лента последовательно
протягивается около нескольких магнитов, создающих поля разного направления,
так что в процессе стирания лента перемагничивается многократно. Достоинством
стирания с помощью постоянных магнитов является то, что при осуществлении процесса
стирания не расходуется электроэнергия. При этом конструкция аппарата должна
обеспечивать надежное предохранение ленты от случайного соприкосновения со стирающим
магнитом во время воспроизведения.
Для стирания размагничиванием сигналограмма подвергается воздействию большого
числа перемагничиваний в спадающем знакопеременном поле, так что остаточная
намагниченность сводится к нулю.
Участок ленты, имеющий остаточную намагниченность Mr перемагничивается
вначале возрастающим, а затем спадающим магнитным полем. Возрастающее поле перемагничивает
носитель по частным циклам петли гистерезиса (точки 1-8), постепенно приближающимся
к предельной петле. При уменьшении напряженности поля носитель перемагничивается
по частным циклам (точки 9-13) и, если напряженность поля постепенно спадает
до нуля, остаточная намагниченность Mr также уменьшается до нуля.
Качество стирания при таком способе тем выше, чем больше циклов перемагничивания
испытывает носитель. Для полного размагничивания спад напряженности поля должно
быть пологим, т. е. число циклов перемагничивания должно быть не меньше нескольких
сотен, а разность двух последующих амплитуд стирающего поля не должна превышать
примерно 1%.
В качестве стирающих устройств используют соленоиды, электромагниты и стирающие
головки. Соленоиды и электромагниты питаются током промышленной частоты. Для
обеспечения плавного уменьшения напряженности поля стирания соответствующим
образом уменьшают ток в обмотке соленоида, в которой помещают ленту. Для этого
используют затухающий колебательный разряд конденсатора. Стирающие электромагниты
имеют сердечники с разомкнутым магнитопроводом. Электромагниты медленно подводят
к размагничиваемому рулону ленты и медленно отводят от него. Благодаря этому
обеспечивается необходимый закон спада поля.
Однако с помощью соленоида и электромагнита можно размагнитить только весь
рулон ленты, но нельзя уничтожить часть сигналограммы. Локализованное стирание
осуществляется с помощью стирающей головки. В этом случае размагничиваемый участок
ленты транспортируется около рабочего зазора стирающей головки, которая питается
переменным током с частотой 50 ¸ 100
кГц. Необходимое для стирания фонограммы плавное нарастание до максимума, а
затем уменьшение до нуля амплитуды напряженности магнитного поля получается
не с помощью каких-то специальных мер, а обусловлено формой кривой напряженности
магнитного поля в рабочем зазоре головки (см. рис.13.5.13.6)
Из рис.13.8 видно, что степень уменьшения амплитуды стирающего поля т.е. время
пребывания звуконосителя в спадающем поле зависит от ширины зазора головки,
скорости движения ленты и частоты тока стирания. Очевидно, что чем меньше ширина
зазора и чем больше скорость носителя, тем требуется большая частота стирающего
тока. Выбор частоты стирающего тока обусловлен также тем обстоятельством, что
эта частота не только не должна быть слышима сама, но и не должна создавать
с высшими гармониками сигнала биений, попадающих в полосу частот записываемого
сигнала. Так как при магнитной записи основная нелинейность определяется третьей
гармоникой, частота тока стирания должна быть по крайней мере в четыре раза
выше верхней частоты рабочего диапазона частот магнитофона. С другой стороны
чрезмерно высокая частота тока стирания приводит к большим потерям на вихревые
токи и требует для перемагничивания повышенной мощности.
Обычно ток стирания получают от того же источника, что и высокочастотное поле
подмагничивания. Ширина рабочего зазора стирающей головки составляет 100-250
мкм. В качестве материала сердечника в стирающих головках часто используют ферриты,
так как при применении листового пермаллоя велики потери на вихревые токи.
При стирании переменным током остаточная намагниченность рабочего слоя носителя,
в принципе, может быть сведена к нулю. Поэтому уровень шума размагниченной ленты
после стирания переменным полем значительно меньше, чем при стирании намагничиванием.
На качество стирания влияют разные факторы. Так, относительный уровень остаточного
сигнала после стирания тем больше (а следовательно, стирание тем хуже), чем
дольше хранилась сигналограмма до стирания, чем ниже температура, при которой
происходит стирание, чем больше была напряженность поля подмагничивания при
записи.
В процессе записи на каждый элемент магнитной ленты воздействует изменяющееся
поле головки записи. Если запись производится на размагниченный носитель, его
магнитное состояние будет изменяться в соответствии с кривой, выражающей зависимость
остаточной индукции от напряженности намагничивающего поля. Для всех естественных
и искусственных ферромагнетиков функция Br = f(H) нелинейна.
Процесс записи без подмагничивания на предварительно размагниченную ленту изображен
на рис. 13.9. При таком способе записи получаются большие нелинейные искажения,
обусловленные природной нелинейной зависимостью остаточной намагниченности ферромагнетиков
от напряженности намагничивающего поля.
Существуют два варианта записи с подмагничиванием постоянным током. с записью
на размагниченный и на предварительно намагниченный звуконоситель.
В первом случае в головку вместе с сигналом подается постоянный ток (рис.3.4.),
подобранный таким образом, чтобы рабочая точка находилась в середине линейного
участка одной из ветвей характеристики. Этот способ позволяет несколько уменьшить
нелинейные искажения, но он же имеет и существенные недостатки. Во-первых амплитуда
остаточной намагниченности мала из-за ограниченности линейного участка характеристики.
Другой недостаток состоит в том, что в паузах сигнала (при токе сигнала, равном
нулю) на ленту воздействует постоянное подмагничивание. А так как рабочий слой
магнитной ленты структурно неоднороден, остаточная намагниченность на разных
участках будет различной. При воспроизведении это приводит к существенному увеличению
уровня шума.
Рассматривая полную кривую перемагничивания (рис.13.10), видим, что часть ее, находящаяся во 2 и 3-м квадрантах имеет более протяженный линейный участок, по сравнению с рис.13.9.
Но, чтобы расположить рабочую точку на этом участке кривой, звуконоситель перед
подходом головки записи должен быть намагничен до насыщения и подойти к головке
с остаточной индукцией Вr1. Что касается исходной рабочей точки, то ее можно
поместить либо в положение 2, либо в положение 3, посредством пропускания в
обмотке головки определенной для каждого случая величины постоянной составляющей
тока.
В положении 2 использован большой прямолинейный участок характеристики, но звуконоситель
после выхода из поля головки имеет постоянную остаточную индукцию Вr2,
что обусловливает возрастание шума, хотя и не в такой степени как в предыдущем
случае. В положении 3, по выходе из под головки записи постоянная остаточная
индукция равна нулю, что, следовательно, уменьшит шум. Но в этом случае максимальная
амплитуда сигнала, который может быть записан без искажений, существенно уменьшится.
Запись с подмагничиванием постоянным током используется в аппаратуре, к которой не предъявляются высокие требования по качеству звучания, например, в диктофонах. В профессиональных и бытовых магнитофонах, где требования к качеству записи существенно превышают возможности записи с подмагничиванием постоянным током, применяют высокочастотное подмагничивание.
Случайно было обнаружено, что если по обмотке записывающей головки одновременно
с током звуковой частоты пропускать ток ультразвуковой частоты, то при определенном
значении этого тока нелинейные искажения в воспроизводимом сигнале могут быть
очень малыми (коэффициент гармоник менее 1¸2
%).
Существует довольно много вариантов объяснения этого эффекта, на некоторых из
них есть смысл остановиться более подробно.
Первое теоретическое объяснение этого факта было дано на основании статической
характеристики Br = f(H) , пользуясь представлением об идеализированном
магнитном поле, создаваемом записывающей магнитной головкой. Полагали, что это
поле имеет бесконечно малую протяженность, а потому каждое текущее значение
напряженности поля фиксируется в виде соответствующей остаточной намагниченности
отдельных участков ленты. При этом условии предполагалось, что на ленту записывается
высокочастотный сигнал, огибающая которого изменяется в соответствии с низкочастотным
(звуковым) сигналом. Естественно, что запись высокочастотной составляющей происходит
с большими нелинейными искажениями из-за кривизны характеристики в средней части.
Огибающие же кривой остаточной намагниченности при правильном выборе поля ВЧП,
когда его амплитуда соответствует серединам линейных участков характеристики
Br = f(H) не отличается по форме от звуковой составляющей поля записи.
Далее полагали, что воспроизводящая головка реагирует на среднее значение магнитного потока в фонограмме, а не воспроизводит колебаний высокой частоты. Среднее значение остаточной намагниченности определяется как полусумма ординат огибающих кривых. Если учесть, что кривая остаточной намагниченности строго симметрична и нелинейности имеют обратный характер, то звуковой сигнал будет воспроизводится без искажений.
Такое объяснение линеаризующего действия поля ВЧП носит формальный характер, оно не объясняет ис
