Магнитофонная лента. Характеристики магнитных лент

Для магнитной звукозаписи и видеозаписи в качестве носителя применяют ферромагнитную ленту, состоящую из основы, на которую нанесен слой ферромагнитного вещества (рабочий слой). В качестве основы ленты применяют диацетилцеллюлозу , триацетилцеллюлозу , лавсан. Наилучшим материалом для основы является лавсан (полиэтилентерефталат). Для изготовления рабочего слоя магнитных лепт применяют гамма-окисел железа, феррит кобальта, двуокись хрома и др. Наибольшее распространение в современных лентах получил гамма-окисел железа. В настоящее время применяется порошок гамма-окисла железа с частицами игольчатой формы и размерами 0,1-0,5 мкм. Объемная концентрация магнитного порошка в рабочем слое у разных лент составляет 30-45%.

Для звукозаписи выпускают большое количество типов магнитных лент. Общепринятого обозначения лент пока нет, и изготовители обозначают их по-разному. В СССР тип ленты ранее обозначался порядковым номером разработки (например, тип 2, тип 6, тип 10). Согласно ГОСТ 17204-71 «Ленты магнитные. Система обозначения типов» с 1972 г, введена новая система обозначения. По этой системе типы лент обозначают комбинацией из пяти элементов.

Первый элемент - буквенный, обозначающий назначение ленты: А - звукозапись; Т - видеозапись; В - вычислительная техника;. И - точнаязапись.

Второй элемент - цифровой (от 0 до 9), обозначающий материал основы: 2 - диацетилцеллюлоза (ДАЦ); 3 - триацетилцеллюлоза ; 4 - полиэтилентерефталат.

Третий элемент - цифровой (от 1 до 9), обозначающий толщину ленты: 2--18 мкм, 3-27 мкм; 4-37 мкм; 6-55 мкм; 9 - свыше100 мкм.

Четвертый элемент - цифровой (от 01 до 99), обозначающий номертехнологической разработки.

Пятый элемент - численное значение номинальной ширины ленты в миллиметрах.

После пятого элемента применяется дополнительный буквенный индекс: П -д ля перфорированных лент; Р -для лент, используемых в радиовещании; Б - для лент к бытовым магнитофонам.

Согласно рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК) от 1959 г. по ГОСТ 8303-76 «Ленты магнитные. Основные размеры» ширина лент принята равной 6,25 ± 0,05 мм. В последнее время выпускают ленты шириной 3,81 мм, которые применяют в кассетных магнитофонах. Толщина ленты по ГОСТ 8303-76 55 +0 -5 , 37 +0 -5 , 27 +0 -2 и18 +0 -2 мкм.

Магнитные ленты оценивают по следующим показателям: физико-механическим, определяющим свойства лент при механических и климатиче­ских воздействиях; магнитным, определяющим свойства в магнитном поле, рабочим, характеризующим чувствительность магнитной ленты к воздействиям при записи и искажения сигнала при записи и воспроизведении.

К физико-механическим показателям лент относят следующие :

нагрузка, соответствующая пределу текучести, она, характеризует прочность ленты при статическом нагружении ;

относительное удлинение под нагрузкой, т, е. изменение длины ленты при заданной статической нагрузке;

работа ударного разрыва, т. е. прочность ленты при динамическом нагружении ;

остаточное удлинение после ударной нагрузки характеризует необратимые изменения длины ленты после динамического нагружения ;

абразивность , т. е. степень износа лентой магнитных головок и других неподвижных деталей лентопротяжного механизма, с которыми соприкасается лента в процессе движения;

сабельность - деформация ленты по длине (вызывается в основном вытягиванием края ленты при резке); это приводит к ухудшению контакта ленты с магнитными головками и перекосам ленты относительно магнитных головок.

В табл. 16 приведены физико-механические показатели различных лент .

Магнитные свойства лент зависят от магнитных свойств исходного порошка, объемной концентрации порошка в рабочем слое и степени ориентации порошка в нем и характеризуются коэрцитивной силой (Н с), остаточным магнитным потоком насыщения, остаточной намагниченностью насыщения (I r ) или максимальной остаточной индукцией (В r )

и относительной начальной магнитной проницаемостью (μ ). Основные показатели магнитных свойств различных лент приведены в табл. 17.

К рабочим показателям относят электроакустические, т. е. чувствительность, частотную характеристику, нелинейные искажения, шум ленты, уровень копирэффекта, уровень оптимального подмагничивания. На практике рабочие показатели ленты определяют сравнением специально отобранного типового носителя записи с испытуемым.

Чувствительность ленты характеризует отношение величины остаточного магнитного потока к низкочастотному полю головки записи. Относительная чувствительность - отношение (дБ) остаточного магнитного поля при записи сигнала с частотой 400 Гц к остаточному потоку на типовой ленте в том же режиме записи. Чем выше чувствительность ленты, тем меньше должно быть усиление усилителя записи.

Частотная характеристика - разность (дБ) между отдачей типовой и испытуемой лент на частоте 10 кГц при заданной скорости записи. Частотная характеристика ленты зависит от ее магнитных свойств, толщины рабочего слоя, однородности частиц, качества поверхности рабочего слоя и от режима подмагничивания.

Нелинейные искажения оцениваются по третьей гармонике. Коэффициент третьей гармоники равен отношению напряжения третьей гармоники к напряжению первой гармоники сигнала с частотой 400 Гц на выходе усилителя воспроизведения. Это абсолютная характеристика, определяющая нелинейные искажения сквозного тракта, включающего усилитель записи, магнитную ленту и усилитель воспроизведения.

Относительный уровень модуляционного шума (шум ленты) равен отношению (дБ) напряжения шума ленты, намагниченной постоянным током, к максимальному значению напряжения сигнала, измеренных на выходе усилителя воспроизведения.

Уровень копирэффекта определяется при частоте сигнала записи 400 Гц и времени хранения записи 24 ч. Он равен отношению (дБ) наибольшего сигнала копии к максимальному сигналу записи.

Оптимальным подмагничиванием называют подмагничивание, при котором чувствительность магнитной ленты максимальна. Для экспериментального определения уровня оптимального подмагничивания снимают характеристику подмагничивания - зависимость отдачи ленты от тока высокочастотного подмагничивания при постоянном токе записи. Координата вершины полученной кривой определяет уровень оптимального подмагничивания. На практике измеряют относительное значение уровня оптимального подмагничивания, равное выраженному в децибелах отношению уровня оптимального подмагничивания испытываемой ленты к оптимальному подмагничиванию типовой ленты.

Электроакустические показатели зависят от толщины рабочего слоя и объемной концентрации порошка. С увеличением толщины рабочего слоя ленты при прочих равных условиях увеличивается чувствительность, снижаются нелинейные искажения и шум намагниченной ленты, ухудшается частотная характеристика и увеличивается уровень копирэффекта.

С увеличением объемной концентрации порошка в рабочем слое при прочих равных условиях улучшается чувствительность, частотная характеристика, снижаются нелинейные искажения и шум намагниченной ленты, повышается уровень копирэффекта. Уровень оптимального подмагничивания с увеличением концентрации порошка уменьшается, а с увеличением толщины рабочего слоя увеличивается. Стремятся к возможно большему увеличению объемной концентрации порошка и уменьшению рабочего слоя ленты.

Электроакустические показатели магнитных лент приведены в табл. 18. Значения тока высокочастотного подмагничивания (ВЧП), относительной чувствительности, частотной характеристики лент, изготовляемых в СССР , приведены относительно типовой ленты типа 2. В последнее время выпущена новая типовая лента А4403-6 толщиной 37 мкм.

Лучшими магнитными лентами для магнитофонов являются следующие :

для студийных магнитофонов при скорости 38,1 см/с и стандартном уровне записи PER 525 (стерео), SPR 50 LH , LGR 30 P ;

для студийных магнитофонов при увеличенном уровне записи PER 555 и LR 56 P ;

для студийных магнитофонов при скорости 19,05 см/с LPR 35 LH ;

для катушечных бытовых магнитофонов PES 35 LH , SD ;

для кассетных бытовых магнитофонов UD 35, HE 35.

Магнитные ленты представляют собой композицию из несущей основы, изготов­ленной из пластичного материала, и рабочего слоя в виде смеси ферромагнитного порошка со связующим веществом. В настоящее время в качестве основы обычно используется полиэтилентерефталат (лавсан), обладающий высокой прочностью, эластичностью, влагостойкостью и технологичностью. Кроме лавсановых, сущест­вуют ленты на ацетатной и иных основах.

В качестве магнитного материала применяют у-окись железа (у-Fе 2 О 3), окись хрома (СгО 2), чистое железо, соединения кобальта (Сo) и некоторые другие ве­щества. Самое широкое распространение получили ленты на основе соединения у-Fе 2 О 3 , на втором месте по популярности стоят ленты на основе СгО 2 . Бывают также разновидности лент с оксидом железа, модифицированным кобальтом, с дву­мя рабочими слоями (внутренний - феррооксидный, внешний - хромдиоксидный) и т.п.

После намагничивания материала магнит­ной ленты и снятия внешнего магнитного поля он продолжает сохранять остаточную индукцию. На рис. 4.25 для различных мате­риалов показаны кривые намагничивания, то есть зависимости магнитной индукции В, измеряемой в теслах (Тл), от напряженности внешнего магнитного поля Н, измеряемой в единицах «ампер на метр» (А/м). Кривые обладают гистерезисным характером. При возрастании напряженности магнитного поля в положительном направлении магнитная индукция возрастает сначала довольно резко, затем кривая намагничивания становится по­логой и, наконец, достигает значения маг­нитного насыщения В н. При последующем уменьшении напряженности Н магнитного поля индукция В также уменьшается. Когда значение Н падает до нуля, материал оста­ется намагниченным (В ост > 0).

Рис. 4.25. Зависимость магнитной индукции В от напряженности внешнего магнитного поля Н в различных материалах

Остаточная индукция В ост является самой важной характеристикой магнитного материала лен­ты. Чем она выше, тем больше максимальный остаточный магнитный поток и, сле­довательно, лучше характеристики записи воспроизведения обеспечит эта лента. Величина Н с, равная напряженности магнитного поля, необходимой для изме­нения индукции от В ост до нуля, называется коэрцитивной силой по индукции. Кроме этого, ферромагнитные материалы характеризуются магнитной прони­цаемостью ц, показывающей, во сколько раз магнитная индукция в ферромагне­тике больше, чем в воздухе.

Для снижения нелинейных искажений и повышения остаточной намагничен­ности ленты в магнитофонах применяется запись сигналов с высокочастотным подмагничиванием. Тогда записываемое низкочастотное (звуковое) колебание S зп. (рис 4.26) суммируется с колебанием подмагничивания S П (рис 4,26). частота Р п которого гораздо выше верхней звуковой частоты и составляет десятки килогерц. В результате возникает сигнал S ЗП (рис.4.26), с помощью которого осуществляет­ся смещение диапазона изменения записываемого аудиосигнала на линейный участок кривой намагниченности. При этом само высокочастотное колебание на магнитную ленту не записывается. Оптимальное значение тока высокочастотно­го подмагничивания зависит от магнитных свойств используемой ленты.

Магнитная лента может использоваться для записи и воспроизведения много­кратно. Если перед записью нового фрагмента фонограммы ее не размагнитить, произойдет наложение записей друг на друга. Для удаления предыдущей инфор­мации производят ее стирание путем воздействия сильного внешнего магнитного поля на активный слой ленты, в результате чего рабочий слой сначала намагни­чивается до насыщения, а затем размагничивается. Это поле может быть как пе­ременным, так и постоянным. В первом случае используются колебания генера­тора тока стирания и подмагничивания (ГСП), формирующего гармонический сигнал, в соответствии с которым меняется магнитное поле специальной стира­ющей головки. Во втором случае стирающая головка представляет собой посто­янный магнит.

Весьма высокий уровень стандартизации достигнут в производстве магнитных лент. Согласно классификации международной электротехнической комиссии (МЭК-IЕС) магнитные ленты для аудиокассет подразделяются на 4 группы в за­висимости от требуемых значений оптимального тока высокочастотного подмаг­ничивания и параметров коррекции амплитудно-частотной характеристики маг­нитофонных трактов:

• МЭК 1 (IЕС 1) - лента с феррооксидным рабочим слоем (Fe 2 ,О 3), «обычная» или «нормальная»;
• МЭК II (IЕС II) - лента с рабочим слоем из хромдиоксида (СгО 2) или заме­нителей;
• МЭК III (IЕС III) - лента с двумя рабочими слоями (внутренним - ферро­оксидным, внешним - хромдиоксидным);
• МЭК IV (IЕС IV) - лента с рабочим слоем из металлического порошка желе­за (Мetal).

Рис. 4.26. Формирование сигнала записи с высокочастотным подмагничиванием

Сравнивая два первых, наиболее распространенных, -типа магнитных лент, можно обозначить ряд преимуществ магнитных лент на основе хромдиоксида. При их применении для записи аудиосигналов достигаемое соотношение сигнал/ шум на 12-16 дБ лучше, чем при использовании лент на феррооксидной основе. Нелинейные искажения и саморазмагничивание на высоких частотах также бу­дут меньшими.

Приведенные на рис. 4.27 кривые намагничивания лент типов I, II и IV свиде­тельствуют о том, что лента типа IV (Меtal) способна обеспечить существенный выигрыш в уровне записанного сигнала по сравнению с хромдиоксидной и фер­рооксидной лентами. Кроме того, металлопорошковые ленты характеризуются минимальными искажениями и широким частотным диапазоном. Еще одно пре­имущество заключается в их абсолютно гладкой поверхности, что существенно снижает абразивный износ магнитных головок. Однако стоимость таких лент существенно выше, они требуют значительно большего тока подмагничивания: не все бытовые магнитофоны в состоянии производить на них запись из-за от­сутствия необходимых корректирующих цепей. В режиме воспроизведения дан­ный недостаток удается игнорировать: кассеты с лентой типа IV (Меtal) можно без потери качества прослушивать при положении переключателя лент «СгО 2 » (тип II).

Рис.4.27.Зависимость коэффициента третьей гармоники и ЭДС оттока подмагничивания воспроизводящей головки

Магнитные ленты типа III широкого распространения не получили. Как уже отмечалось, характеристики магнитной ленты в значительной степени определяют качество записи и воспроизведения фонограмм. При этом наиболее важны следующие параметры:

• относительная чувствительность;
• величина нелинейных искажений;
• отношение сигнал/шум.

Чувствительность ленты характеризуется степенью ее намагниченности, кото­рая определяется как отношение величины остаточного магнитного потока к низ­кочастотному полю головки, создаваемому током записи. Проще говоря, чем выше чувствительность ленты, тем меньшим коэффициентом усиления может обладать усилитель записи.

Относительная чувствительность ленты определяется как отношение уровня сигнала на данной магнитной ленте к аналогичному уровню сигнала на образцо­вых или эталонных лентах такого же типа, выпускаемых фирмами-производите­лями. Этот параметр измеряется на частотах 315 Гц и 10 кГц и характеризует тот уровень, с которым сигнал реально записывается на ленту при нулевом показании индикатора записи (оно означает уровень сигнала в децибелах).

Имея результаты измерения чувствительности на частотах 315 Гц и 10 кГц, можно оценить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) магнитной ленты. Точная АЧХ получается при измерениях на нескольких частотах. Полученная кривая должна быть прямолинейна и параллельна оси абсцисс в звуковом диапа­зоне частот, а значение на частоте 315 Гц - как можно ближе к 0 дБ. Обычно АЧХ магнитной ленты указывается на вкладыше магнитофонной кассеты.

Изменения чувствительности в основном определяются неравномерностью толщины рабочего слоя ленты и концентрации в нем ферромагнитного порошка. Увеличение неравномерности может быть вызвано пылью, а также продуктами износа ленты и магнитных головок на поверхности рабочего слоя.

На равномерность АЧХ магнитных лент существенно влияет величина тока высокочастотного подмагничивания. При оптимальном токе подмагничиваиия обеспечивается наибольший уровень записи. Его превышение сверх оптимально­го вызывает резкое ослабление уровня записи высоких звуковых частот и некото­рое его увеличение при записи низких звуковых частот. При уменьшении тока подмагничивания картина меняется на обратную. Оптимальный ток высокочас­тотного подмагничивания устанавливают по максимуму отдачи (чувствительнос­ти) магнитной ленты на частотах 400 Гц или 1000 Гц.

Неравномерность АЧХ определяет линейные искажения сигналов. Кроме это­го, от магнитных свойств рабочего слоя и тока высокочастотного подмагничива­ния зависит величина нелинейных искажений, являющихся основной частью суммарных нелинейных искажений канала магнитной записи. Чем больше оста­точная намагниченность материала, тем они меньше. Для их оценки используют параметр, называемый коэффициентомгармоник, и, чаще всего, коэффициент тре­тьей гармоники К 3 . Современные ленты имеют величину К 3 в пределах 0,4-2,2%. Примерный вид зависимости К 3 и ЭДС воспроизводящей головки Е на разных частотах от отношения величины тока подмагничивания I п к его оптимальному значению I п опт показан на рис.4.27. При оптимальном выборе данного параметра обеспечивается некоторый компромисс между равномерностью амплитудно-час­тотной характеристики и величиной нелинейных искажений.

Также на величину нелинейных искажений влияет правильный выбор уровня записываемого сигнала, ибо увеличение уровня записи выше допустимого приво­дит к перемодуляции ленты и появлению повышенных нелинейных искажений, а его уменьшение снижает отношение сигнал/шум. Поэтому следует поддержи­вать такую величину уровня записи, при которой достигался бы компромисс между максимально возможным записываемым уровнем намагниченности ленты.

Максимальный уровень записи, выбранный в соответствии с этими критери­ями, позволяет судить о перегрузочной способности ленты и определяет верхнюю границу динамического диапазона канала записи. Чем шире данный диапазон, тем выше качество записи и воспроизведения фонограмм. Его нижняя граница опре­деляется величиной шума магнитной ленты, зависящего от магнитного состояния ленты. Различают несколько видов шумовых сигналов, получающихся при вос­произведении:

• шум паузы;
• шум размагниченной ленты;
• шум намагниченной ленты;
• модуляционный шум.

Кроме того, по источникам происхождения шумы подразделяются на контакт­ные и структурные. Первые возникают из-за непостоянства плотности прилега­ния магнитной ленты к головкам, а вторые - вследствие магнитной неоднородно­сти рабочего слоя.

Шум паузы - это шум ленты, которая была размагничена стирающей головкой и затем подверглась воздействию высокочастотного поля подмагничивания запи­сывающей головки. Относительный уровень шума паузы при воспроизведении определяют как отношение напряжения шума ленты к напряжению, соответству­ющему номинальному уровню записи.

Относительный уровень шума намагниченной ленты служит для оценки по­мехи, проявляющейся в виде так называемого модуляционного шума, который накладывается на записанный сигнал и растет с увеличением его амплитуды. Мо­дуляционный шум определяется неравномерностью структуры рабочего слоя лен­ты и колебаниями скорости ее движения. При воспроизведении он прослушива­ется как шорохи. Несмотря на сравнительно малый уровень, такие шумы хорошо заметны на слух, поскольку практически не подвержены действию существующих систем шумопонижения.

От магнитных свойств ленты, толщины рабочего слоя, ее общей толщины за­висит проявление так называемого копирэффекта. Он заключается в следующем: при хранении магнитной ленты в рулоне (кассета, катушка) сильно намагничен­ные участки могут намагничивать другие области ленты, прилегающие к ним и расположенные на соседних витках ленты. Во время прослушивания это свой­ство проявляется в виде эха. Сильнее всего влияние копирэффекта проявляется при наложении копии на участок с паузой. Заметим, что существует определен­ная зависимость его проявления от температуры (при повышенных температурах он сильнее). Это следует учитывать при хранении магнитных лент и эксплуата­ции магнитофона в специфических условиях, например летом в автомобиле.

Как сказано выше, чтобы осуществить повторную запись на магнитную ленту, предыдущая должна быть стерта. Стираемрсть ленты зависит от ее магнитных свойств, но кроме этого влияние оказывают и параметры генератора тока стира­ния и подмагничивания, стирающей головки, предшествовавшего режима записи, а также условия хранения. Считается, что при повторном использовании магнит­ной ленты старая запись должна выть ослаблена не менее чем на 70 дБ.

Кроме магнитных свойств магнитофонных лент, на качество записи и воспро­изведения аудиосигналов существенно влияют и их физико-механические свой­ства. К ним относятся:

• удлинение (под нагрузкой и остаточное);
• сабельность;
• коробление;
• шероховатость;
• адгезионная прочность;
• тепло- и влагостойкость;
• упругость;
• износостойкость;
• абразивность.

При работе лентопротяжного механизма (ЛПМ) и при контакте с другими час­тями магнитофона, например магнитными головками, лента подвергается меха­ническим воздействиям и сама влияет на детали тракта. Особенно чувствитель­ны к повышенным нагрузкам тонкие ленты толщиной 9 мкм (С-120), поэтому использование их на дешевых магнитофонах с низким качеством работы ЛПМ не рекомендуется. Частицы ферромагнитного материала, составляющие рабочий слой лент, обладают высокой механической твердостью, следовательно, при со­прикосновении поверхности ленты с магнитными головками происходит истира­ние как самой ленты, так и головок, расширение их рабочего зазора и ухудшение качества записи/воспроизведения высоких частот.

В кассетных магнитофонах применяют магнитную ленту с шириной 3,81 мм, толщиной 18, 12 и 9 мкм. При этом, естественно, в стандартную кассету может помещаться различное количество ленты, что, в свою очередь, определяет полное время звучания. В маркировке кассет указывается его величина: С-60, С-90, С-120 или МК-60, МК-90. Выпускаются кассеты и с нестандартным временем звучания: С-30, С-45 и пр. До недавнего времени в быту использовались и катушечные маг­нитофоны, где ширина ленты составляла 6,25 мм, а общая толщина, в зависимос­ти от материала основы, - 55 мкм или 37 мкм при толщине рабочего слоя 15 мкм и 11 мкм соответственно.

На кассетном магнитофоне в процессе записи магнитная лента разделяется на две половины (рис. 4.28), на каждой из которых запись производится в одном на­правлении, причем при стереозаписи информация записывается поканально на две дорожки (правый и левый каналы), а при монофонической в каждом направ­лении используется одна объединенная дорожка равная по ширине сумме двух дорожек, используемых в режиме стерео, и промежутка между ними. Это обеспе­чивает совместимость магнитных лент, записанных в режимах «Стерео» и «Моно». Корпус магнитофонной кассеты должен соответствовать определенным требованиям, чтобы обеспечить стабильность движения магнитной ленты при вне­шних механических и тепловых воздействиях. Для этого корпусы и механические элементы кассет выполняются из термостойких твердых сортов пластмасс или керамики. В них присутствуют:

• высокоточные жесткие направляющие;
• специальные ребра жесткости;
• дополнительные элементы лентоукладки;
• особые пружинящие прокладки;
• прижимающие щетки из специальных антифрикционных и антистатических материалов.

Магнитные ленты аудиокассет рассчитаны на эксплуатацию при температуре от -10 o С до +45 °С.

Рис 4.28 Размещение дорожек записи на ленте кассетного магнитофона: а – монофонического,

б - стереофонического

Верно ли, что магнитная лента с рабочим слоем из двуокиси хрома быстрее изнашивает магнитные головки с сердечником из пермаллоя?

Действительно, хромдиоксидный рабочий слой обладает более высо-кой твердостью, чем гамма-окисла железа и оказывает повышенное абразивное на головку. С одной стороны, более твердость его позволяет добиваться идеального полирования с более высокой гладкостью, чем у гамма-окисла железа. Кроме этого, надо принимать так называемый период приработки, в течение которого абразивность ленты проявляется наи-большим образом, после чего абразивность резко снижается (рабочая поверх-ность ленты как бы полируется) и дальнейший износ сердечника головки про-исходит очень медленно.

Проведенные испытания различных лент показали, что если для лент с ра-бочим слоем из гамма-окисла железа приработки продолжается 5 - 7 проходов ленты длиной 525 м, то у хромдиоксидной ленты он обычно прекра-щается уже после второго прохода. Поэтому магнитная лента с рабочим сло-ем из двуокиси хрома, имеющая большую степень начальной полировки, при скорости движения 4,76 см/с изнашивает сердечник головки ничуть не -же, чем лента с рабочим слоем из гамма-окисла железа.

Чтобы уменьшить абразивность ленты, можно искусственно провести ее приработку. Для этого надо взять полоску из стали марки 20 - 40 шириной 3,5 мм, хорошо отжечь ее, согнуть корпусу универсальной головки, накле-ить внутри кусочек байки и, надев полоску на головку, провести несколько проходов ленты в обоих направлениях. После этого абразивность ленты замет-но снижается.

Можно ли ленту с рабочим слоем из двуокиси хрома использовать в магнитофонах, рассчитанных на работу с лентой, рабочий слой которой из гамма-окисла железа?

Хромдиоксидная лента требует больших токов подмагничивания и сти-рания, а также увеличенного тока записи и измененной коррекции АЧХ в вы-сокочастотной части рабочего диапазона по сравнению с лентой с рабочие слоем из гамма-окисла железа. Чтобы магнитофон мог работать с лентами, рабочие слои которых выполнены из разных магнитных порошков, в схему вво» дят переключатель, изменяющий при переходе с одной ленты на другую токи записи, подмагничивания и стирания, а также изменяющий коррекцию АЧХ. В некоторых простых магнитофонах такой переключатель изменяет только токв подмагничивания и стирания, что не позволяет использовать все положитель-ные свойства хромдиоксидной ленты. В магнитофонах, не имеющих такого пе-реключателя, пользоваться хромдиоксидной лентой нецелесообразно.

Существуют ли еще какие-либо магнитные ленты повышенного каче-ства?

Тенденция улучшения качественных показателей кассетных магнито-фонов потребовала создания лент, способных при низкой скорости движения обеспечивать высокие параметры аппаратов. Одной из первых таких лент бы-ла лента с рабочим слоем из порошка гамма-окисла железа более мелкозер-нистой структуры, имеющая улучшенную полировжу рабочей поверхности. 3а счет лучшего прилегания ленты к головке и более мелкой структуры порошка рабочего слоя динамический диапазон фонограммы на такой ленте на 2 - 4 дБ лучше, чем на обычной. Лучше на ней записываются и воспроизводятся верх-ние звуковые частоты, что еще более повышает качество фонограммы. (Зару-бежные кассеты с такой лентой снабжались надписью «Low noise» - малый ). Добавим еще, что ее использование целесообразно только в кассетных магнитофонах при низкой скорости движения, а твердость поверхности рабо-чего слоя позволяет добиться почти идеального его полирования и, следователь-но, лучшего прилегания к головке и большей отдачи на высоких частотах.

Сравнительно недавно получила распространение лента с рабочим слоем из гамма-окисла железа с присадкой кобальта, которую называют кобаль–тированной. Основное преимущество такой ленты - более уровень за-писи. При ее использовании становится возможным увеличить намагниченность ленты от 250 до 320 нВб/м в катушечных магнитофонах и от 160 до 250 нВб/м - в кассетных. К таким лентам относятся и отечественные ленты типов А4309-6Б, А4409-6Б и А4205-ЗБ.

Одной из разновидностей лент с рабочим слоем из гамма-окисла железа является лента, способная обеспечить повышенный динамический диапазон фо-нограммы и несколько больший уровень записи высоких частот. Улучшение -раметров ленты достигнуто за счет уменьшения размеров феррочастиц рабоче-го слоя (0,4 мкм вместо 1 мкм в обычной ленте), высокой плотности и равномерного распределения их в рабочем слое. За рубежом такая лента получила название «Super Dynamic» (SD).

Последняя новинка - так называемая «металлическая» лента, рабочий слой одного из вариантов которой выполнен на основе порошкообразного чис-того железа. «Металлическая» лента имеет более высокую коэрцитивную силу, чем хромдиоксидная, и требует еще больших токов подмагничивания и стира-ния. Так, например, для такой ленты подмагничивания должен быть при-мерно на 6 дБ больше, чем для хромдиоксидной, и на 9 дБ больше, чем для ленты с рабочим слоем из гамма-окисла железа. Для «металлической» ленты при скорости движения 4,76 см/с уровень намагниченности на частоте 12 кГц практически на 12 дБ выше, чем для обычной ленты. Отечественная промыш-ленность пока что такой ленты не выпускает.

Влияет скорость движения магнитной ленты на качество записи (воспроизведения)?

Влияет. Чтобы объяснить это, надо вспомнить, что записи К прямо пропорциональна поступательной скорости V носителя записи ленты и обратно пропорциональна частоте записи f (см. с. 4). Следует также напомнить, что э. д. с. головки воспроизведения зависит от длины за-писанных колебаний и уменьшается по мере приближения длины волны запи-си к эффективной ширине рабочего зазора головки, а когда длина волны записи станет равна ширине рабочего зазора - э. д. с. головки воспроизведения будет равна нулю. Это носит название «щелевых потерь» и описывается так называемой «щелевой функцией».

Практически установлено, что минимальная длина волны эффективно вос-производимых колебаний должна быть в два раза больше эффективной шири-ны рабочего зазора ГВ. Поясним это примером. Допустим, мы имеем магнито- со скоростью движения ленты 9,53 см/с, в котором установлена ГВ с ге-ометрической шириной рабочего зазора 3 мкм. Так как эффективная ширина рабочего зазора l обычно на 20 - 25% больше геометрической ширины, то l=3-1,25=3,75 мкм. Заменяя длину волны записи удвоенной эффективной ши-риной рабочего зазора, определим верхнюю частоту рабочего диапазона f= =V/2l=95 300/7,5=12 707 Гц. Такой примерно верхний рабочего диа-пазона частот (12500 Гц) установлен нормативными документами. При тех же условиях на скорости 19,05 см/с возможна запись и воспроизведение частот до 25400 Гц, а на скорости 4,76 см/с - до 6347 Гц. Надо учитывать и то об-стоятельство, что по мере улучшения качественных показателей лент и магнит-ных головок рабочий записываемых и воспроизводимых частот не-прерывно расширяется.

Известно, что рабочий зазор магнитной головки характеризуется его шириной, глубиной и длиной. А каково влияние глубины и длины рабочего зазора на запись и воспроизведение звука?

Влияние глубины и длины рабочего зазора (о влиянии ширины рас-сказано в предыдущем ответе) магнитной головки (рис. 3) не столь явно и за-частую не учитывается, так как радиолюбители пользуются готовыми голов-ками с известными параметрами.

Длина рабочего зазора, что то же самое, ширина сердечника головки, определяется шириной дорожки записи. Использование в современных магнитофонах четырехдорожечной записи привело к уменьшению ширины сердечни-ка до 1 и 0,66 мм при ширине магнитной ленты соответственно 6,25 и 3,81 мм, а это, в свою очередь, отразилось на остаточном магнитном потоке фонограм-мы, понизив его по сравнению с двухдорожечной записью. В этих условиях: уменьшение ширины рабочего зазора приводит к ухудшению отношения сигнал-шум и снижению динамического диапазона фоно-граммы. Один из путей борьбы с этим - повыше-ние эффективности ГЗ и отдачи ГВ за счет умень-шения глубины рабочего зазора.

Рис. 3. Рабочий зазор маг-нитной головки и его параметры

Эффективность ГЗ определяется сечением сер-дечника в зоне рабочего зазора головни. Чем мень-ше сечение сердечника, тем выше эффективность ГЗ, которая определяет ток записи, необходимый для создания около рабочего зазора ГЗ требуемого магнитного поля записи. С повышением эффектив-ности ГЗ ток записи может быть снижен, что важно для магнитофонов с пи-танием от автономных источников тока и особенно кассетных магнитофонов..

Отдача ГВ - это э. . с., индуцируемая в обмотке при воспроизведении фо-нограммы. Электродвижущая ГВ пропорциональна скорости изменения магнитного потока в сердечнике ГВ и зависит от остаточного магнитного -ка фонограммы и параметров магнитной цепи ГВ. Для эффективного замыка-ния магнитного потока фонограммы через сердечник ГВ, а не через рабочий-зазор необходимо, чтобы магнитное сопротивление рабочего зазора ГВ было значительно больше сопротивления сердечника. При заданной ширине рабоче-го зазора это достигается уменьшением его глубины. В современных ГВ и ГУ катушечных магнитофонов глубина достигает 0,15 - 0,25 мм, а в кассетных« - около 0,1 мм.

Уменьшение глубины зазора влечет за собой уменьшение долговечности головки из-за стирания рабочей поверхности головки рабочим слоем магнитной ленты. Однако современные ленты с основой из полиэтилентерефталата и вы-сокой степенью полировки рабочей поверхности позволяют строить лентопро-тяжные механизмы с силой прижима ленты к головке около 4 - 6 Н (400 - 600 г) в катушечных магнитофонах и около 2 Н (200 г) - в кассетных и по-лучать головки до 1000 ч и более.

Чем вызвано увеличение номинального значения магнитного потока короткого замыкания до 320 нВб/м в катушечных магнитофонах и до 250 нВб/м в кассетных?

Поток короткого замыкания фонограммы характеризует количествен» но полезный эффект записи и представляет собой через сер-дечник ГВ с нулевым магнитным сопротивлением. Нормированное значение уровня записи называется номинальным. Нетрудно показать, что уровень за-писи в этих условиях в большой степени зависит от качества магнитной лен-ты. С появлением магнитных лент с улучшенными свойствами и особенно вы« сококоэрцитивных лент записи может быть увеличен. Внедрение но-вых магнитных лент типов А4409-6Б и А4205-ЗБ позволило увеличить номи-нальное значение потока короткого замыкания до 320 нВб/м для скорости 19,05 см/с в катушечных магнитофонах и до 250 нВб/м - для скорости 4,76 см/с в кассетных. Это позволяет разработчикам магнитофонов расширить -мический диапазон записи, уменьшить коэффициент нелинейных искажений и улучшить ряд других параметров магнитофона.

Какие еще требования предъявляются к магнитным лентам?

В современных магнитофонах, когда ширина дорожки записи стала меньше 1 мм, а геометрическая ширина рабочего зазора головки приближает-ся к 1 мкм, для достижения высококачественных показателей должна исполь-зоваться магнитная , позволяющая обеспечить наилучший между рабочим слоем ленты и головкой.

Для обеспечения этого необходима высокая эластичность материала ос-новы ленты. Все вновь разрабатываемые ленты, особенно для кассетных магни-тофонов, изготавливают поэтому с основой из полиэтилентерефталата (торго-вое название « »). Такую основу имеют новые ленты типов А4309-6Б, А4409-6Б, А4205-ЗБ и др.

Другая особенность лент заключается в высокой степени полирования ра-бочего слоя. При хорошо отполированной поверхности рабочего слоя замет-но улучшается контакт между лентой и головкой, уменьшается износ головок, улучшаются запись и воспроизведение верхних частот из-за уменьшения кон-тактных потерь, а также повышается отношение сигнал-шум.

Еще одно специфическое качество - отсутствие дефектов рабочего слоя. Известно, что собственный шум ленты определяется составом, равномерностью и однородностью магнитного материала рабочего слоя. Попадание в рабочий слой посторонних вкраплений или появление в нем микропузырьков приводит к выпадению сигнала и, как , - к потере информации. Это особенно заметно на музыкальных записях.

Что должен показывать индикатор уровня сигнала?

В бытовой аппаратуре магнитной записи звука с помощью встроен-иого индикатора осуществляется постоянный контроль за уровнем сигнала, по-даваемого на запись. Так как большинство магнитофонов имеют универсаль-ный усилитель, индикатор уровня сигнала включают на его выходе. При раз-Дельных усилителях записи и воспроизведения и раздельных головках встроен-ные индикаторы позволяют контролировать как сигнал, подаваемый на запись, так и уже записанный сигнал, осуществляя тем самым контроль сквозного -нала. При этих условиях индикатор должен показывать значения кон-тролируемых сигналов, причем максимально допустимый сигнал должен соот-ветствовать номинальному уровню записи.

Магнитная лента это то, на что делают запись и то с чего эту запись воспроизводят магнитофоны. Бывает разной ширины, толщины и типов.
В катушечных магнитофонах применяется лента от 1/4 дюйма (6,3 мм) до 2 дюймов (50,8 мм) (возможно есть как уже, так и шире).
Если на ленте есть отклонения от ширины, вызванные плохим качеством изготовления, то:
1. Если она уже, то это может сказаться на неровности записываемых дорожек и прониканию каналов.
2. Если она шире – поведение её в лентопротяжном механизме не предсказуемо. Неравномерность прижима к головкам, края ленты могут точить направляющие стойки, запись может воспроизводиться не так, как была сделана. Да и вообще, такая лента может просто застрять в лентопротяге.

В первую очередь, лента должна записывать максимально широкий диапазон частот. Чем выше “передаваемость” частот (особенно на низких скоростях), тем лучше.

Каждая лента “добавляет” в запись собственные шумы, чем их меньше, тем лучше.

Равномерность полива магнитного слоя влияет на стабильность сигнала. Неравномерность полива может вызвать провалы уровня записываемого сигнала.

Если лента деформирована, то это может привести к её неравномерному прилеганию к головкам. Что в свою очередь так же может привести к нестабильности сигнала. Наличие деформации можно определить визуально. Отмотайте немного ленты с начала рулона (в начале лента может быть деформирована из за не аккуратной заправки), за тем сделайте так, чтобы примерно 30 см. ленты свободно свисали, без натяжений. Теперь смотрите на ленту с её “ребра”. Если она не деформирована, то внешне, будет идеально ровная, как струнка. Если всё-таки деформация есть, то внешне она будет как бы гофрированная.

У магнитного слоя должна быть хорошая “отдача” сигнала. На настроенном магнитофоне отдачу можно проверить следующим образом: необходимо установить магнитофон в режим приёма входящего сигнала и подать на него равномерный сигнал 0db какой-нибудь средней частоты (например, с генератора). Настроить регуляторами входящего сигнала уровень так, чтобы показатели индикаторов были в положении “0”, за тем, сделать запись на ленту, а после отмотать и посмотреть, что лента записала, в режиме воспроизведения (если на магнитофоне есть сквозной канал, то можно отследить записанный сигнал во время записи). Если у ленты хорошая “отдача”, то, в режиме воспроизведения записанный сигнал должен быть на уровне “0”. Если записанный сигнал ниже, то лента его занижает. Однако, во время записи это можно компенсировать, подав на ленту более сильный сигнал, но это в свою очередь может привести к повышению шумов и искажению частот. Если записанный уровень вдруг оказался выше “0”, то это, скорее всего из за того, что магнитофон не настроен на данный тип ленты, или вообще не настроен.

Лента может иметь очень высокие показатели по качеству записи, но всё может испортить осыпание магнитного или “защитноого” слоя (ох лента, произведённая в СССР). Если лента “сыпется”, то во время её эксплуатации Вы непременно об этом узнаете. На слух, первые признаки осыпания магнитного слоя, это пропадание высоких, а за тем и всех остальных частот. Визуально – магнитный слой оседает на всём, с чем контактирует. Это и стойки и магнитные головки… Такое явление более ярко выражено у лент русского производства, за тем у лент предназначенных для бытового применения. Осыпание магнитного слоя, может произойти и из за плохого хранения ленты.
Существуют способы, которые временно предотвращают “осыпание” магнитного слоя. Один из способов: разогреть духовку до 100 градусов, выключить нагрев, за тем, поместить туда рулон и оставить его на 12 часов. Есть противоположный способ – замотать рулон во влажную тряпку и поместить на несколько часов в морозилку, за тем, дать рулону высохнуть и отлежаться в комнатных условиях. Экспериментируйте на своё усмотрение (для лент русского производства данные эксперименты, скорее всего, бесполезны).

Ещё бытовые ленты могут скрипеть (свистеть) (вспоминаем Тасму). Один из вариантов происхождения этого скрипа – магнитный слой оседает на элементах ЛПМ вместе с тем, чем был "приклеен" к лавсану и начинает происходить “дребезжание” ленты. Чем тоньше лавсановая основа “свистящей” ленты, тем скрип наиболее вероятен. В некоторых случаях, временно помогает “увлажнение” рулона. Рулон помещается в среду с повышенной влажностью и через некоторое время его можно попробовать воспроизвести (предварительно перемотав). Можно ещё устранить "скрип" протерев ленту в режиме "перемотка" изопропиловым спиртом. Однако, насколько длительным будет "устранение" "скрипа" в данном случае, говорить сложно.

Чем больше толщина ленты, тем сильнее она трёт головы, из за своей грубости. Конечно, на износ головок так же влияет и состав и “гладкость” магнитного слоя.

Стандарты, по которым классифицируется толщина плёнки есть, но эти стандарты не строгие. К примеру, если сравнивать диаметры рулонов ORWO 106 и Свема ПО 4615, то небольшая разница будет, однако, считается, что стандарт толщины у них одинаковый. Толщина ленты измеряется в микронах (или в микрометрах (мкм). 1м = 1000000мкм).
Основные стандарты толщины:

1) 55мкм. (normal). Толщина самых первых типов лент на ацетановой основе (профессиональных и бытовых). Ацетановая основа очень хрупкая и капризная. Её можно “склеивать” элементарным уксусом. Производившиеся в СССР её самые распространённые типы это тип 2 и тип 6. Её эксплуатация показала, что такая лента очень любит рваться (но здесь ещё нужно сделать скидку на качество лентопротягов тех времён), и очень чувствительна к отклонениям условий окружающей среды (влага, температура).
В последствии лента толщиной 55мкм. была только профессиональной, уже на лавсановой основе, но с дополнительным защитным слоем. Так называемый “защитный слой” обычно находится на противоположной стороне, относительно магнитного слоя (редко бывало когда он находился между лавсаном и магнитным слоем. Одна из таких лент это OR WO 103). “Защитный слой” способствует более ровной намотке ленты (что позволяет хранить её на AEG и NAB сердечниках), уменьшает магнитное влияние, друг на друга, слоёв в рулоне. Возможно так же снижает действие статики на магнитный слой и предотвращает деформацию лавсановой основы.
Примеры типов 55мкм.: RMG SM468, Basf LGR 35P; LGR 50, Agfa PEM 468, Ampex 456, OR WO 104; 106, Свема ПО 46 15; НПО 46 20.
Для ориентира: на катушке № 18 при скорости 19,05 см/сек одна сторона звучит примерно 30 – 32 минуты (350 – 380м.).

2) 37 - 35мкм. Толщина самых распространённых бытовых типов. Самые первые типы плёнки, на лавсановой основе, были этой толщины.
Примеры типов 37 - 35мкм.: RMG LPR35, Maxel 35-90, Agfa PE 39, OR WO 114, Свема А 4411-6б; Б-3716, Славич Б-3719, Тасма Б-3711.
Для ориентира: на катушке № 18 при скорости 19,05 см/сек одна сторона звучит примерно 45 – 48 минут (520 – 550м.).

3) 27мкм. (duble play). Эта толщина в основном применима к бытовым типам плёнки. Из за того, что она достаточно тонкая, лавсановая основа более подвержена деформации. Не отрегулированные и не расщитанные (не настроенные) на такую толщину лентопротяги, могут её испортить. Соответственно магнитный слой более ограничен по количеству перезаписей.
Примеры типов 27мкм.: RMG PM975, OR WO 123, Для ориентира: на катушке № 18 при скорости 19,05 см/сек одна сторона звучит примерно 60 – 65 минут (700 – 750м.).

4) 18мкм. (triple play). Редкая толщина, применяемая на катушечных магнитофонах. Производители магнитной ленты, плёнку такой толщины, если и выпускали, то самыми поздними партиями. Существуют разные мнения о её качестве. Очень хорошие отзывы о ленте такой толщины фирмы Uher.
Примеры типов: RMG VM953,
Для ориентира: на катушке № 18 при скорости 19,05 см/сек одна сторона звучит примерно 90 – 100 минут (1000 – 1100м.).

По дополнениям данной темы пишите на: [email protected]

Ленты характеризуются тремя группами показателей: физико-механическими, магнитными и рабочими.

Основными физико-механическими свойствами лент являются: нагрузка, соответствующая текучести материала основы; остаточное относительное удлинение после снятия нагрузки, относительное удлинение при воздействии ударной нагрузки; адгезионная прочность; сабельность и коробление (сабельность определяется степенью отклонения отрезка ленты длиной 1 м, свободно уложенного на плоскую поверхность, от прямой линии, а коробление - степенью деформации поверхности ленты); тепло- и влагостойкость.

Прочностные характеристики магнитной ленты почти целиком определяются ее основой. Лавсановая основа, как правило, обеспечивает требуемые для ленты прочностные характеристики.

Сабельность и коробление - это виды деформации магнитных лент, возникающие из-за неправильной резки, сушки или намотки их в процессе производства, а также нарушений условий хранения. Следствием этих деформаций является плохое прилегание ленты к магнитной головке, что приводит к дефектам при записи и воспроизведении фонограммы.

Ниже приведены основные физико-механические характеристики для магнитной ленты шириной 3,81 мм на лавсановой основе толщиной 12 мкм:

Магнитные свойства лент характеризуются коэрцитивной силой (имеет значение в пределах от 20 до 80 кА/м для различных типов лент); остаточным магнитным потоком насыщения (5-10 нВб); намагниченностью насыщения (90 - 120 кА/м); остаточной намагниченностью насыщения (70 - 100 кА/м); относительной начальной магнитной проницаемостью (1,7 -2,2).

Основные магнитные свойства ленты можно определить по кривым намагничивания рабочего слоя ленты, которые имеют вид петель гистерезиса. На рисунке 4.2 изображены кривые намагничивания, относящиеся к трем различным составам рабочего слоя ленты на основе Fе 2 О 3 , СrО 3 и металлического порошка. Остаточная индукция является самой важной характеристикой магнитного материала ленты. Чем выше этот показатель, тем больше будет максимальный остаточный магнитный поток ленты и, следовательно, больше, при прочих равных условиях, максимально достижимое отношение сигнал/шум.

Характеристика намагничивания показывает, что "металлическая" лента способна обеспечить примерно двукратный выигрыш в уровне записанного сигнала по сравнению с хромдиоксидной и феррооксидной. "Металлические" ленты имеют минимальные искажения и широкий частотный диапазон, но для реализации этих характеристик требуются специальные головки, обеспечивающие создание существенно большей напряженности поля как при записи сигнала, так и при его стирании.

К основным рабочим характеристикам относятся: относительная чувствительность ленты и ее максимальный уровень; отношение сигнал/шум; отношение сигнал/эхо; частотный диапазон; стираемость.

Рис. 4.2. Кривые намагничивания лент с различными составами рабочего слоя: 1 - Fe 2 O 3 ; 2 - СrO 2 ; 3 - Me

Относительная чувствительность ленты - отношение чувствительности испытуемой ленты к чувствительности первичной типовой ленты. Чувствительность ленты характеризуется степенью ее намагниченности, которая определяется как отношение остаточного магнитного потока к низкочастотному полю головки, создаваемому полем записи. Чем выше чувствительность, тем меньшим коэффициентом усиления может обладать усилитель записи.

Первичные типовые ленты - это наиболее оптимальные по свойствам партии магнитных лент, выпускаемые ведущими фирмами -изготовителями. Они являются как бы эталоном, с которыми сравнивают параметры испытуемых лент при их оценке. Типовые ленты и их характеристики установлены МЭК - международной электротехнической комиссией.

Неравномерность чувствительности характеризуется колебаниями чувствительности по длине ленты и зависит в основном от неравномерности толщины рабочего слоя и концентрации в нем магнитного порошка, оседанием на рабочем слое продуктов износа ленты и пыли. В пределах одного рулона магнитной ленты неравномерность чувствительности не должна превышать ± 0,6 дБ.

Отношение сигнал-шум определяется отношением напряжения максимального воспроизводимого сигнала к напряжению шума ленты, намагниченной постоянным полем. У современных лент отношение сигнал/шум составляет 57 - 62 дБ.

Коэффициент третьей гармоники - отношение напряжения третьей гармоники воспроизводимого сигнала частотой 400 Гц к напряжению сигнала на выходе усилителя воспроизведения. Значение этого параметра обычно составляет 0,5 -3 %.