.

Принципы магнитной записи

Принцип действия магнитной звукозаписи чрезвычай­но прост — использование остаточного намагничивания ферромагнитных материалов. Звуковые сигналы подаются на миниатюрный электромагнит — головку записи (ГЗ), мимо которой с постоянной скоростью движется лента, способная к намагничиванию. Ее частицы намагничивают­ся и при движении ленты мимо другой головки — воспроизводящей (ГВ), создают в ней ЭДС переменного тока звуковой сигнал. После усиления он поступает на громкоговоритель. В таком описании упущена одна важная деталь — остаточная намагниченность В(Н) ленты не получается пропорциональной силе магнитного поля записывающей головки (Н). Намагничивание ленты идет по довольно сложной нелинейной кривой, именуемой петлей гистереса магнитного материала. Даже упуская наличие гистериса (расщепления кривой), придется считаться с тем, эта кривая намагниченности имеет резко нелинейный характер. В частности, остаточная намагниченность при малой напряженности магнитного поля близка пулю, что приводит к огромным нелинейным искажениям даже при слабых уровнях записываемого сигнала.

Если записывающая магнитная головка создает синусоидальное во времени магнитное поле, то зависимость намагниченности отдельных «магнитиков» (именуемых именами) ленты от расстояния вдоль ее длины будет не синусоидальной. Здесь присутствуют явно выраженные искажения, напоминающие искажения типа «ступеньки» (при переходе сигнала через 0) и типа отсечки (при большой амплитуде сигнала) в усилителях.
Ясно, что для линеаризации передаточной характери­стики записи надо сместить «рабочую точку» на кривой намагниченности на ее линейный участок. Можно это сделать, используя подмагничивание ленты постоянным магнитным полем — но тогда будет использована только половина кривой намагниченности ленты и ее отдача упадет вдвое. Поскольку эта кривая симметрична, то переход к несимметричному намагничиванию чреват мас­сой нежелательных последствий — достаточно отметить, что будут, не полностью использованы возможности материала, и он будет иметь постоянную намагниченность, возможно постепенное размагничивание ленты или, на­против, намагничивание в поле близко расположенных магнитов и даже в магнитном поле земли.
Был найден весьма остроумный метод — высокочас­тотного подмагничивания. При нем в головку записи подают ток высокой (десятки—сотни кГц) частоты, ампли­туда которого такова, что соответствует средней ординате кривой намагниченности. Сам по себе такой ток создает в записывающей головке переменное магнитное поле, по­степенно спадающее по мере удаления от центра щели и оставляющее магнитный слой ленты размагниченным. Более того, если он был намагничен, то происходит частичное размагничивание магнитного слоя.
Но если наряду с ВЧ-током подмагничивания подать на головку записываемый сигнал, то он нарушает симмет­рию ВЧ-колебаний и вызывает возникновение остаточной намагниченности той или иной полярности, в зависимо­сти от полярности записываемого сигнала. Поскольку ВЧ-сигнал вывел «рабочую точку» на середину каждого участ­ка кривой намагниченности, то зависимость остаточной напряженности от тока НЧ-сигнала в записывающей го­ловке даже при малых токах сигнала записи в ГЗ становит­ся линейной. Конечно, при большой величине НЧ-сигнала наступает насыщение намагниченности и эта кривая приобретает плоский участок. В «среднем» лента  записи размагничена, т. е. постоянной составляющей намагниченности, вредно сказывающейся на шумах  и ее динамическом диапазоне, нет.
Как сделать, чтобы кривая намагниченности ленты при ВЧ-подмагничивании имела как можно более линейныйхарактер и большее значение предельной намагниченности, — это уже дело разработчиков материалов для магнитных лент.
Первое время для размагничивания лент (стирания записи) применяли сильные постоянные магниты. До сих пор стирающие головки в виде маленьких магнитиков, отводимых от ленты при воспроизведении, можно встре­тить в самых простых магнитофонах — скорее, уже в игрушках, чем в промышленных моделях даже невысокого класса. Поскольку для реализации ВЧ-подмагничивания нужен ВЧ-генератор синусоидальных колебаний, то ра­зумно применить его и для питания стирающей головки. Поэтому упомянутый генератор обычно называют генера­тором стирания и подмагничивания. При этом стирающая головка требует заметно больших токов, чем записыва­ющая головка.
Частота генератора тока ВЧ-подмагничивания должна в 4-6 раз превышать верхнюю граничную частоту звуково­го диапазона, т. е. при записи частот до 20 кГц она может доходить до 120-150 кГц. Иногда применяют две синхрон­ные частоты — достаточно низкую для стирания и вдвое большую для подмагничивания. Генератор токов стира­ния и подмагничивания должен иметь синусоидальную форму с минимумом гармоник.
Чтобы разместить на ленте как можно больше звуковой информации, скорость движения ленты приходится уменьшать. Для кассетных магнитофонов стандартной является скорость 4,76 см/с, или 0,0476 м/с, что в 4 раза меньше самой распространенной скорости движения лен ты у катушечных бытовых магнитофонов (19,05 см/с). Эти скорости обеспечивают запись почти всего звукового диапазона только при тщательном изготовлении головок и применении высококачественных лент.
Теперь коротко рассмотрим процессы при воспроизведении магнитной записи. При ней намагниченная лента проходит мимо воспроизводящей головки, которая конструктивно похожа на записывающую - в ряде магнитофонов и впрямь для этого применяют ту же самую головку (она называется универсальной). При воспроизведении приходится сталкиваться с тремя фундаментальными проблемами:
ЭДС, наводимая в головке, определяется скорость изменения магнитного потока и потому оказывает­ся прямо пропорциональной частоте записанного сигнала;     если ширина щели головки приближается по по­рядку величины к длине магнитного участка сигна­ла, то ЭДС стремится к нулю (эти искажения получили название щелевых искажений);     ЭДС головки в области средних частот (порядка 1000 Гц) мала и составляет обычно доли милливоль­та для низкоомных головок и до нескольких милли­вольт для высокоомных (в транзисторных магнито­фонах они применяются редко).
Рост уровня сигнала воспроизво­дящей головки от частоты наблюдается в диапазоне частот от самых нижних до примерно 5—10 кГц. Далее он замед­ляется и даже переходит в спад из-за щелевых искажений. Чем меньше ширина щели воспроизводящей головки, тем при более высоких частотах наблюдаются щелевые иска­жения. Ширина щели воспроизводящих головок для воспроизведения верхних частот звукового диапазона (15— 10кГц) составляет около 1 мкм и меньше. Однако при такой узкой щели падает ЭДС головки в целом, да и резко усложняется ее изготовление. Для получения щели ис­пользуется сверхтонкая фольга из немагнитных материалов- например, из бериллиевой бронзы. А сделать фольгу толщиной порядка микрона непросто.
Таким образом, при изготовлении головок приходит­ся идти на серьезные компромиссы. Для получения сигна­лов стандартного уровня (например, порядка 0,15—0,25 В для входа обычного предварительного усилителя) прихо­дится усиливать сигналы воспроизводящей головки во многие сотни раз. Одновременно с этим для получения неизменного усиления на разных частотах в усилитель воспроизведения вводится специальная RC-цепь низко­частотной коррекции. Она снижает усиление усилителя воспроизведения по мере роста частоты сигнала. Постоян­ная времени коррекции нормирована и зависит от типа примененной ленты. Однако нужно скорректировать еще и щелевые иска­жения воспроизводящей головки. Для этого надо, начиная Б частот 5—10 кГц, обеспечить подъем высоких частот. Эту функцию выполняет коррекция по высоким частотам. Иногда ее делают довольно простой — параллельно вос­производящей головке ставят конденсатор, образующий имеете с индуктивностью головки параллельный колебательный контур. Его резонанс и ведет к подъему высоких частот. Этот метод имеет серьезный недостаток — по мере износа головки ее индуктивность меняется и резонансная частота контура тоже меняется. В итоге точность коррек­ции снижается. Поэтому применяют и иные способы коррекции — например, с помощью обратных частотнозавсимых связей. В наиболее высококачественных магнитофонах коррекцию на высоких частотах разделяют - ее делают как в усилителе записи , так и в усилителе воспроизведения. Это позволяет несколько уменьшить уровень собственных шумов магнитофона, заметных на высоких частотах. Результирующая АЧХ сквозного тракта магнитофона имеет протяженный плоский участок.
Может наблюдаться перекомпенсация ВЧ-коррекции, и тогда на АЧХ наблюдается небольшой подъем В области высоких частот. При недостаточной коррекции будет наблюдаться спад АЧХ на высоких частотах. Обычно стараются обеспечить небольшой подъем на 2—6 дБ, так как по мере стирания головок может появиться спад АЧХ и тех же пределах.
Как головка записи, так и головка воспроизведения обычно экранируются для защиты от внешних магнитных полей. Для головок воспроизведения нередко использует­ся двойное, и даже тройное экранирование. В самих головках используются тонкие пластинки из магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью — высококачественные специальные сорта железа, пермаллой, аморфные магнитные материалы, ферриты и т. д. Некоторые типы таких материалов и покрытие головок сверхтвердыми материалами позволяют создавать головки со сроком службы в сотни тысяч часов (обычные головки служат не более нескольких тысяч часов — довольно абразивная поверхность ленты стирает поверхность головки, что видно даже на глаз).
Новые типы головок на основе аморфных магнитных материалов разработала японская фирма Technics. Эти головки Amorphous-Zобладают уникальным качеством они заметно улучшают воспроизведение записей даже со старых пленок. Головки обладают повышенной отдачей, уменьшают уровень шумов при воспроизведении и даютболее равномерную АЧХ, чем обычные головки. Результатом применения таких головок, имеющих, кстати, довольно необычную конструкцию (применяется магниторезистивный пленочный элемент), является существенное повышение прозрачности звучания. Эти головки применены в  деках фирмы Technics