Полезно знать Звук Принципы магнитофона и магнитной ленты

Принципы магнитофона и магнитной ленты

Фонограф оставил глубокий след в истории звукозаписи не только потому, что был первым. Граммофон появился всего через десять лет и очень быстро распространился по всей земле. Он уже успел завоевать заслуженную популярность среди любителей музыки, но многие - ученые, писатели, музыканты продолжали пользоваться фонографом. Как вы думаете, почему? Ответ может быть только один. Несмотря на всю свою примитивность, фонограф давал возможность не только слушать (проигрывать) чужие записи, но и позволял делать собственные. Именно эту способность фонографа использовали Лев Толстой, Леся Украинка, и Миклухо-Маклай.


Техника грамзаписи и в наши дни остается достаточно сложной. Граммофонные пластинки могут производить только специализированные предприятия - заводы и студии. Магнитная запись звука развивалась не так стремительно, как механическая. Причиной тому был ряд особенностей, как записи, так и воспроизведения.

Ознакомимся вкратце с принципом действия первого магнитофона сконструированного в конце прошлого века (1898г.) датским физиком Вольдемаром Паульсеном. Тонкий стальной провод (рис. 1) перематывается пружинным приводом с бобины 1 на бобину 6 с определенной скоростью. Он проходит мимо сердечника 3 и 5 двух небольших электромагнитов. На обмотку 2 первого электромагнита поступают электрические сигналы от микрофона и усилителя (на схеме не показаны). Магнитное поле меняется в амплитуде и частоте в такт звука. В стальной проволоке возникает так называемая остаточная намагниченность - такой этап намагничивания, который испытывает проволока после прохождения мимо записывающего электромагнита. Различные участки провода будут по-разному намагниченные. Магнитное состояние проволоки с записанным звуковым сигналом можно рассматривать как набор большого количества крошечных элементарных магнитиков, размеры и ориентация которых зависят от того, какой частоте и амплитуды записанные звуки. Происходит преобразование звуковых сигналов в различной степени намагниченности звуконосителей, т.е. магнитная звукозапись.

 

 

Рис.1. Принцип действия первых магнитофонов.


Когда провод перемотать назад и снова заставить ее двигаться мимо сердечника электромагнитов, то в обмотках 2 и 4 возникать переменные электродвижущие силы индукции, меняясь в такт записанного звука. Чтобы услышать записанный звук, надо электрические сигналы, которые выделяются в обмотках, усилить и подать на телефон или

громкоговоритель. Если выводы обмотки 4 второго электромагнита соединить с усилителем, то записываемый звук можно слышать уже в процессе записи - он только немного отстает от времени записываемого, поскольку для прохождения проволочки от первого электромагнита до второго требуется некоторое время.

Оба электромагниты получили название магнитных головок - соответственно: записывающей и воспроизводящей. Поскольку при проигрывании электрические сигналы одинаковой степени возникают в обеих головках то можно обойтись и одной головкой. При записи на нее подают электрические сигналы с выхода усилителя, тогда как во время воспроизведения ее соединяют с входом усилителя. Такое общие для записи и воспроизведения головку называют универсальной. Магнитофон Паульсена был очень несовершенным. Качество его звучания оказалась значительно хуже, чем тогдашних граммофонов и даже фонографов. Потребовались десятилетия упорных поисков, прежде чем магнитофон надежно встал на ноги, завоевал место в обществе. И здесь нет ничего удивительного. Если фонограф мог записывать и воспроизводить звук механическим способом, без электрических усилителей, то при магнитной записи такое невозможно.

Для перемагничивания звуконосителей требуется магнитное поле значительной величины. Чтобы его создать, необходимые электромагниты с десятками ампервитков! А при воспроизведении амплитуда приведенного электрического сигнала составляет всего несколько милливольт. Следовательно, ни один магнитофон не может работать без усилителей записи и воспроизведения, высокоэффективных головок и звуконосителей. Ничего этого в конце века не было. Усилители на электронных лампах пришли в радиотехнике только в годы первой мировой войны.

И поиски ученых продолжались. Стальной провод имел много недостатков. Он создавал немало шума при перемотке и мог удовлетворительно работать на больших скоростях, что ограничивало продолжительность записи и увеличивало износ головок. В середине двадцатых годов Крейчман (1925 год, СССР) и Пфлеймер (1928 год, Германия) предложили наносить тонкий слой ферромагнитного материала на гибкую основу. Некоторое время такой основой была бумага, однако, его низкие физико-механические свойства невозможны при практическом использовании такой ленты.

Только в 1932 году появились первые магнитные ленты на той же основе, что и кинолента. А через два года немецкая фирма АЭГ изготовила первый магнитофон. Прошел еще год, и головки стержневой конструкции (такие, как на рис. 1) заменили кольцевыми. Эти головки применяются во всех магнитофонах и в наше время.

Современные магнитофоны используют магнитную ленту на которой рабочий слой (толщина его несколько микрон) нанесена триацетатного или лавсановую пластмассовую основу. Лента имеет ширину 6-25мм для катушечных магнитофонов и 3,83мм для кассетных. Толщина ленты может быть разная: 55, 37, 27 и 18 микрон. В зависимости от толщины на катушках заданного диаметра вмещается лента различной длины. Например, катушки № 15 (диаметром 150мм), Рассчитанные на 250м ленты на 55 микрон, помещают 375м ленты на 37 микрон или 500м ленты на 27 микрон. В кассетных магнитофонах применяют ленты на 18 микрон.

 

Рис.2. Элементарная область магнитной ленты без записи (а) и с записью (б).

В нашей стране различные магнитные ленты помечались специальным кодом из букв и цифр. Например, А4407-6Б расшифровывается так: А - лента для звукозаписи, 4 - тип основания (лавсан), 4 - округленное значение толщины (37мкм), 07 - цифра, характеризующая электроакустические свойства ленты, 6 - ширина (6,25мм округленно), Б - бытовая. Рабочий магнитный слой современных лент образованный из чрезвычайно малых кристалликов так называемого гамма-окиси железа. (Это не что иное, как специально обработанная известная всем ржавчина). Эти кристаллики имеют форму маленьких иголочек, длина которых не превышает нескольких десятых микрона, а толщина - нескольких сотых. Каждый кристаллик-пылинка представляет собой как бы миниатюрные магнитики что южный и северный полюс. Если бы посмотреть на эти кристаллики через микроскоп, то на размагничены ленте (где нет никакой записи) мы увидели бы хаотично разбросаны магнитики (рис. 2, а), а на участке с записью (рис. 2, б) они выстроились бы четкими рядами. Но чтобы увидеть такое, нам пришлось! воспользоваться микроскопом с пяти-, восьмитысячном увеличения. Конечно, магнитики-пылинки не имеют никаких стрелочек с окрашенными в разный цвет полюсами. Мы увидели бы очень плотно, расположены друг возле друга маленькие кристаллики светло-коричневого цвета. Этот цвет характерен для многих магнитных лент.

Применение приобретали ленты, окрашенные в блестящий черный или черный со стальным оттенком цвет. Может, здесь в рабочем слое использовано нечто иное, а не гамма-окись железа? Нет, цвет таких лент определяет не рабочий, а так называемый защитный слой. Дело в том, что для улучшения электрических свойств ленты, в частности ее электропроводной ленту покрывают электропроводным угольным слоем, который и называют защитным. Этот слой наносят на основу ленты с удаленного рабочего слоя стороны. На некоторых типах лент защитный слой изготовлен не из угольной пыли, а из окиси титана. Этот слой прозрачен и лента имеет традиционно коричневую окраску. Защитный слой имеют ленты на 37 микрон и тоньше. В лентах на 55 микрон такого слоя нет. Поэтому при перемотке они электризуются, и слышится характерное потрескивание.

Качество работы магнитной ленты оценивается такими параметрами, как рабочий диапазон частот, динамический диапазон записи, уровень нелинейных искажений и т.п. Эти величины в значительной мере зависят также от режима работы самого магнитофона, в частности его записывающей и воспроизводящей головки.

Магнитную ленту можно использовать в течение длительного времени и делать новые записи, стирая (размагничивая) предыдущие. Для удаления старой записи ленту перемагничивают переменным магнитным полем высокой частоты, которое создается специальным высокочастотным (50-100 кГц) генератором в так называемых стирающих головках. Чтобы лента протягивалась равномерно, она прижимается окованным прижимным роликом к ведущей оси, вращающейся с определенной скоростью. Рабочая щель современных головок очень узкая составляет 3-5 микрон, поэтому очень важное значение имеет качество прижимания ленты к поверхности головки. Прижимают ленту к головке кусочками фетра или поролона.

 

Рис.3. Схема протягивания ленты в последних современных магнитофонах:

1,9 - падающая и принимающая катушка; 3 - стирающая головка; 2, 4, 8 - направляющие стойки;

5 - универсальная головка; 6 - ведущая ось; 7 - прижимающий ролик.

Теперь можем изобразить схему лентопротяжек в современных магнитофонах (рис. 3). Лента приводится в движение ведущей осью 6 и прижимным роликом 7 и перематывается при записи или воспроизведении с падающей катушки 1 па приемную 9. Положения ленты по высоте поддерживается направляющими стойками 2, 4, 8. При записи на универсальную головки 5 поступает электрический сигнал от усилителя записи, а она стирает головку 3 - высокочастотное напряжение от генератора стирания. Это же напряжение, но меньшей амплитуды, поступает также в универсальную головку, где она осуществляет так называемое подмагничивания, цель которого повысить скорость записи. Соотношения токов подмагничивания и записываемого сигнала подбирают при налаживании каждого магнитофона.

При воспроизведении стирающая головка выключена, а с универсальной головки сигнал поступает на усилитель воспроизведения, имеет ряд специфических особенностей. Магнитофон и в наше время является достаточно сложным радиотехническим устройством. Он требует бережного и бережного отношения к себе, регулярной чистки и смазки всех движущихся узлов, промывка спиртом (или одеколоном) поверхности головок. Только при неукоснительном выполнении этих несложных требований магнитофон работает долго, надежно и качественно.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Форма обратной связи

...