Энциклопедия по МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ (от А до Я)

МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ способ записи информации путем изменения магнитного состояния носителя и создания в нем распределения намагниченности, соответствующего записываемому сигналу. МЗ изобретена и впервые осуществлена датским инженером Вальдемаром Поульсеном (1869 - 1942 гг.) в 1898г.

Магнитный носитель содержит материал, способный намагничиваться под действием внешнего магнитного поля и сохранять приобретенную намагниченность практически неограниченно долгое время. К таким материалам относятся металлы - железо, кобальт и никель, а также некоторые оксиды металлов и ферриты, например гамма-модификация оксиде железа g -Fе2О3 диоксид хрома СгО2, феррит бария BaFe12O19 (см. магнитные порошки, самопроизвольная намагниченность).

Свойство магнитных материалов намагничиваться и сохранять намагниченность характеризуется качественно одинаковой для них зависимостью намагниченности М от напряженности намагничивающего поля Н, показанной на рис.1. При увеличении напряженности поля, воздействующего на размагниченный материал, намагниченность материала растет по кривой 0 - 1' и при выключении поля не исчезает, а снижается по кривой 1' - 2', приобретая некоторое остаточное значение Мr.

Намагниченность материала может расти только до определенного значения, называемого намагниченностью насыщения, которому соответствует максимальная остаточная намагниченность МR. При циклическом изменении напряженности поля от насыщения в положительном направлении до насыщения в отрицательном направлении намагниченность материала изменяется по кривой 1-2-3-4-1, называемой предельной петлей намагниченности. На петле, наряду с точками МR и - МR, есть также характерные точки Нc и -Нс, представляющие коэрцитивную силу материала, т.е. значение напряженности поля, при котором намагниченность равна 0. Чем больше коэрцитивная сила, тем выше способность материала противостоять размагничивающим полям. Если, например, материал намагничен до максимального значения остаточной намагниченности, то, как это видно из рис. 1, чем больше Нс, тем большее по абсолютной величине поле надо приложить, чтобы его размагнитить.

В процессе магнитной записи (рис. 2) носитель транспортируется с постоянной скоростью относительно магнитной головки записи, которая представляет собой кольцевой электромагнит с зазором шириной 0,1 ё 10 мкм.

При включении тока в обмотку головки в области зазора возникает магнитное поле рассеяния; оно выходит за пределы зазора и намагничивает движущийся через него носитель. Зависимость остаточной намагниченности носителя Мr от напряженности поля записи Н нелинейна, как это следует из рис.1. Однако, если в головку записи, наряду с током записываемого сигнала подавать дополнительный высокочастотный ток (см. высокочастотное подмагничивание), ее можно сделать практически линейной до значений

Где HS - напряженность поля, при которой происходит магнитное насыщение носителя. Линеаризировать зависимость М(Н) необходимо при аналоговой записи звука. При цифровой записи звука, а также при аналоговой и цифровой магнитной видеозаписи эту зависимость не линеаризируют.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) процесса записи - зависимость остаточного магнитного потока носителя от частоты - равномерная со спадом на высоких частотах. Спад обусловлен так называемым размагничиванием в процессе записи (частичное размагничивание сигналов с малой длиной волны записи происходит из-за быстрого изменения направления тока записи: намагниченные участки носителя не успевают полностью выйти из области поля рассеяния головки), а также действием вихревых токов в сердечнике головки, вызывающих потери энергии сигнала, возрастающие с ростом частоты.

В процессе воспроизведения магнитной записи (рис.3) на воспроизводящую магнитную головку, имеющую аналогичное устройство с головкой записи, воздействует магнитный поток Ф, выходящий из намагниченных участков движущегося носителя. Сердечник головки воспроизведения, как и головки записи, изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью. Поэтому, когда головка находится в контакте с носителем, выходящий из него магнитный поток замыкается через сердечник, пронизывая находящуюся на нем обмотку. При движении носителя магнитный поток в сердечнике изменяется во времени так же, как и остаточный магнитный поток вдоль носителя. При этом в обмотке наводится ЭДС индукции, которая и представляет собой выходной сигнал головки.

АЧХ процесса воспроизведения - зависимость выходного сигнала головки от частоты - неравномерная с подъемом в области средних частот и спадом в области высоких частот (рис.4). Подъем обусловлен явлением электромагнитной индукции, на котором основано действие большинства магнитных головок воспроизведения; спад - влиянием потерь в зазоре, пространственных потерь и вихревых токов в сердечнике головки.

В процессе стирания записи движущийся носитель проходит через переменное магнитное поле зазора стирающей головки. Последняя в принципе отличается от головки записи только большей шириной зазора, обычно равной 100 - 200 мкм. Если в процессе записи задача состоит в том, чтобы каждый элемент носителя довести до определенной намагниченности, например, до значения М 3 потокопереходам/мм или 6 · 10 3 бит/мм. Поверхностная плотность МЗ ограничена из-за ее относительно низкой поперечной плотности. Максимально достигнутая в настоящее время поперечная плотность МЗ равна 100 дорожек/мм. МЗ имеет также наиболее высокую из всех известных способов объемную плотность записи, которая достигает 60 Мбит/мм 3 .

МЗ характеризуется технологичностью и универсальностью: простотой проведения процессов записи, воспроизведения и стирания; возможностью записи информации как в аналоговой, так и в цифровой форме; возможностью многократного использования носителя без какой-либо его обработки. МЗ происходит практически мгновенно, а интервал времени между включением сигнала на вход головки записи и его откликом на выходе головки воспроизведения определяется только конструктивными параметрами системы МЗ (скоростью носителя и расстоянием между зазором головок записи и воспроизведения). МАГНИТНАЯ ЛЕНТА магнитный носитель в форме ленты (см. классификация магнитных носителей, магнитные ленты для компакт-кассет). МАГНИТНЫЕ ЛЕНТЫ ДЛЯ КОМПАКТ-КАССЕТ Ширина таких лент З,81 - 0,05 мм; толщина зависит от длительности записи-воспроизведения, на которую рассчитана компакт-кассета, и составляет 18, 12 или 9 мкм соответственно для компакт-кассет в международных обозначениях С-60, С-30 и С-120.

Ленты с модифицированными магнитными порошками гамма-оксида железа и диоксида хрома

Требования, предъявляемые к электроакустическим характеристикам компакт-кассет, а также применение в них очень тонких лент, способствовали разработкам новых магнитных носителей, специально предназначенных для кассетной звукозаписи. К 1966 г. были разработаны так называемые малошумные магнитные ленты (LN) и малошумные магнитные ленты с высоким выходным уровнем записи (LH). В них применялся малошумный магнитный порошок оксида железа ( g -Fe203) и усовершенствованный малошумный порошок оксида железа с плотной упаковкой частиц в рабочем слое. На указанных лентах уже можно было получать стереофонические кассетные записи приемлемого качества.

Следующий этап развития компакт-кассет связан с появлением около 1970 г. нового магнитного порошка - диоксида хрома (СrO2). Ленты с ним имеют более высокие коэрцитивную силу (450 Э) и максимальную остаточную индукцию (до 1400 Гс), чем ленты LN и LH (соответствующие магнитные параметры последних - 320 Э и 1150 Гс). Частицы порошка диоксида хрома характеризуются высокой однородностью структуры и хорошей способностью к ориентированию в рабочем слое ленты, что наряду с высокими магнитными свойствами позволило значительно улучшить максимальный рабочий уровень лент как на низких, так и на высоких частотах (см.измерение электроакустических характеристик магнитных лент). По модуляционным шумам ленты с диоксидом хрома также превосходят ленты с магнитными порошками но базе оксида железа.

Обеспечиваемое диоксидом хрома улучшение максимального рабочего уровня на высоких частотах оказалось настолько значительным, что стало возможным уменьшить глубину коррекции в канале воспроизведении, т.е. постоянную времени коррекции АЧХ уровня записи, со 120 мкс до 70 мкс и получить в результате выигрыш в динамическом диапазоне на 3 - 4 дБ. Из-за более высокой коэрцитивной силы ток оптимального высокочастотного подмагничивания (ВЧП) для лент с диоксидом хрома в зависимости от ширины зазора головки записи на 3 - 5 дБ выше, чем для лент с оксидом железа.

В большинстве современных кассетных магнитофонов возможно переключение режима работы для лент с диоксидом хрома, т.е. увеличение тока ВЧП и уменьшение глубины коррекции АЧХ уровня записи со 120 до 70 мкс. Такое переключение может быть автоматическим с помощью нормированного гнезда на задней стенке компакт-кассет, заряженных лентой с диоксидом хрома, расположенного рядом с предохранительным упором для предотвращения случайного стирания записи (см. рис. 3 к статье компакт-кассета).

С применением диоксида хрома кассетная запись впервые смогла удовлетворить тем же требованиям, что и к высококачественной звукозаписи на катушечных магнитофонах.

Высокие свойства диоксида хрома стимулировали дальнейшее развитие порошков оксида железа. Возникло новое поколение лент с оксидом железа, так называемые высокоплотные ленты, в которых - применены порошки оксида железа с большой однородностью и весьма малым размером частиц. Эти порошки характеризуются еще более плотной упаковкой частиц в рабочем слое, чем порошки в лентах LN и LH. Магнитные свойства высокоплотных лент: коэрцитивная сила - 300 Э, максимальная остаточная индукция - 1600Гс и максимальный удельный магнитный поток - около 630 мМкс/см (см. также уровень записи).

Достоинства нового поколения лент с оксидом железа - низкий уровень шума паузы; улучшенный приблизительно на 3 дБ по сравнению с лентами LN, LH и СгО2 максимальный рабочий уровень на средних частотах; сниженные в 2 -3 раза по сравнению с лентами СгО2 нелинейные искажения при номинальном уровне записи - позволили получить у них примерно такое же качество воспроизведения, как у лент с диоксидом хрома. Имеется в виду, что последние сохранили свои преимущества по таким характеристикам, как максимальный рабочий уровень на высоких частотах и уровень модуляционного шума.

Ленты с двумя рабочими слоями

Замысел, положенный в основу создания лент с двумя рабочими слоями, состоит в том, чтобы получить ленту, имеющую в области низких и средних частот максимальный рабочий уровень (при К3 = 5%) высокоплотной ленты, а в области высоких частот - максимальный рабочий уровень ленты с диоксидом хрома.

При записи и воспроизведении низких и средних частот используется вся толщина рабочего слоя, а при записи и воспроизведении высоких частот - только его часть, прилегающая к поверхности ленты. Отсюда возникло предложение применить в ленте два рабочих слоя: нижний толщиной 4 -5 мкм с магнитным порошком, как у высокоплотных лент, и верхний толщиной 1 - 2 мкм с порошком диоксида хрома.

Ленты с двумя слоями получили наименование FeCr. Они применяются в компакт-кассетах 2x30 и 2x45 и совмещают в себе достоинства высокоплотных лент и лент с диоксидом хрома. Их максимальная остаточная индукция -1600 Гс, постоянная времени коррекции АЧХ уровня записи -70 мкс.

Ток оптимального ВЧП лент FeCr имеет среднее значение между током оптимального ВЧП лент с оксидом железа и с диоксидом хрома. Однако, если в магнитофоне нет переключения тока ВЧП для лент FeCr или переключатель тока ВЧП вообще не предусмотрен, то данные ленты можно применять в обычном режиме ВЧП для лент с оксидом железа. Происходящее при этом некоторое подчеркивание записи высоких частот компенсирует часто встречающуюся на практике нехватку высокочастотных составляющих в записываемом сигнале.

Кроме лент FeCr известны и другие с двумя рабочими слоями. Например, ленты со слоем на основе порошка оксида железа, толщиной 4

5 мкм, поверх которого нанесен сплошной металлический слой толщиной 0,2 мкм.

Ленты с металлическим магнитным порошком

Дальнейшее развитие лент для компакт-кассет связано с применением металлических магнитных порошков. Такие ленты иногда условно называют лентами с порошком чистого металла (Metal), желая подчеркнуть отличие от лент с оксидными магнитными порошками.

Ленты с металлическими порошками имеют коэрцитивную силу 1000 Э и максимальную остаточную индукцию 3000 Гс и дают выигрыш в максимальном рабочем уровне на высоких частотах на 7 - 10 дБ по сравнению с лентами с диоксидом хрома.

Высокое значение коэрцитивной силы требует большой напряженности поля ВЧП. Поэтому ток оптимального ВЧП для лент с мeталлическим порошком приблизительно на 6 дБ выше, чем для лент с диоксидом хрома, т.е. генератор высокой частоты магнитофона должен обладать большой мощностью. По этой же причине в магнитофонах, работающих с металлопорошковыми лентами, вместо ферритовых магнитных головок применяют головки из материала с более высокой индукцией насыщения, чем у ферритов, например из сплава 10 СЮ-ВИ (сплав системы Fe-Al-Si; сендаст).

Постоянная времени коррекции АЧХ уровня записи для лент с металлическим магнитным порошком сохранена на уровне 70+3180 мкс, что обеспечивает некоторый запас усиления на высоких частотах (см. также типы магнитных лент для компакт-кассет). МАГНИТНЫЕ ПОРОШКИ активные материалы рабочего слоя носителей магнитной записи. Основные разновидности МП приведены в таблице.