6. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ МАГНИТНОЙ ФОНОГРАММЫ

В результате записи образуется фонограмма с остаточным магнитным потоком, составляющим 7—10 мВб. При передвижении магнитной ленты перед головкой воспроизведения часть, остаточного магнитного потока Ф_r фонограммы замыкается через сердечник головки, в результате чего в обмотке появляется ЭДС, пропорциональная сигналу , (п — число витков в обмотке). При равномерной намагниченности рабочего слоя ленты по толщине и намагниченности в продольном направлении, изменяющейся по гармоническому закону (9.8), внутренний поток фонограммы

Ф_r = μ₀J_rxbd = Ф_г0 sin x,                                                    (9.9)

где Ь — ширина дорожки записи, м; d — толщина рабочего слоя ленты, м; Ф_r = μ₀J_rxbd — максимальное амплитудное значение магнитного потока, Вб.

Если предположить, что воспроизведение выполняют бесконечно тонким витком немагнитной проволоки (п = 1), то при скорости движения ленты v = x/t

                               (9.10)

где E₀ = 2πФ_гo.

При вышеуказанных идеализированных условиях идеальная характеристика ЭДС головки воспроизведения изображается прямой с крутизной 6 дБ на октаву (рис. 134). В реальных условиях эта характеристика значительно отличается от идеальной. На высоких частотах существуют потери, приводящие к спаду характеристики Ф_r (кривая 1) и ЭДС

 

 

(кривая 2), а при воспроизведении длинных волн наблюдается характерная волнистость.

Потери на высоких частотах можно учесть с помощью коэффициента передачи

                                                           (9-l1)

Спад магнитного потока, замыкающегося через головку, вызывается частотными и волновыми потерями. Частотные потери k₀ определяются расходом энергии на вихревые токи и перемагничивание в сердечнике воспроизводящей головки; который увеличивается с увеличением частоты. У современных воспроизводящих головок с сердечниками, выполненными из тонких пластин пермаллоя или феррита, частотные потери не превышают 1—2 дБ (k_o ⁼ 0,8...0,9). С увеличением частоты сигнала уменьшается длина волны записи λ = vf и возникают волновые потери воспроизведения. Потери, зависящие от длины волны λ в выражении (9.11), учитываются коэффициентами k_a, k_d, k_δ, k_γ, определяемыми неконтактом ленты и головки (k_a), конечной толщиной рабочего слоя (k_d) и рабочего зазора головки воспроизведения (k_δ), перекосом головок записи и воспроизведения (k_γ). Для определения волновых потерь воспроизведения необходимо учесть поле головки воспроизведения.

Поскольку магнитный поток мал, процесс воспроизведения происходит в слабых магнитных полях и его можно считать линейным. Для его анализа можно применить методы теории линейных цепей и, в частности, интегралы Фурье и Дюамеля.

Если намагниченность ленты в продольном направлении (вдоль координаты х) равна J_r(x), то поток, пересекающий обмотку воспроизведения,

                                 (9.12;

где а — расстояние между головкой и магнитной лентой; d —толщина рабочего слоя ленты.

В этом выражении, представляющем собой аналог интеграла Дюамеля, функция Н_х(х, у) представляет собой импульсную реакцию тракта воспроизведения в виде единичной δ-функции. Физический смысл этой функции состоит в том, что она связывает между собой поток в сердечнике головки с намагниченностью ленты. Выражение Н_х(х, у) для идеализированной головки с бесконечной проницаемостью описывается выражением (9.6). Будем считать, что в процессе записи образуется фонограмма с намагниченностью, изменяющейся по закону (9.8). Подставив в формулу (9.9) выражения (9.6) и (9.8) и выполнив требуемые преобразования [27], получим

                 (9.13,

Контактные потери. При воспроизведении между лентой и головкой всегда имеется зазор а, величина которого зависит от качества обработки соприкасающихся рабочих поверхностей ленты и головки. Наличие зазора приводит к уменьшению полезного магнитного потока в головке воспроизведения и вследствие этого к появлению потерь, учитываемых коэффициентом контактных потерь,

.                                                                             (9.14)

График зависимости k_a от отношения a/λ изображен на рис. 135, а. Величину контактных потерь, дБ, можно определить из выражения

                                                                  (9.15)

Для снижения контактных потерь рабочие поверхности головки и магнитной ленты тщательно полируют. Однако вследствие неизбежной шероховатости поверхностей между ними имеется зазор 1—3 мкм. Если принять, что а = 2 мкм, то при длине записи λ = 19 мкм (например, при частоте сигнала f= 10 000 Гц и скорости магнитной ленты v = 19 см/с) контактные потери равны 5,7 дБ.

Слойные потери. Критическая зона записи при оптимальном токе подмагничивания может глубоко проникать в рабочий слой (см. рис. 131). Вследствие этого намагниченные слои находятся на разных расстояниях от поверхности головки и при воспроизведении появляются волновые потери, аналогичные потерям из-за неконтакта. Потери для всего рабочего слоя (суммарные потери) учитываются коэффициентом

                                                                      (9.16)

где d — глубина намагничивания рабочего слоя.

График зависимости k_d от отношения d/λ приведен на рис. 135, б. Слойные потери, дБ, можно определить из выражения

                                                      (9.17)

Слойные потери меньше при использовании магнитных лент с более тонкими слоями и при уменьшении тока подмагничивания (уменьшается глубина проникновения критической зоны в рабочий слой, т. е. уменьшается d). Однако этот путь снижения слойных потерь обычно не используется из-за уменьшения отдачи ленты на низких и средних частотах сигнала. Рассчитать слойные потери сложно, так как трудно определить глубину намагничивания d. Для d = 9 мкм, соответствующего эффективной глубине проникновения  критической зоны, слойные потери равны 8 дБ.

 

 

Щелевые потери можно учесть с помощью коэффициента щелевых потерь

.

Зависимость k_δ от отношения 2δ/λ носит периодический характер (рис. 135, в), причем первый нуль (ЭДС воспроизведения равна нулю) появляется в том случае, когда длина волны записи укладывается в ширине рабочего зазора λ₀ = 2δ. Щелевые потери снижаются при уменьшении ширины рабочего зазора 2δ и при увеличении скорости движения ленты v.

Обычно головку воспроизведения при рабочей скорости движения ленты выбирают таким образом, чтобы щелевые потери на верхней рабочей частоте не превышали 4—5 дБ. При снижении скорости щелевые потери возрастают. При ширине рабочего зазора головки воспроизведения 2δ = 10 мкм, скорости v = 19 см/с для верхней рабочей частоты сигнала f = = 10 000 Гц щелевые потери равны 4,5 дБ.

Влияние непараллельности зазоров. Зазоры записывающей и воспроизводящей головок должны быть взаимно параллельны и перпендикулярны направлению движения магнитной ленты. Непараллельность зазоров при воспроизведении приводит к появлению волновых потерь, аналогичных щелевым. При перекосе между зазорами записывающей и воспроизводящей головок (рис. 136, а) потери можно учесть коэффициентом угловых потерь

,                                                                            (9.18)

где b — ширина дорожки записи; γ — угол между зазорами головок.

Влияние конечных размеров головки. Характеристика ЭДС в области длинных волн (см. рис. 134) определяется влиянием конечных размеров головки. Поток рассеивания, проходящий через сердечник головки, изменяется в том случае, если длина волны записанного сигнала имеет величину порядка ширины рабочей поверхности головки. Величина магнитного потока через головку Ф зависит в основном от распределения внешнего потока по длине l (рис. 136, б)

                                    (9.19)

 

 

Амплитуда колебания уменьшается с уменьшением отношения λ/l.

Влияние головки можно, значительно снизить, если у головок с торроидальным. сердечником рабочую поверхность выполнить с большим радиусом закругления, а у головок с прямоугольным сердечником угол, под которым пересекаются линии, совпадающие с направлением рабочих поверхностей полюсных наконечников выбрать большим 90°.