7. ИСКАЖЕНИЯ ПРИ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ — ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ

Если известна волновая характеристика, то для каждой из скоростей движения ленты (учитывая, что f = v/λ) можно вычислить зависимость коэффициента передачи от частоты, или частотную характеристику.

 

 

На рис. 137, а изображена частотная характеристика магнитного звена записи, на которой в области высоких частот отмечен вклад каждого из факторов, вызывающих потери. На рис. 137, б дана результирующая характеристика канала магнитной записи — воспроизведения. Обе характеристики соответствуют скорости движения ленты 19 см/с и данным вышеприведенных примеров. С уменьшением скорости уменьшается длина волны записи λ и растут волновые потери при записи — воспроизведении, причем скорость роста потерь при записи больше. Чем выше скорость движения ленты, тем меньше волновые потери и частотная характеристика имеет меньший спад в области высоких частот [8].

Обычно стремятся к тому, чтобы хорошая передача звуковых сигналов в рабочей полосе частот осуществлялась при меньшей скорости движения ленты. Стремятся снижать все волновые потери. Однако, как правило, неравномерность частотной характеристики канала записи-воспроизведения остается достаточно большой и для приведения ее к требуемому значению необходимо применять коррекцию частотных искажений.

Результирующая частотная характеристика тракта магнитной записи — воспроизведения показана на рис. 138. Для получения идеальной формы (кривая 2) усилители канала должны иметь корректирующую характеристику 3. Если коррекцию проводить только в усилителе воспроизведения, то на его выходе увеличивается уровень шума, создаваемого усилителем записи и магнитной лентой. Если коррекцию проводить в канале записи, то на высоких частотах в головке записи увеличивается ток и возможны нелинейные искажения. Обычно коррекцию осуществляют и в усилителе записи, и в усилителе воспроизведения.

 

 

Структурная схема канала магнитной записи-воспроизведения и частотные характеристики отдельных звеньев канала показаны на рис. 139. Требуемая частотная характеристика канала магнитной записи—воспроизведения (рис. 139, ж) частично формируется в усилителе записи УЗ (частотные предыскажения), а частично — в усилителе воспроизведения УВ (частотная коррекция). Следует отметить, что волновые потери записи и слойные потери воспроизведения, составляющие основную долю потерь, которые необходимо скомпенсировать, определить раздельно с достаточной точностью невозможно. Поэтому при конструировании магнитофонов для выбранных параметров и режимов записи экспериментальным путем определяют частотную характеристику сквозного тракта магнитной записи — воспроизведения (см. рис. 137, б).

Каналы воспроизведения для получения стандартной формы частотной характеристики настраивают с помощью измерительных лент ЛИМ.1.Ч (для монофонических магнитофонов) или ЛИМ.2.Ч (для стереофонических). При коротком замыкании этой ленты на сердечник воспроизводящей головки магнитный поток, переходящий с ленты на сердечник, изменяется с частотой так, как изменяется полное сопротивление условной электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных параллельной цепочки с постоянной времени   τ₁ = R_iC₁ и последовательной цепочки с постоянной времени τ₂ = R₂C₂ (см. табл. 19). При воспроизведении этой фонограммы частотная характеристика канала воспроизведения корректируется таким образом, чтобы на выходе магнитофона уровень сигнала оставался постоянным. Затем на магнитофоне устанавливают типовую ленту и записывают гармонические сигналы ряда частот с последующим воспроизведением. При этом так корректируют канал записи, чтобы обеспечить равномерную частотную характеристику тракта магнитной записи — воспроизведения (в пределах заданных допусков) [10].

Шумы и помехи в тракте магнитной записи — воспроизведения. При прохождении сигналов по тракту магнитной записи—воспроизведения на них воздействуют шумы и помехи.

Шцмы тракта записи делятся на структурные и контактные. Структурный шум возникает из-за того, что в каждой единице объема рабочего слоя ленты содержится неодинаковое количество ферромагнитных частиц. При воздействии на ленту полем, вследствие намагничивания в единицу времени разного количества частиц, результирующая намагниченность в продольном направлении хаотически меняется, вызывая при воспроизведении появление ЭДС шума. Уровень шума увеличивается пропорционально намагниченности ленты и при намагниченности, близкой к насыщению, составляет от —26 до —30 дБ (уровень шума размагниченной ленты составляет от —67 до —55 дБ).

Для снижения структурного шума ленты следует избегать намагничивания ее постоянным полем, которое может возникнуть из-за асимметрии стирающего поля или поля ВЧП, а также из-за намагничивания ленты металлическими элементами лентопротяжного механизма. Структурный шум записи является модуляционным. Его уровень повышается с увеличением записываемого сигнала. Вследствие этого звук маскирует шум и отношение сигнал/шум изменяется мало.

Контактный шум появляется при записи вследствие хаотического нарушения контакта головки записи с поверхностью ленты, вызванного шероховатостью рабочих поверхностей. Так как суммарная намагниченность рабочего слоя зависит от глубины проникновения критической зоны записи, неконтакт вызывает изменение намагниченности и, следовательно, появление шумов. Когда критическая зона заполняет весь рабочий слой, неконтакт приводит лишь к частичному изменению конфигурации критической зоны записи, изменение намагниченности при этом минимальное и минимальный уровень шума. Для достижения минимума контактного шума критическую зону записи «углубляют» в рабочий слой ленты, устанавливая ток подмагничивания на 20—30% больше оптимального значения.

Шум тракта записи определяется не только характеристиками магнитной ленты, но и режимом записи. Шумом намагниченной ленты является шум ленты, средняя намагниченность которой по длине остается постоянной. Шум намагниченной ленты зависит от тока ВЧП. Минимуму шума соответствует ток подмагничивания I_вчп ≈ 1,2I_{опт вчп}. Шум намагниченной ленты в этом режиме записи минимальный. Для различных типов лент относительный уровень этого шума колеблется от —35 до —47 дБ.

Шумом паузы называют шум размагниченной ленты, подвергнутой высокочастотному подмагничиванию в отсутствии сигнала. Шум паузы прослушивается в перерыве между сигналами, оказывая сильное мешающее действие. В звукозаписи сведения об уровне этого шума представляют наибольший интерес. Относительный уровень шума паузы для различных лент составляет от —50 до —62 дБ. Шумы, прослушиваемые в паузе фонограммы, состоят из шумов, возникающих из-за недостаточно хорошего стирания ленты и шумов записи. Для их снижения следует создавать достаточно большое и плавно спадающее стирающее поле, а также снижать структурные шумы.

Шумы тракта воспроизведения. Из-за неконтакта между лентой и головкой воспроизведения волновая характеристика тракта имеет спад, увеличивающийся с уменьшением длины записи (рис. 135, а). Поскольку расстояние между головкой и лентой не постоянно и хаотически меняется, то при воспроизведении возникает паразитная модуляция, глубина которой зависит от длины волны записи. Помеха возрастает с уменьшением длины записи λ.

Колебания скорости ленты. Из-за колебаний скорости лентопротяжного механизма в устройствах магнитной записи возникают особые помехи, называемые детонациями. Детонации, в отличие от рассмотренных выше разновидностей шума, являются результатом не амплитудной, а паразитной частотной модуляции сигнала. При колебаниях скорости с частотой порядка долей герца детонации приводят к изменениям высоты (плаваниям) тона. При увеличении частоты детонации свыше 25 Гц помехи проявляются в виде хриплости звучания. В современных студийных магнитофонах колебания скорости малы (0,04—0,06%), и шум, вызванный детонациями, практически на качество звукозаписи не влияет.

Копирэффект. Сущность копирэффекта, одного из самых заметных искажений, заключается в том, что при хранении фонограммы соседние витки рулона ленты могут намагничиваться, под воздействием магнитного поля участка ленты. В результате этого при воспроизведении одиночного сигнала создаются помехи, напоминающие эхо-сигналы, возникающие до (опережающее эхо) и после (запаздывающее эхо) сигнала, вызывающего их. За величину копирэффекта обычно принимают его относительный уровень, равный выраженному в децибелах отношению наибольшего сигнала-копии U_K к основному сигналу U_c(201gU_k/U_c).

Относительный уровень копирэффекта зависит от следующих факторов: времени хранения магнитной ленты в смотанном состоянии, магнитных свойств ленты, общей толщины и толщины рабочего слоя, температуры окружающего воздуха, длины волны записи. У современных лент Относительный уровень копирэффекта составляет от —45 до —59 дБ. У порошковых магнитных лент максимум копирэффекта наблюдается при λ = 2πd₁, где д₁ — расстояние между рабочими слоями соседних лент. При повышении температуры и под воздействием магнитных полей копирэффект растет.

Уменьшить уровень копирэффекта у фонограмм можно несколькими способами: улучшением свойств лент, затруднением возможности копирования, уменьшением уровня образовавшихся копий [68]. Улучшить свойства лент можно уменьшением толщины рабочего слоя и концентрации магнитного порошка в нем, а также увеличением толщины основы. С увеличением толщины основы увеличивается расстояние между соседними витками рулона и, следовательно, уменьшается поле копирования. Однако утолщение основы приводит к уменьшению объемной плотности записи. Уменьшение толщины рабочего слоя и концентрации порошка в нем, наряду с уменьшением уровня копирэффекта, вызывает ухудшение других электроакустических свойств, поэтому эти характеристики выбирают с учетом всех электроакустических свойств ленты.

Уменьшить уровень копирэффекта можно, применив экранирование между слоями. Так, прокладка из отожженного пермаллоя толщиной 20 мкм, проложенная между витками, снижает относительный уровень копирэффекта на 10—15 дБ. Если ленту в процессе записи не сразу смотать в рулон, а поместить на некоторое время так, чтобы отдельные участки ленты подальше отстояли друг от друга, то относительный уровень копирэффекта также снизится. Уменьшения уровня уже образовавшихся копий достигают, применяя головку для стирания эха, Для стирания эхо-сигналов достаточно создать небольшую напряженность стирающего поля, практически не ослабляющую основную запись.

Переходные помехи при многодорожечной записи возникают по двум причинам: за счет индуктивной связи между обмотками головок в многоканальном блоке и через магнитные потоки рассеяния с соседних дорожек. Помехи за счет первой причины проявляются как при записи, так и при воспроизведении и могут достигать 30 дБ. Для устранения взаимовлияния между головками применяют электромагнитные экраны. Помехи из-за второй причины сказываются в процессе воспроизведения. Они возникают вследствие того, что часть магнитного потока с одной дорожки может попадать в воспроизводящие головки других дорожек. Уровень возникающей помехи зависит от расстояния между дорожками и длины волны записи: переходная помеха тем меньше, чем больше расстояние между дорожками и меньше длина записи.

Для уменьшения переходной помехи следует увеличивать расстояние между дорожками. Однако при заданном числе дорожек и стандартной ширине ленты это можно выполнить только за счет уменьшения ширины дорожек, что приводит к ухудшению отношения сигнал/шум. Так, при уменьшении ширины дорожки в п раз напряжение сигнала ввиду когерентности уменьшается в п раз, а напряжение шума из-за некогерентности — в .

Внешние наводки и помехи. Величина ЭДС, развиваемая головкой воспроизведения, невелика и составляет обычно сотни микровольт. Поэтому следует принимать специальные меры защиты от сильных магнитных полей, создаваемых двигателями магнитофона и силовыми трансформаторами, например, тщательное экранирование головок сложными экранами, состоящими из двух или трех независимых экранов из пермаллоя и меди, и дифференциальное включение воспроизводящей головки, обмотка которой состоит из двух полуобмоток. Особые требования предъявляются к уровню собственных шумов усилителя воспроизведения, который должен быть ниже уровня сигнала, т. е. от —65 до —60 дБ.