Файл: Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент.pdf

с сигналограммы. Поэтому минимальная длина волны записи, обеспе­ чивающая надежную передачу сигнала, не может быть сколь угодно малой, а следовательно, ограничено также максимально допустимое значение продольной плотности записи. Поэтому при записи сигналов высокой частоты необходимо использовать большие скорости движе­ ния магнитной ленты относительно записывающей головки.

Значение допустимой продольной плотности записи в значитель­ ной мере определяется геометрическими и магнитными параметрами магнитной ленты. Так, в первые годы использования магнитной записи, когда в качестве носителя применяли проволоку из углеро­ дистой стали, максимально допустимая продольная плотность за­ писи не превышала 2—3 кол/мм, и для записи сигналов с частотой до 4—5 кГц приходилось использовать скорость движения проволоки 1,5—2 м/с. В пятидесятых годах для записи сигналов с частотой до 8—10 кГц применяли скорость движения магнитной ленты 762 мм/с

мин = 0,07 мм, продольная плотность записи гсмакс = 14—15 кол/мм). В настоящее время за счет улучшения записывающих и воспроизво­ дящих головок, а главное, за счет значительного повышения качества магнитных лент допустимое значение продольной плотности дости­ гает 200—300 кол/мм (Я,МИк «=* 3—5 мкм). Это позволяет снизить скорость движения магнитной ленты при записи до 95,3 мм/с и даже до 47,6 мм/с при диапазоне записываемых частот до 15 кГц.

Впроцессе воспроизведения электрический сигнал, получаемый

вобмотке воспроизведения, пропорционален остаточному магнит­ ному потоку на участке сигналограммы, взаимодействующем с го­

ловкой:

е = К Ф г

где К — коэффициент пропорциональности. Следовательно:

где X — координата длины сигналограммы.

При постоянной скорости движения сигналограммы относительно воспроизводящей головки ѵъ значение х можно определить по фор­

т. е. будем полагать, что сигналограмма воспроизводится сначала.

Следовательно, воспроизводимый электрический сигнал изме­ няется во времени по тому же закону, что и записываемый. Сравнивая выражения (4) и (1), видим, что частота сигнала, получаемого при воспроизведении, определяется как f v j v 3 и равна частоте записан­ ного сигнала при условии равенства скоростей движения ленты

38

в процессе записи и воспроизведения. Величина амплитуды воспро­ изводимого сигнала, как это следует из выражения (4), зависит от амплитуды остаточной намагниченности сигналограммы, толщины рабочего слоя ленты а , ширины сигналограммы b и коэффициента К.

Воспроизводимый сигнал всегда должен быть возможно большим. Поэтому материал носителя записи должен иметь возможно большую остаточную намагниченность насыщения. Для увеличения сигнала желательно увеличивать ширину сигналограммы, однако следует иметь в виду, что при этом возрастает объем носителя записи. Тол­ щина рабочего слоя ленты а влияет на условия воспроизведения, и ее увеличение повышает воспроизводимый сигнал только при боль­ ших значениях длины волны записи, когда отношение а/Х стремится к нулю.

При значениях а и X сравнимых по величине уменьшается коэф­ фициент К, входящий в выражение (4). Поэтому толщину рабочего слоя магнитных лент делают малой (3—20 мкм). В современных устройствах величина сигнала, получаемого на выходе головки воспроизведения, обычно не превышает нескольких милливольт.

Требования, предъявляемые к системам магнитной записи и вос­ произведения. Система магнитной записи и последующего воспроиз­ ведения должна обеспечить неискаженную передачу сигнала, т. е. электрический сигнал, получаемый на выходе воспроизводящего устройства, должен быть подобен записанному сигналу.

Выше была показана возможность такого подобия, однако это было сделано для случая, когда процессы преобразования сигнала подчиняются линейным законам. Так, предполагалась линейность зависимости между током в обмотке головки записи и напряжен­ ностью поля, а также между напряженностью поля и остаточной намагниченностью, возникающей в носителе записи. В реальных же устройствах для магнитной записи и воспроизведения условия линей­ ности выполняются лишь в ограниченных пределах и возникают искажения, за счет которых воспроизводимый сигнал несколько отличается от записанного.

Основными характеристиками переменного электрического сиг­

с различными амплитудами и фазами и с частотами кратными частоте основного тона, равной частоте сложного периодического сигнала. Такое представление сложного сигнала в виде суммы синусоидальных составляющих называют спектральным разложением. Амплитудночастотный спектр сигнала определяет частоты синусоидальных соста­ вляющих, входящих в сложный сигнал, и соотношение между их амплитудами. Спектр сложного сигнала, выражаемый периодической функцией времени, определяется разложением этой функции в ряд Фурье, а также может быть определен экспериментально с помощью так называемых анализаторов.

Диапазон частот, в котором сосредоточены синусоидальные со­ ставляющие спектра сигнала, различен для разных сигналов.

39

Например, спектр сигналов речи сосредоточен в пределах частотного диапазона от 80 до 8000 Гц; частотный диапазон звуков музыки зна­ чительно шире и лежит в пределах от 30 до 17 000 Гц, а спектр так называемого видеосигнала, который получается при передаче теле­ визионного изображения, простирается от 0 до 6 500 000 Гц.

Для получения неискаженной передачи спектр сигнала, воспроиз­ водимого с сигналограммы, должен быть идентичным спектру запи­ сываемого сигнала, т. е. должен содержать те же частотные составля­ ющие и соотношение между амплитудами частотных составляющих должно оставаться неизменным (абсолютная величина амплитуд составляющих в воспроизводимом сигнале может отличаться от их величины в записываемом сигнале). Изменение спектра сигнала при передаче возникает за счет частотных и нелинейных искажений.

другие частоты. В результате частот­ ных искажений изменяется соотношение между амплитудами состав­ ляющих спектра сигнала.

Тракт записи и воспроизведения сигналов в целом, записывающее и воспроизводящее устройства в отдельности, а также носитель записи с точки зрения частотных искажений оцениваются частотной характеристикой. Частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды синусоидального сигнала на выходе прибора от частоты при условии, что амплитуда сигнала, подводимого на вход прибора, постоянна на всех частотах. Прибор не вносит частотных искажений, если его частотная характеристика имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс, по которой откладывают частоты (обычно в логарифмическом масштабе). Изменения спектра сигнала зависят от степени неравномерности частотной характеристики.

Величину сигнала на выходе прибора на определенной частоте, например 400 Гц, принимают за нулевой уровень, и величина изме­ нения выходного сигнала относительно этого нулевого уровня опре­ деляется следующим соотношением:

т= 20 lg ■ Af

^ f= 4 0 0

где Af — амплитуда выходного сигнала на частоте /; А^_ 400 — амплитуда выходного сигнала на частоте 400 Гц при постоянной величине входного сигнала.

На рис. 14 в качестве примера приведена частотная характери­ стика магнитофона. Для ее определения на вход усилителя записи от генератора подводят сигналы разной частоты с постоянной ампли­

40

тудой. Сигналы записывают, и при последующем воспроизведении измеряют напряжение на выходе усилителя воспроизведения на каж­ дой частоте. Относительное изменение выходного сигнала (в дБ) откладывают на оси ординат. Как видно из рис. 14, в диапазоне частот от 30 до 15 000 Гц отклонение частотной характеристики магнитофона от идеально равномерной не превышает ±1 дБ.

Спектр сигнала может изменяться также за счет появления новых частотных составляющих, не содержащихся во входном сигнале. Такие искажения называют нелинейными. Они возникают при нали­ чии нелинейной зависимости между входным и выходным сигналами. Допустим, что зависимость между выходным сигналом у и входным сигналом X выражается нелинейной функцией:

Если входной сигнал изменяется во времени по простому синусо­ идальному закону

то выходной сигнал определится подстановкой формулы (5) в выра­

При магнитной записи нелинейные искажения возникают за счет нелинейной зависимости между остаточной намагниченностью носи­ теля записи и напряженностью намагничивающего поля. Эту зави­ симость определяют экспериментально и изображают графически (рис. 15). Форма кривой подобна форме кривой первоначального намагничивания (см. рис. 2). Допустим, что напряженность поля, действующего на магнитную ленту по длине х, изменяется по синусо­ идальной кривой, показанной в нижней части рис. 15. Для каждого значения х находят значение Н, а по кривой J г = / (É) — остаточ­ ную намагниченность, возникающую на участке ленты с координа­

41