Подмагничивание

Подмагничивание (ток смещения) в магнитной записи — сигнал (электрический ток), подаваемый на записывающую головку одновременно с записываемым (полезным) сигналом, с целью вывести магнитный слой ленты из нелинейной области. Возможно подмагничивание как постоянным, так и переменным током; на практике, в магнитофонах применяется исключительно подмагничивание переменным током.

История

Подмагничивание постоянным током, применявшееся в ранних экспериментальных магнитофонах, существенно повышало шумы ленты (или проволоки). Первый патент на подмагничивание переменным током был выдан ещё в 1921 году Карлсону и Карпентеру (патент США 1640881) и оставался в пыли до 1940 года, когда опытная технология магнитной записи приблизилась к возможности массового производства. Первые магнитофоны с подмагничиванием переменным током пошли в серию во время второй мировой войны в Германии и Великобритании. Тем не менее, во многих иностранных дешевых и средней стоимости магнитофонах, магнитолах и диктофонах даже последних лет выпуска, в том числе позиционируемых, как достаточно высококачественные стереосистемы, применялось именно подмагничивание постоянным током и стирание постоянным магнитом. В советских же магнитофонах даже низких классов подмагничивание осуществлялось только переменным током.

Реализация

Величина необходимого тока подмагничивания сильно зависит от конструктивных особенностей записывающей магнитной головки, и составляет единицы миллиампер. Это примерно на порядок больше тока записи (тока полезного сигнала звуковой частоты), подводимого к записывающей головке.

Ток подмагничивания и ток записи совместно подаются на обмотку записывающей головки. Нередко на выходе усилителя записи ставится заградительный фильтр («фильтр-пробка»), настроенный на частоту сигнала подмагничивания и препятствующий его распространению по цепям усилителя записи.

Частота сигнала подмагничивания устанавливается в четыре-пять раз выше верхней границы воспроизводимого диапазона частот; для техники высокой верности воспроизведения характерны частоты 85—100 кГц. При такой частоте тока подмагничивания, продукты интермодуляции между ним и записываемым сигналом лежат выше области звуковых частот. Форма сигнала должна быть предельно близкой к синусоиде, при этом следует особо избегать асимметричности полуволн сигнала подмагничивания: чётные гармоники тока подмагничивания, и тем более присутствие в токе подмагничивания постоянной составляющей существенно повышают уровень шумов ленты. Поэтому в транзисторной технике генератор стирания и подмагничивания (ГСП) выполняется двухтактным, как правило — с трансформаторным выходом. В ламповых магнитофонах применялись как двухтактные ГСП (например, на двойном триоде 6Н1П), так и однотактные на мощных пентодах. В простейших кассетных магнитофонах первого поколения (например, Philips EL3300 и «Десне») роль ГСП в режиме записи выполнял оконечный каскад УНЧ. В видеомагнитофонах сигнал подмагничивания подаётся только на головку записи звукового канала; видеосигнал (а также частотно-модулированный звуковой сигнал высокой верности) записывается блоком вращающихся головок без подмагничивания.

Оптимальный уровень подмагничивания

Уровень подмагничивания — критический параметр тракта записи; он определяет динамический диапазон записываемого сигнала, линейность его АЧХ и уровень искажений. Соответственно, оптимальный ток подмагничивания для конкретной ленты может быть выбран на основе различных критериев:

• максимальной отдачи ленты на частоте 400 Гц или 1 кГц (критерий максимального динамического диапазона);
• максимальной линейности АЧХ канала записи-воспроизведения в области «малого сигнала» (минус 20 дБ). На практике, (при автоматической калибровке тока подмагничивания по конкретную ленту), выбирается такой ток подмагничивания, при котором уровень отдачи ленты на частоте 400 Гц и 10 кГц одинаков;
• минимальными нелинейными искажениями канала записи-воспроизведения на частоте 400 Гц.

В общем случае, эти критерии дают разные значения оптимального тока подмагничивания, (а значит, выбор оптимального тока подмагничивания является компромиссным), но чем совершеннее данный экземпляр магнитной ленты, тем ближе между собой оптимальные токи подмагничивания, полученные по этим критериям.

Оптимальный ток подмагничивания для конкретной ленты может отличаться от стандартного тока, установленного на заводе; это отклонение может быть не существенным в простых системах, но совершенно неприемлемо при использовании компандерных систем шумоподавления (Dolby NR и аналоги). Превышение тока подмагничивания сверх оптимального «заваливает» верхние частоты и сужает динамический диапазон, и наоборот; компандер Dolby нелинейно усиливает эти огрехи, порождая «модуляцию» АЧХ воспроизведения уровнем сигнала.

Поэтому в кассетных магнитофонах верхнего уровня, начиная с флагманских моделей середины 1970-х годов, применяется, как минимум, ручная регулировка (калибровка) тока подмагничивания под конкретную ленту с использованием встроенных образцовых генераторов стандартной звуковой частоты 400 и 10 000 Гц. Для регулировки магнитофон включается в режиме записи, на вход левого и правого каналов подаются сигналы 400 и 10 000 Гц одинакового образцового уровня. Регулировка заключается в выставлении такого тока подмагничивания, при котором уровни воспроизводимого сигнала левого и правого канала, наблюдаемые по встроенному индикатору, совпадают. По мере удешевления электроники в 1980-х годах ручная регулировка сквозного канала появилась и на моделях среднего уровня, одновременно появились полностью автоматические схемы подстройки тока подмагничивания, управляемые микропроцессором, позволившие подстройку тока подмагничивания на деках без сквозного канала (с двумя головками).

Динамическое подмагничивание

Необходимый оптимальный ток подмагничивания уменьшается с ростом высокочастотных составляющих полезного сигнала (полезный сигнал «сам себя подмагничивает»). Поэтому, снижение тока подмагничивания в те моменты, когда в полезном сигнале присутствует много высокочастотных составляющих, расширяет динамический диапазон в области высоких частот примерно на 10 дБ. Поэтому были разработаны схемы (системы динамического подмагничивания, СДП), автоматически реализуюшие это. Все СДП являются совместимыми, то есть лента, записанная на магнитофоне с СДП, может воспроизводиться на магнитофоне без СДП — при условии, что динамический диапазон его тракта воспроизведения способен «переварить» повышенный относительно стандартного уровень записанного сигнала в области высоких частот.

Из коммерческих СДП наиболее распространённой и известной является Dolby HX Pro от Dolby Laboratories.

Применение СДП особенно актуально при малых скоростях движения магнитной ленты (4,76 см/c и ниже). Дело в том, что при фиксированном (оптимальном) токе подмагничивания и использовании ленты типа I, АЧХ канала записи-воспроизведения кассетного магнитофона линейна (с стандартным отклонением 3 дБ) только в области «малого сигнала» (при уровне записи порядка —20 дБ относительно номинального). А применение СДП позволяет получить линейную АЧХ при существенно больших уровнях записи (порядка —10…—6 дБ).

Внешнее подмагничивание

В 1960-х гг. компания Tandberg предложила осуществлять подмагничивание отдельной головкой, которую можно было бы ориентировать относительно головки записи так, чтобы получить оптимальное распределение поля подмагничивания в зоне записи. Головка подмагничивания при этом располагается с обратной стороны ленты, напротив записывающей головки, и может не касаться ленты. По понятным причинам в кассетных магнитофонах такую систему применить нельзя.

Такая система, получившая название «Crossfield», применялась в некоторых высококачественных катушечных магнитофонах фирмы Akai в конце 1960-х — 1970-х годах. В СССР внешнее подмагничивание осуществил известный конструктор звукозаписывающей техники В. В. Колосов в самодельном магнитофоне «Селигер-2» (первая премия на 25-й Всесоюзной выставке творчества радиолюбителей).^[1]

Литература

• Козырев А. В., Фабрик М. А. Конструирование любительских магнитофонов. — (4-е изд., испр. и доп.). — М.:Изд-во ДОСААФ, 1974
• Шлейснер Р. Р. Бытовые магнитофоны. — М.: Связь, 1977.
• Справочник радиолюбителя-конструктора. — М.: Радио и связь, 1984. — C. 234—235, 253—257.

Примечания

1. ↑ Колосов В. В. Современный любительский магнитофон. — М.:Энергия, 1974 (Массовая радиобиблиотека, вып. 864)