Министерство культуры Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт- Петербургский государственный

университет кино и телевидения»

Кафедра звукотехники

Е.А. Подгорная

Современные методы

магнитной записи сигналов

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по дисциплине

«ЗАПИСЬ АУДИО - и ВИДЕОСИГНАЛОВ»

для студентов очной, заочной и очно-заочной (вечерней) форм обучения специальности 210312

«Аудиовизуальная техника»

Санкт- Петербург

2010

УДК 621

Подгорная Е.А. Современные методы магнитной записи сигналов: Учебное пособие. - СПб.: иэд. СПбГУКиТ, 2010. 64 с., 19 илл.

Рекомендовано к изданию в качестве учебного пособия

Советом факультета аудиовизуальной техники.

Протокол № 8 от 28 мая 2009 г.

Рецензент: доцент кафедры акустики, к.т.н. Ильченко В.В.

Пособие содержит справочные сведения о методах продольной магнитной записи сигналов на ленточный носитель и на жесткий диск.

Подробно рассматриваются современные методы записи: перпендикулярная магнитная запись, термомагнитная запись, магнитная запись «без вращения».

Учебное пособие «Современные методы магнитной записи сигналов» по дисциплине «Запись аудио- и видеосигналов», предназначено для студентов очной, заочной и очно-заочной (вечерней) форм обучения по специальности 210312 «Аудиовизуальная техника», а также может быть рекомендовано для студентов ФПСКиТ при изучении дисциплины «Звукотехника».

C СПбГУКиТ, 2010

3

Введение

Под записью сигналов понимают процесс изменения характеристик носителя записи в соответствии с изменениями характеристик записываемого сигнала во времени. В результате записи на носителе формируется сигналограмма. Воспроизведение является обратным процессом и сводится к восстановлению записанного сигнала по изменениям характеристик носителя. Процесс ликвидации ранее сделанной записи – сигналограммы - называется стиранием.

Для процесса записи – воспроизведения необходим элемент записи, с помощью которого можно изменять во времени характеристики носителя, и элемент воспроизведения, который позволяет регистрировать эти изменения. Причем система строится таким образом, чтобы данные элементы могли взаимодействовать с разными участками носителя записи. Одним из решений, широко применяемым на практике, является движение носителя записи относительно элементов записи и воспроизведения (например, линейное движение носителя в магнитофоне; вращение дисков в проигрывателях грампластинок или компакт-дисков). При взаимодействии с элементом записи на движущемся носителе образуется траектория изменения характеристик носителя, получившая название дорожки записи. Особый вид записи – запись на твердотельных носителях, которая не рассматривается в данном пособии.

В зависимости от применяемого движущегося носителя и процессов, которые используются при записи и (или) воспроизведении аудио-видеосигналов, широкое распространение получили:

• магнитная запись,

• оптическая запись, включая фотогра

4

• механическая запись,

• магнитооптическая запись.

Магнитная запись – способ записи информации путем изменения магнитного состояния носителя и создания в нем распределения намагниченности, соответствующего записываемому сигналу. Намагниченность каждого участка носителя определяется совокупностью намагниченности отдельных частиц (доменов), расположенных в нем. Под действием магнитного внешнего поля (поля головки записи) происходит поворот векторов намагниченности этих частиц и эта ориентация (информация) сохраняется относительно бесконечно долго. Частицы носителя обычно имеют игольчатую форму, а векторы намагниченности чаще всего направлены вдоль длинной оси и могут иметь только или положительное (совпадает с направлением движения носителя) или отрицательное значение [1-4].

Носители магнитной записи можно классифицировать [3]:

• по геометрической форме и размерам;

• по способам магнитной записи;

• по видам записываемого сигнала;

• по внутренним строениям и применяемым материалам.

Носители магнитной записи могут иметь форму ленты, проволоки, диска, карты и барабана. Для аудио-и видеосигналов наиболее широко используются носители в виде магнитных лент и, в настоящее время преимущественно, дисков, которые подробно будут рассмотрены далее.

5

1. Способы магнитной записи

Магнитная запись происходит в результате намагничивания носителя магнитным полем, возникающим как поле рассеяния вблизи рабочего зазора головки, если по ее обмотке протекает электрический ток. Конфигурация этого пространственного поля оказывает существенное влияние на процесс записи и на распределение остаточной намагниченности в носителе [1,2].

На рис. 1.1 показаны схематическое изображение кольцевой головки записи, находящейся в контакте с носителем, и магнитное поле в области зазора.

6

6

Начальная магнитная проницаемость рабочего слоя современных магнитных носителей записи очень мала, поэтому носитель мало влияет на конфигурацию магнитного поля головки, и для ее определения обычно рассматривают случай, когда во всем окружающем головку пространстве магнитная проницаемость равна примерно 1, а магнитная проницаемость материала сердечника головки бесконечно большая [2,3].

Напряженность магнитного поля, воздействующая на носитель, определяется в каждой ее точке двумя составляющими: продольной - и перпендикулярной - (см. рис. 1.1,Б).

До недавнего времени большее распространение имела так называемая продольная магнитная запись [1-4], при которой носитель намагничивается преимущественно в продольном направлении составляющей напряженности .

Этому способствовали следующие причины:

• перпендикулярная составляющая напряженности магнитного поля больше продольной составляющей только у рабочей поверхности головки (не превышая расстояние у = , где - ширина немагнитного зазора головки записи). Из-за несовершенства качества контакта между магнитной головкой и носителем, величина неконтакта составляет . При обычных значениях ширины рабочего зазора величина неконтакта составляет , т.е. воздействие на носитель перпендикулярной составляющей меньше, чем продольной;

7

• для записи применяли в основном носители с магнитной текстурой, обеспечивающей более легкое намагничивание в продольном направлении: при их изготовлении обеспечивалась продольная ориентация игольчатых частиц [4];

• коэффициент саморазмагничивания в перпендикулярном направлении больше, чем в продольном направлении [1,3].

По указанным причинам процесс магнитной записи кольцевой головкой приближенно рассматривается как процесс, происходящий под действием только продольной составляющей напряженности внешнего поля головки [1-4].

Продольная запись на носитель, ориентированный вдоль дорожки записи, долгое время использовалась как при записи аналогового сигнала на ленточный носитель (для звука это запись с высокочастотным подмагничиванием), так и при записи цифрового сигнала на ленточные и дисковые носители, используемые в различных запоминающих устройствах, в том числе и устройствах записи аудио- видеосигналов.

В запоминающих устройствах на магнитном носителе задачей первостепенной важности является достижение высокой поверхностной информационной плотности записи, определяемой количеством записанной информации на единицу площади рабочего слоя носителя записи. В свою очередь, поверхностная плотность записи зависит от продольной плотности записи – плотности записи вдоль одной дорожки, и от числа дорожек на единицу длины в поперечном относительно движения носителя направлении – поперечная (радиальная для дисков) плотность записи.

8

Существующий метод продольной записи цифрового сигнала на диски обеспечивает поверхностную плотность

записи около 100 Гбит на кв. дюйм и практически достиг своего предела, столкнувшись с «суперпарамагнитным» эффектом [5]. Суть его в следующем.

Увеличение плотности записи (помимо уменьшения ширины немагнитного зазора головки записи) в основном достигается за счет уменьшения размеров частиц магнитного порошка рабочего слоя носителя (доменов). При этом происходит и уменьшение размеров магнитных меток, соответствующих разным значениям (полярностям) сигнала (рис. 1.2,А), состоящих из небольшого числа доменов при тонких рабочих слоях, особенно на магнитных дисках. «Суперпарамагнетизм» проявляется, когда магнитные частицы столь малы, что теряют возможность удерживать магнитную ориентацию из-за теплового движения молекул. В этом случае записанная информация будет повреждена.

9

Решение проблемы в использовании нового – хорошо забытого старого - метода перпендикулярной записи.

Носитель для перпендикулярной магнитной записи имеет перпендикулярную ориентацию осей легкого намагничивания частиц магнитного порошка по отношению к его поверхности (рис. 1.2,Б).

При этом значительно уменьшается длина волны записи и, кроме того, магнитные метки, хранящие разные значения сигнала (запись «1» и «0»), не отталкиваются друг от друга, что имеет место при продольной записи, когда намагниченные метки повернуты друг к другу одинаковыми полюсами.

Это позволяет достичь более высокой плотности записи при перпендикулярном методе - до 500 Гбит на кВ. дюйм.

Важно и то, что увеличение плотности не требует при этом методе уменьшения толщины рабочего слоя, что обеспечивает стабильность работы [5-7].

Кроме того, чтобы ослабить влияние теплового эффекта, а также и влияние внешних магнитных полей, следует выбирать материалы рабочего слоя носителя с очень большой коэрцитивной силой. Но тогда существующие магнитные головки не могут обеспечить необходимый для записи уровень напряженности магнитного поля (достаточный, чтобы изменить направленность вектора намагниченности доменов носителя).

Повышение концентрации частиц магнитного порошка в рабочем слое носителя при уменьшении размеров частиц и необходимость увеличения их коэрцитивной силы при перпендикулярной записи требует использования как

10

более сложного состава магнитных слоев, так и других, более сложных конструкций магнитных головок [8], о чем будет сказано ниже.