2.6.2. Бытовые цифровые магнитофоны с неподвижными головками

С момента появления профессиональных цифровых магнитофонов велись постоянные работы по выпуску бытовой цифровой системы звукозаписи. Однако, понадобились годы, прежде чем технология производства магнитных головок и магнитных лент позволили приступить к разработке бытового цифрового магнитофона. Формат бытового цифрового магнитофона с многодорожечной записью на неподвижных головках обозначается: S-dat (Stationary-Digital Audio Tape). Он предназначен для записи только двух каналов (стереосигнал), что и позволило получить приемлемое время звучания на кассете обычного размера. Появился этот формат вначале 80-х годов. Ниже приведены технические характеристики одного из вариантов данного формата, имеющего наилучшие показатели качества.

Частота дискретизации, кГц. 48

Разрядность АЦП (число бит на отсчет) 16

Число дорожек 40 (220)

Скорость ленты, мм/сек 47,6

Продольная плотность записи, бит/мм 2520

Поперечная плотность записи, дор./мм 12,5

Скорость цифрового потока, Мбит/сек. 2,4

Избыточность помехоустойчивого кода,  27,3

Избыточность канального кода,  20

Запись ведется на обе стороны ленты, в результате чего кассета проигрывается в двух направлениях и общее время звучания стандартной аудиокассеты составляет 90 минут, как в обычном аналоговом кассетном магнитофоне при качественных показателях, не уступающих профессиональному цифровому магнитофону. Ширина ленты – стандартная для кассетного магнитофона (3,81 мм). Для размещения на такой ленте 40 дорожек с необходимыми просветами между дорожками ширину каждой дорожки довели до 65 мкм. при просвете 15 мкм. Получаемые при этом соотношение сигнал/шум и переходные помехи между дорожками позволяют при используемом помехоустойчивом кодировании получить вполне приемлемую вероятность появления ошибок при воспроизведении.

Однако, формат S-dat имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, 20 дорожек требуют иметь по 20 усилителей записи и воспроизведения, а также кодеров и декодеров. Во-вторых, при высокой плотности записи даже малейшие перекосы ленты приводят к временным рассогласованиям сигналов с различных дорожек, что сильно ужесточает требования к лентопротяжному механизму. К тому же, в более поздние времена были разработаны цифровые магнитофоны с вращающимися головками, которые, как показала практика, более предпочтительны в качестве домашних бытовых устройств.

2.6.3. Бытовые цифровые магнитофоны с вращающимися головками

Новых идей при решении вопросов организации записи цифровых сигналов на вращающихся головках генерировать не пришлось, тат как в середине 80-х годов уже были известны бытовые видеомагнитофоны именно с таким принципом записи широкополосного сигнала. Просто потребовалось время для чисто технологических доработок, чтобы по потребительским качествам превзойти магнитофоны формата S-dat, причем, и прежде всего, по удельной поверхностной плотности записи, а следовательно, длительности звучания кассеты. Такой формат был разработан, он получил название R-dat (Rotary-Digital Audio Tape). С 1987 года многие фирмы Японии начали производство магнитофонов данного формата.

Одно из главных достоинств техники записи вращающимися головками – возможность достижения большей плотности записи по сравнению с продольной многодорожечной записью. В случае записи многодорожечным блоком головок между дорожками записи необходимо иметь защитные интервалы шириной не менее 10 – 15  от ширины дорожки записи, которые служат для исключения взаимного влияния каналов друг на друга, порождаемые возможными смещениями ленты относительно головки, а также эффектом бокового считывания, заключающемся в том, что головка может считывать сигналы с участка, несколько более широкого, чем длина рабочего зазора головки. В результате поверхность ленты не может быть полностью использована для записи сигналов. При использовании так называемой азимутальной наклонно – строчной записи запись наклонных строчек производится без промежутков между ними, вплотную. Углы разворотов рабочих зазоров в формате R-dat составляют 20 градусов. Благодаря применению наклонно – строчной записи без защитных промежутков R-dat обладает наибольшей поверхностной плотностью записи на единицу поверхности магнитной ленты – 17,7 миллионов бит на квадратный сантиметр, что почти на порядок превышает плотность записи в формате S-dat (со стационарными головками). Кассета R-dat почти вдвое меньше кассеты S-dat, но обеспечивает значительно большую продолжительность звучания (2 часа против 90 минут). Качество звучания обеих систем идентично и оценивается очень высоко.

С аналоговой записью на компакт – кассету цифровые магнитофоны форматов S-dat и R-dat объединяет только одно – используется магнитная лента такой же ширины – 3,81 мм, хотя сама лента, конечно, имеет значительно лучшие характеристики. Для цифровых магнитофонов используются металлопорошковые ленты с большой коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью, что позволило, например, для формата R-dat уменьшить ширину наклонных строчек записи до 13,6 мкм. Для сравнения заметим, что эта величина во много раз меньше ширины дорожки записи аналогового кассетного магнитофона (600 мкм).

Очень важное достоинство R-dat –магнитофона – малый расход ленты. Линейная скорость движения ленты составляет всего 8,15 мм/сек, что почти в 6 раз меньше скорости ленты в аналоговом магнитофоне. Еще одно преимущество такого магнитофона – возможность быстрого поиска нужного фрагмента магнитограммы. Скорость перемотки ленты в режиме поиска превышает скорость воспроизведения более чем в 200 раз. Двухчасовая кассета R-dat полностью перематывается за 40 секунд. Поиск нужного участка производится с помощью специальных данных, записанных на ленту вместе с программой. Эти данные включают в себя информацию о номере фрагмента, времени его исполнения, общем времени звучания и другие сведения. Эта информация обычно выводится на табло индикатора магнитофона.

Запись на ленту в R-dat магнитофоне осуществляется с помощью двух головок, размещенных под углом 180 градусов на барабане блока вращающихся головок (БВГ). Угол охвата лентой блока вращающихся головок составляет 90 градусов при диаметре БВГ 30 мм. Малый угол охвата позволяет уменьшить давление ленты на цилиндр блока вращающихся головок, что уменьшает износ механической части магнитофона и дает возможность реализовать высокие скорости перемотки ленты без отвода ее от барабана. Малый угол охвата лентой барабана вращающихся головок означает, что примерно половину времени головки не контактируют с лентой. В это время в цифровой части блока записи – воспроизведения продолжается процесс обработки информации.

Чисто внешне магнитограмма формата R-dat напоминает магнитограмму бытового видеомагнитофона с наклонной записью. Отличия состоят в параметрах. Если в видеомагнитофонах используется лента шириной 12,6 мм, то в формате цифровой звукозаписи R-dat ширина ленты такая же, как в обычном кассетном аудиомагнитофоне – 3,81 мм. На рис 2.3 показан схематично вид магнитограммы формата R-dat, масштаб на рисунке не выдержан. Цифровой стереосигнал расположен на наклонных магнитных дорожках вместе с некоторыми дополнительными служебными сигналами, необходимыми для восстановления информации при воспроизведении. Наклонные дорожки, как видно из рис. 2.3, расположены в центральной части ленты, где возможность механического повреждения ленты минимальна. По краям ленты оставлены дополнительные дорожки, которые могут быть использованы для каких-нибудь дополнительных сервисных целей.

Эффективная ширина поля записи В=2,613 мм, ширина дополнительных дорожек-0,4 мм, угол наклона дорожек записи к краю ленты составляет около

6⁰ 26, длина наклонной дорожки записи – 23,501 мм.

Н аклонная дорожка R-dat магнитофона содержит 5 основных зон, предназначенных для записи основных,

дополнительных данных и служебных сигналов. Зона, где производится запись звукового цифрового сигнала двух стереоканалов вместе с проверочными данными системы коррекции ошибок, расположена в центре дорожки и занимает большую площадь по сравнению с другими зонами. В дальнейшем будем называть ее зоной ИКМ. С обоих концов этой зоны располагаются зоны записи сигналов поиска дорожек (автотрекинга). С помощью этих сигналов определяется смещение головки относительно дорожки записи и обеспечивается точное слежение за «своей» дорожкой. Далее с обоих краев дорожки также расположены две зоны, предназначенные для записи дополнительных данных – субкода, обеспечивающего сервисные функции магнитофона. Кроме того, в начале и конце дорожки записываются специальные «маркерные дорожки»- сигналы, предназначенные для ввода в режим синхронизации системы ФАПЧ, вырабатывающей синхроимпульсы для детектирования воспроизводимого с ленты сигнала.

Каждая из 5 основных зон делится на блоки. Всего блоков на дорожке 196, из них большинство -128 блоков находятся в ИКМ зоне. Каждый блок содержит 36 символов, из которых 32 – информационных. Эти символы до канального кодирования включают по 8 бит каждый (1 байт), но после канального кодирования 8/10 каждый символ имеет уже 10 бит. Первый символ каждого блока – так называемая синхропоследовательность, служащая для определения начала каждого блока. Синхропоследовательность имеет такое сочетание нулей и единиц, которое больше нигде не встречается, поэтому она легко распознается системой воспроизведения. Следующие за синхропоследовательностью 2 символа занимает код основной идентификации, где записываются данные о режиме работы магнитофона при записи фонограммы, адрес блока, адрес кадра информации. Кадром информации в R-dat формате считается информация, заключенная в двух смежных дорожках, записанных головками А (+азимут) и В (- азимут). Адрес кадра регистрируется четырьмя разрядами и может изменяться от 0 до 15, т.е. через 16 пар дорожек адрес кадра вновь становится нулевым, и отсчет начинается снова. Адрес блока данных занимает 7 бит и может меняться от 0 до127. Последний символ части блока служебных данных составляют биты проверки сигналов кода основной идентификации на четность. Эта проверка позволяет определить, безошибочно ли считан код основной идентификации с дорожки.

Всего в зоне ИКМ одной дорожки размещаются 4096 символов, из них символов основных данных – 2912. Остальные символы – это проверочные данные системы коррекции ошибок. В зонах субкода одной дорожки размещается 512 символов, из них 448 символа данных субкода и 64 символа проверочных данных. Ниже приводятся основные характеристики формата R-dat.

Частота дискретизации, кГц ………………………………………48

Число бит на отсчет ………………………………………………...16

Скорость движения ленты , мм/сек …………………………………8,15

Скорость записи, м/сек ………………………………………………3,13

Ширина и тип ленты ……………………3,81 мм. с металлизированным

рабочим слоем

Линейная плотность записи, бит/мм ………………………………..2560

Расстояние между дорожками, мкм ……………………………….13,6

Угол наклона рабочих зазоров головок, град. …………………… 20

Размеры кассеты, мм ………………………………………….735410,5

Время звучания одной кассеты ……………………………………2 часа

Формат R-dat благодаря лучшим техническим характеристикам считается наиболее перспективным для использования в цифровых магнитофонах.