Тема 4: Шуми тракту запису-відтворення.

1.Модуляційний шум. Його зумовленість неоднорідністю шару магнітної стрічки. Шуми паузи та розмагніченності стрічки, флуктуації конструктивних параметрів тракту. Контактні шуми запису та відтворення. Динамічні перекоси та крутильні коливання стрічки. Зміна товщини робочого шару стрічки.

2. Аддептивні шуми і завади. Перехідні завади. Зовнішні завади та ел. магнітні наводки. Власні шуми підсилювачів та МГ. Копірефект.

3. Коливання швидкості запису і відтворення. Паразитна частотна модуляція відтворюваного сигналу. Дитонаційні ефекти в каналах аудіозапису та геометричні спотворення зображень відеосигналу.

4. Флуктуації фази і частоти сигналу зумовлені диференціюючою дією відтворюючої МГ.

5. Явище випадання відтворюваного сигналу. Його прояви в рідких системах запису інформації.

1. Шумами каналу прямого запису-відтворення вважають сторонні електрічні збурення і завади, які діючи безпосередньо на корисний сигнал чи елементи схеми тракту запису-відтворення перешкоджають його правильній обробці. В системах магнітного запису крім аддетивного шуму , котрий додається до сигналу.

(4.1)

Суттєвими також є і модуляційний (тобто мультиплікативний) шум m, який модулює корисний сигналS_вих=S(1+m), а також шум паразитної частотної модуляції.

Шум, викликаний незбалансованим магнітним полем, зумовленим неоднорідністю розподілу магнітних частинок на носію запису називається структурним. Шум повністю розмагніченої стрічки в спеціальному розмагнічуючому пристрої може складати –(5565) дБ і визначає рівень мінімально можливих шумів. При підмагнічуванні його рівень може зростати на 310 дБ. Це явище зумовлюється асиметрією поля підмагнічування, магнітного поля Землі, намагніченністю конструктивних елементів транспортуючого механізму і називається шумом паузи.

Рівень структурного шуму прямопропорційний намагніченності стрічки, але глибина амплітудної модуляції сигналу не залежить від рівня сигналу (мал. 4.1)

Рис.

Даний шум характнризується нормальним розподілом та НЧ енергетичним спектром. Відносний рівень шуму намагніченої до насичення стрічки може бути в межах –(2630) дБ. Він також збільшується із зменшенням ширини доріжки запису наприклад зміна ширини доріжки вnраз приведе до зміни сигналу в силу його когерентності

(4.3)

а шум зміниться в разів за рахунок його некогерентності:

(4.4)

Тоді

(4.5)

співвідношення U_C/U_Шзміншиться вразів зростатиме приn>1, а приn<1 – зменьшуватиметься.

Під флуктуаціями конструктивних параметрів тракту запису відтворення розуміють зміну робочого шару магнітної стрічки. Динамічні та інші перекоси стрічки, поганий контакт НЗ з МГ. Вони приводять до паразитної амплітудної модуляції (ПАМ) відтворюваного сигналу.

При запису в режимі постійного чи змінного підмагнічування через хаотичні зміни контактування НЗ з МГ виникає контактний шум запису.

Мінімальний рівень модуляційного шуму зумовленого контактом НЗ з МГ одержується при напруженності магнітного поля підмагнічування на 20 % вищій за оптимальну. Це зумовлено тим, що в цьому випадку зменшення поля підмагнічівання компенсує зменшення рівня запису через зниження напруженності поля сигналу і тому зменшується рівень контактного шуму. Анологічно до паразитної АМ приводить контактний шум відтворення.

Модуляційний шум стрічок має неперервний спектр від нуля до кількох кілогерц, тому запис одночастотного коливання відтворюватиметься у вигляді основної частоти, ближньої двома бічними смугами (мал. 6.) форма яких співпадає з формою спектру модуляційного шуму ( мал. 6а).

Рис.

Закон розподілу коефіцієнту контактних втрат є логаріфмічно нормальним, а дисперсія глибини ПАМ через неконтакт

де Б_а– середньоквадратичне значення неконтакту (0,20,5) мкм,=2/ – хвильова густина запису.

Модуляція амплітуди відтворюваного сигналу через зміну товщини робочого шару стрічки залежить від густини запису.

Завади, що можуть виникати в тракті відтворення за рахунок взаємного виливу сусідніх доріжок на стрічці, або розміщенних поряд МГ – вони називаються перехідними. Вони зростають із збільшенням довжини хвилі запису та при зменшенні відстаней між МГ.

Для зменшення зовнішніх завад наводок створювальних двигунами магнітофонів і силових трансформаторів застосовують подвійне екранування головок відтворення з шарів міді та пермалою.

В системах відеозапису переважаючим є шум магнітних головок та власні шуми широкосмугових пісилювачів.

Вони можуть бути зумовленні як тепловим рухом носіїв в обмотках МГ, їх осердях так і дробовим ефектом в ел. лампах та тепловими шумами базового струму транзисторів. Найбільше проявляються у відтворюючіх трактах оскільки там малі вхідні сигнали. Для їх обмеження у вхідних каскадах підсилювачів використовують активні елементи з низьким рівнем шумів.

Копірефектом називають явище намагнічування сусідних шарів згрорнутої в рулон магнітної стрічки, яке виявляється при відтворенні сигналограм у вигляді одночасного відтворення випереджуючих та запізнюваних сигналів – потік (ЕХО).

В сучасних стрічках різниця між рівнями основного та скопійованого сигналів становить – 5058 дБ.

Копірефект:

1. залежить від довжини хвилі запису, і має максимум при =2d_c, деd_c– загальна товщіна стріки;

2. в області великих довжин хвиль зменшується за рівнем з швидкістю 6 дБ/октаву;

3) має максимум в залежності від товщини робочого шару;

4. зростає при розмірах магнітних частинок менших 0,2 мкм;

5) зростає із збільшенням часу копіювання і температури.

Періодичність коливань швидкості запису-відтворення може відбуватися з частотою від кількох герць до кількох кГц.

При постійній швидкості і довжині хвилі запису миттєве значення фази відтворюваного сигналу

(4.8)

При відмінності швидкостей запису і відтворення:

(4.9)

тоді частота відтворюваного сигналу:

(4.10)

– коефіцієнт коливання швидкості

Формула (4.10) означає, що відтворюваний сигнал є ЧМ із глибиною паразитної модуляції рівною A(t), а закон модуляції повторює закон зміни швидкості.

Фаза відтворюваного сигналу при наявності колив. швидкості під час запису і відтворення буде:

(4.11)

де _зкругова частота записуваного сигналу.

Оскільки завжди модуль А(t)то (4.11) можна переписати:

(4.12)

так, як f=……, то частота

(4.13)

Тобто f_вє модульованою за законом неспівпадання швидкостей запису і відтворення.

Коливання швидкості в аудіосистемах (детонація) виявляються у вигляді плавання звуку, тобто зміні висоти тону. В відеосистемах – супроводжуються геометричними спотвореннями: викривлення ліній, поява зубчатості. В точних системах магнітного запису – приводять до амплітудних погрішностей сигналів.

Вимірюють коливання швидкості з допомогою еталонної сигналограми – синусоїдального коливання заданої частоти, визначаючи глибину паразитної ЧМ, яка чисельно рівна коефіцієнту коливання швидкості.

4. Паразитна АМ зумовлена модуляційними шумами завжди приводить до флуктуацій фази і частоти відтворювального сигналу при використанні індукційної МГ.

Якщо потік в осерді МГ відтворення

(4.14)

має координатну (від x) залежність зумовлену шумом, то ЕРС відтвор. головки,

…. фаза відтворюваного сигналу навіть при рівності швидкостей запису і відтворення має випадковий зсув зумовлений флуктуацією магнітного потоку в осерді МГ. При цьому глибина паразитної ЧМ зумовлена перетворенням паразитної АМ у ФМ знаходиться в межах від 0,01 до 0,8%

5. Випаданнями називають явище глибокого зменшення рівня відтворюваного сигналу викликаного порушенням контакту між стрічкою та МГ, або дефектами стрічки. Відхід стрічки від МГ на відстань порядка довжини хвилі запису приводить до зменшення рівня сигналу порядка 5 дБ. Якщо у звукозаписі випадання можуть бути короткочасними і на слух не сприймаються, то у відеозаписі – це смуги на зображенні, а в точному записі це призводить до спотворення цифрової послідовності, що є недопустимим.