- •Глава 13. Магнитная звукозапись Контрольные вопросы
- •13.1. Общие закономерности при записи и воспроизведении звука
- •13.2. Основы магнитной записи электрических сигналов
- •13.3. Магнитные носители записи
- •13.4. Магнитные головки
- •13.5 Стирание магнитной фонограммы
- •13.6. Запись без подмагничивания и с подмагничиванием постоянным током
- •13.7.Запись с высокочастотным подмагничиванием
- •Влияние амплитуды тока вчп на параметры магнитофона
- •13.9. Волновые потери тракта записи-воспроизведения
- •13.10. Корректирование амплитудно-частотных характеристик магнитного звена магнитофона
- •13.11. Шумы и помехи при магнитной записи
- •13.12. Особенности построения цифровых магнитофонов
- •13.13. Канал магнитной записи-воспроизведения цифровых магнитофонов
- •13.14. Особенности помехоустойчивого кодирования в цифровых магнитофонах
- •13.15. Стандарты цифровой записи
13.4. Магнитные головки
В зависимости от назначения, различают записывающие, воспроизводящие, стирающие и универсальные магнитные головки. Однако при всем многообразии магнитных головок, между ними нет принципиальных отличий - каждая головка представляет собой электромагнит.
Записывающая головка служит для получения в зоне записи требуемой напряженности магнитного поля, воспроизводящая. для преобразования магнитного поля фонограммы в ЭДС, универсальная объединяет функции двух первых, стирающая головка служит для создания поля, достаточного для размагничивания ненужной фонограммы.
Конструкция кольцевой магнитной головки приведена на рис.13.4.
Магнитопровод сердечника головок - разомкнут: в одном месте у стирающей и воспроизводящей и в двух местах у записывающей, благодаря чему у последней создаются рабочий и дополнительный зазоры.
Рабочий зазор обеспечивает связь головки с носителем записи. Ширина его выбирается от долей до единиц микрометра. В записывающей головке необходим дополнительный зазор. При его отсутствии магнитное сопротивление звена (головка-лента) определяется в основном магнитным сопротивлением носителя. Поэтому неравномерности в слое ленты или явления "дрожания", связанные с плохим прилеганием ленты, приведут к изменению амплитуды потока записи и к появлению паразитной амплитудной модуляции. Наличие дополнительного, немагнитного зазора величиной 30-40 мкм стабилизирует сопротивление магнитной цепи, так как при его наличии сопротивление магнитного звена будет определяться большим магнитным сопротивлением дополнительного зазора.
Кроме того, дополнительный зазор служит для предотвращения намагничивания сердечника головки броском тока в моменты коммутации электрического канала или головки. Зазоры заполняются прочными немагнитными материалами (слюда, бериллиевая бронза).
Рис.13.4. Схематичное изображение кольцевой магнитной головки
Головка воспроизведения должна обеспечивать достаточную чувствительность и дополнительный зазор в ней недопустим, так как создает большое магнитное сопротивление для и без того слабого магнитного потока, создаваемого фонограммой.. Поэтому, если по технологии воспроизводящая головка изготовляется из двух половинок, дополнительный зазор стремятся сделать как можно меньше, для чего торцы тщательно шлифуют и при сборке головки плотно сжимают.
Для обеспечения эффективного стирания, ширина зазора стирающей головки выбирается порядка 70-200 мкм. Это обеспечивает большее поле рассеяния и большой коэффициент полезного действия.
Высота сердечника головки определяется шириной магнитной ленты. Высота сердечника стирающей головки несколько шире фонограммы, а сердечника воспроизводящей головки на 15-20 % меньше ширины фонограммы, чтобы при поперечных колебаниях ленты воспроизводящая головка не выходила за пределы фонограммы, а поле стирающей головки всегда перекрывало фонограмму.
Для изготовления сердечников головок применяют магнитные материалы, обладающие высокой начальной магнитной проницаемостью н и малой коэрцитивной силой Hc . Таких материалы имеют узкую петлю гистерезиса и, следовательно, малые потери на гистерезис. Кроме высокой магнитной проницаемости, материалы, используемые для сердечников головок, должны обладать рядом других показателей: допускать механическую обработку, не изменяя при этом магнитных свойств; обладать высокой стойкостью к истиранию магнитной лентой.
В качестве материалов для сердечников в настоящее время используют железоникелевые сплавы (пермаллой, н 20000), железоалюминиевые сплавы (альфенол,), железо-алюминий-кремниевые сплавы (сендаст н 35000) и ферриты (н 160010000). Недостатком пермаллоя является значительное изменение магнитных свойств при механической обработке и большие потери на гистерезис на частотах более 20 кГц. Альфенол более устойчив к механической обработке и потому предпочтителен при массовом производстве головок. Сендаст имеет малые потери на гистерезис, обладает высокой износостойкостью, но довольно дорог.
Универсальных магнитных материалов одинаково пригодных для различных типов головок не существует.
Для записывающих головок необходимо, чтобы индукция насыщения материала сердечника в несколько раз превышала индукцию насыщения носителя записи. В противном случае магнитная цепь сердечника будет вносить дополнительные нелинейные искажения. Учитывая возможность регулирования тока подмагничивания и записи к ним не предъявляется очень жестких требованиям по потерям. Напротив, главным требованием к воспроизводящим головкам, является минимум потерь.
Лучшим материалом для записывающих головок в настоящее время считается сендаст. Удовлетворительными свойствами и низкой стоимостью отличается пермаллой. Совершенно непригодны ферриты из-за небольшой индукции насыщения, сложности изготовления и нестабильности параметров при эксплуатации (выкрашивание сердечника в области зазора, появление трещин).
Магнитная проницаемость сердечников воспроизводящих головок должна быть по возможности большой. Механические свойства должны способствовать получению хорошей геометрии зазора. Наиболее пригодны сендасты и монокристаллические ферриты.
При выборе материала для сердечника универсальной головки руководствуются требованиями к сердечникам головок воспроизведения. Дополнительное требование. высокая индукция насыщения, так как напряженность магнитного поля в зазоре универсальной головки шириной 0,52 мкм больше, чем в зазоре записывающей головки с зазором 35 мкм.
Для стирающих головок лучше всего подходят комбинированные сердечники из марганцово-цинкового феррита с полюсными наконечниками из тонких пластин сендаста или твердого пермаллоя.
В зависимости от числа витков обмотки и диаметра провода различают низкоомные и высокоомные головки. Преимущество высокоомной головки воспроизведения. значительно большая, чем у низкоомных ЭДС. Поэтому ее можно непосредственно, без повышающего трансформатора соединять со входом усилителя воспроизведения. Но она имеет сравнительно большую индуктивность, что ухудшает ее частотные свойства. Высокоомную стирающую головку легче согласовать с генератором стирания и подмагничивания. Высокоомную универсальную головку подключают к усилителю записи также без согласующего трансформатора. Таким образом, применение высокоомных головок упрощает усилители записи и воспроизведения. Преимущество низкоомных головок - более широкая полоса записываемых и воспроизводимых частот.
Индуктивность обмотки головки вместе с ее собственной, межвитковой емкостью, а также совместно с выходной емкостью усилителя записи или входной емкостью усилителя воспроизведения образуют колебательный контур. Резонансная частота этого контура должна быть больше наивысшей частоты записываемого сигнала. Резонанс контура в рабочей полосе частот нежелателен, так как выше резонансной частоты отдача головки резко уменьшается. Кроме того, собственные колебания, возникающие в контуре при резонансе, искажают сигнал. При необходимости существенно увеличить резонансную частоту приходится уменьшать число витков обмотки, хотя это и снижает отдачу.
Магнитное поле головки. Поле головки записи, в котором происходит намагничивание носителя, называют рабочим полем. Влияние отдельных элементов конструкции головки на способность создавать локализованное поле обычно оценивают исходя из рассмотрения ее статического магнитного поля.
На рис.13.5 показаны зависимости напряженности поля рассеяния (рабочее поле записи) при разных радиусах закругления ребра r. Радиус закругления ребра определяется точностью изготовления и износом головки.
Из рис. 13.5 видно, что рабочее поле головки простирается на расстояние, превышающее геометрическую ширину зазора 2. Характер спада поля определяет, так называемую, действующую или эффективную ширину зазора 2эфф. По данным различных исследователей эффективная ширина зазора больше геометрического зазора в 1,14 - 3 раза. При расчете АЧХ магнитного звена для новых головок принимают 2=0,88 2эфф.
Кроме того, из рис.13.5 видно, что при износе головки существенно уменьшается полезное поле записи. Если попытаться компенсировать уменьшение напряженности поля увеличением тока записи, то это приведет к резкому возрастанию эффективной ширины зазора (пунктирная кривая).
Рис. 13.5. Изменение статического поля головки в зависимости от радиуса за кругления ребра рабочего зазора (износ головки)
Рис.13.6. Изменение статического поля магнитной головки при различных расстояниях ленты от головки (неконтакт)
Аналогичные выводы можно сделать и из рис.13.6, на котором показано изменение напряженности поля при разных расстояниях ленты от рабочей поверхности. Видно, что по мере увеличения расстояния a напряженность поля головки уменьшается, что эквивалентно увеличению ширины рабочего зазора. Пунктиром показана кривая распределения поля головки, которая получится при попытке компенсировать уменьшение напряженности поля соответствующим увеличением тока записи.
В процессе записи носитель намагничивается преимущественно в продольном направлении. Поэтому наибольшее влияние на характеристики записи оказывает продольная составляющая поля Hx, которая описывается следующим выражением:
-
,
(13.15)
где H0 -напряженность поля в глубине рабочего зазора.