Для чего нужно подмагничивание в звукозаписи

Немного о магнитной записи и её возможностях

Не секрет, что до сих пор в звуковой индустрии используются пленочные магнитофоны, особенно при мастеринге. При сведении иногда переносят треки с компьютерной станции на пленку и дальнейшая работа идет с использованием аналоговых сумматоров и дальнейшей записи готового микса на пленочный магнитофон с оцифровкой на последнем этапе работ.

Что даёт такое решение:

1. Искажения и мягкая компрессия приятная слуху, звук пропущенный через пленку приобретает новые краски, которых не было в исходнике
2. В случае аналогового сведения с использованием мультирековых магнитофонов или аналоговых сумматоров лучшее разделение по планам музыкальных инструментов и более прозрачный микс, но при условии, что все звенья цепи работают идеально и все приборы прошли калибровку
3. Примерно 95% всех записей делаются на компьютерных станциях. В этом случае миллионы песен сведены с использованием похожей обработки, что понижает ценность этих записей и интерес к ним у слушателей, так как компьютер с его возможностями доступен всем, что делает даже удачные миксы похожими друг на друга. Удачные записи сделанные на пленку в прошлом веке до сих пор составляют золотой фонд музыки. Таких примеров в дистальной записи я не знаю, песня появляется, и максимум через 2 года про неё все успешно забывают. Сведенный или отмастерованный материал на плёнке заметно отличается от компьютерных миксов, что делает его более заметным на фоне других записей.

Коротко о том как работает магнитофон:

При записи лента движется вдоль стирающей и записывающей головок. Сигнал поступающий на записывающую головку превращается в электромагнитный и намагничивает плёнку, а стирающая головка уничтожает старую запись и шумы ленты. При воспроизведении магнитный поток в обратном порядке преобразуется в электрический сигнал и затем усиливается до такого уровня, чтобы его можно было прослушать через динамики. На записывающую головку, кроме звукового сигнала подаётся ещё сигнал от генератора подмагничивания, частота работы которого выше верхней граничной частоты записи в несколько раз, обычно от 30 до 120кгц, поэтому работу генератора в магнитофоне мы не слышим.

Необходимость подачи тока подмагничивания обусловлена тем, что магнитное поле, образующееся в зазоре записывающей головки, неодинаково. Оно имеет максимальную напряженность в середине зазора головки и уменьшается по мере удаления от него. Над поверхностью головки, в месте расположения рабочего слоя магнитной ленты, магнитное поле имеет различные напряжения и направленность. В результате магнитная лента подвергается различному по величине и направлению продольному намагничиванию. Закон изменения намагниченности ленты в этом случае не совпадает с законом изменения магнитного поля в зазоре головки и возникают сильные искажения. Генератор своими высокочастотными колебаниями и с большим чем сам звуковой сигнал током создают вместе с звуковым сигналом более сильное магнитное поле, что выравнивает нелинейность остаточной намагниченности пленки. Если генератор отключить, то искажения будут напоминать работу плохого гейта, сильные сигналы будут как то проходить, а слабые — нет, так как окажутся ниже порога срабатывания гейта и будут возникать искажения в виде «ступеньки». На слух эта картина будет похожа на щелчки от громких звуков и провал на малых.

Прежде, чем звуковой сигнал поступает на записывающую головку, он корректируются по частотам и имеет завал в области средних частот и подъём в области высоких и низких. Такая коррекция необходима для того, чтобы расширить полосу воспроизведения частот в силу нелинейности магнитной записи. При воспроизведении сигнал тоже подвергается частотной коррекции, иначе ничего кроме средних частот мы не услышим. Глубокая коррекция нужна в первую очередь для низких скоростей, с увеличением скорости глубина коррекции в магнитофонах схематически уменьшается и искажения от коррекции уже не так сильно окрашивают звук, как на низких скоростях.

Ток аудио сигнала поданный к головке записи находится в пределах 0,07- 0,20 мА. Сигнал с генератора подмагничивания имеет ток в пределах 0,3- 0,8 мА. Генератор стирания и подмагничивания ещё необходим, чтобы стирать старую запись. К стирающей головке подводиться сигнал с того же генератора током около 30-60ма и происходит цикл перемагничивания доменов пленки. Чем чаще генератор изменяет свой синус(частота), тем больше циклов перемагничивания проходит пленка во время движения, соответственно качество стирания выше. Высокие скорости движения пленки 19, 38, 76 см/сек требуют больше циклов стирания, поэтому частоту работы генераторов для этих скоростей увеличивают. Так же сигнал с генератора влияет на качество записи при подмагничивании головки магнитофона. Форма сигнала генератора должна иметь идеальный синус, тогда аудио сигнал будет записан с минимальными искажениями. Частота работы генератора оказывает влияние на верхние гармоники аудио сигнала, при частоте 30кгц верхний диапазон записи будет заметно промодулирован генератором, что окажет влияние на форму волны аудиосигнала(14-20 кГц), поэтому в студийных магнитофонах генераторы настроены на 80 -120кгц.

Скорость движения ленты и величина зазора головки имеют решающее значение для качества записи, так как при цикле записи во время движении ленты намагничиваются домены пленки и чем их будет больше на каждое изменение формы волны звука, тем выше точность передачи и разрешающая способность записанного сигнала, меньше искажений и шума, шире динамический диапазон и частотная характеристика.

Магнитные головки и качество записи:

Головки для магнитофонов устроены довольно просто. Представьте железную подкову на которую намотан изолированный провод. К проводу при записи подается сигнал и он намагничивает железо, а железо пленку, при воспроизведении происходит обратный процесс — пленка намагничивает железо головки и в проводе головки возникает напряжение, которое затем усиливается и передаётся в динамики. Расстояние от одного рога подковы до другого и есть зазор, чем он меньше, тем сильнее магнитный поток между 2 мя частями подковы, соответственно меньше потерь при намагничивании и более узкие сектора записи в процессе движения пленки и качество увеличивается при уменьшении расстояния между рогами подковы. Первые головки начала конца 40х и начала 50х годов имели довольно большой зазор, порядка 20-30 мкм, поэтому высокие скорости записи не спасали положение, качество записи было низким и полоса частот не доходила выше 10 000 Гц, суммарный уровень искажений был тоже на несколько порядков выше. В процессе эволюции перед закатом эры магнитофонов зазор уменьшили в бытовых до 5-3мкм, в студийных до 2 -1 мкм.

Чем отличаются студийные аналоговые магнитофоны от бытовых:

1. Скорость движения ленты выше минимум в 2 раза
2. Более совершенный и сложный лентопротяжный механизм управляемый электроникой
3. Отсутствуют микрофонные усилители, в наличии усилитель записи, усилитель воспроизведения, генератор и индикация, часто все выполнено отдельными выносными модулями
4. Наличие сбалансированных входов и выходов с трансформаторной развязкой
5. Рабочая часть головок у «master tape recorder» в разы больше, чем в бытовых магнитофонах, ширина дорожки записи тоже соответственно больше в 2-4 раза, смотря какой формат пленки используется, привычный стандарт 6,25-мм или 12,7мм, 25,4 мм
6. Движение пленки идёт только в одну сторону, дорожки занимают всё место на пленке
7. Студийные магнитофоны могут работать сутками, а бытовые от 3 до 6 часов, иначе будет перегрев моторов и компонентов схемы

Профессиональные аналоговые магнитофоны разделяются на 2 основных вида, это — многоканальные («multitrack recorder», более 8 каналов) и «master tape» с 2 мя каналами для записи сведенного материала. Ширина дорожек у последних больше. Есть так же полупрофессиональные магнитофоны с более скромными техническими характеристиками для записи 4 и 8 каналов со скоростью 19, а иногда 38см/сек. Они предназначены были для записи демо, но с их применением тоже записывался популярный музыкальный материал.

Особенности настройки студийных «master tape»:

Сейчас модно сильно сжимать сигнал (компрессия), чтобы быть громче других. Если требуется сжать динамический диапазон фонограммы с помощью магнитной ленты, то ток подмагничивания следует увеличить на 15% от номинального, иначе при усилении до + 3 дБ появятся искажения на высоких частотах. Их амплитуда будет в этом случае выше и верх начнет сам себя дополнительно подмагничивать, звучание будет резким. Сжать можно до уровня 8 RMS, при этом звучать фонограмма будет заметно лучше, чем сжатие одним компрессором до этого уровня.

Высокое качество пленки стали постепенно вытеснять первые компьютеры и далекие от совершенства цифро — аналоговые преобразователи, внося в звук новые непривычные искажения. Звук превратился в набор из дискретных ступенек, но все звуки, которые нас окружают не подаются описанию в виде дискретных формул. С переходом на цифру музыка лишилась души, но появились новые возможности для создания электронной музыки без участия живых инструментов и новые способы обработки голоса. Если дальше так пойдет, то смысл делать музыку пропадёт, все полностью заменят виртуальные инструменты, включая голоса и потреблять это всё будут роботы, которые сидя в кафе или в гостях не вылазят из социальных сетей, вместо живого общения друг с другом.

Пока не изобретен новый аналоговый носитель с возможностью редакции как у компьютера, можно использовать ретро технику для получения особого настроения в музыке. Пленка сгладит дискретность сигнала и добавит гармоник там, где их не было. Например если взять мп3 плохого качества, где полоса будет идти только до 16кгц , то после прохода этого сигнала через пленку появятся новые гармоники выше 16кгц.

Иметь магнитофоны для студийных дел в наше время, могут себе позволить только единицы. Это занятие требует высокой квалификации обслуживании и скорее всего разочаруют нового владельца, который далек от понимания того, как магнитофон устроен и как его обслуживать, поэтому магнитная запись широкого распространения сейчас не имеет в силу смены поколений. Магнитофоны в идеальном состоянии сейчас практически не найти, если купить б.у., то ремонт и поиск запчастей может обойтись по времени и деньгам в 20 раз дороже основной покупки, но это не останавливает «горячие сердца» и интерес к ретро устройствам в данный момент заметно увеличился. Разработчики программного обеспечения разумеется в стороне не остались, обещая «теплый звук ленты» эмулированный на компьютере всего за 100-200 долларов.

Интерес к этой теме проснулся и у меня, так как своё время лет 20 слушал музыку на виниле и плёнке, бывал в студиях, где использовались многоканальные студийные магнитофоны и «master tape» рекордеры и мозг ещё хорошо помнит как это работало и звучало. Из интереса к техническим новинкам решил испытать программные эмуляторы магнитной ленты на некоторых треках в миксе в надежде получить знакомый или хотя бы приближенный к магнитной ленте звук.

Из плагинов использовались: E-TubeTape-Warmer, MPX-Master-Tape, VTM-M2

Полученным результатом был …..мягко говоря удивлен, в качестве «улучшайзера» их применение вполне корректно. Красивые картинки сделанные в графическом редакторе в сочетании с простотой использования программ конечно подкупают, но заменой магнитофонов они быть не могут по совокупности многих причин.

Некоторые из выявленных причин:

1. В программных эмуляторах используются алгоритмы частотной компрессии в сочетании с обрезными фильтрами, последние эмулируют скорость протяжки ленты. В реальных магнитофонах обрезных фильтров нет и компрессия на на разных частотах зависит от уровня записи, типом пленки и настройки генератора подмагничивания, скоростью протяжки ленты, корректирующими элементами усилителя записи и воспроизведения.
2. Гармонические искажения при использовании плагинов имеют одинаковую структуру, словно сетка натянутая на предмет, уши от этого быстро устают, так как появление каждой гармоники идет по математическому алгоритму и их баланс предсказуем в отличии от настоящей магнитной плёнки, где гармоники и пики сигнала могут возникнуть в совершенно неожиданных местах фонограммы, так как слой магнитной ленты неоднороден и его неровность не возможно описать цифрами и построить алгоритм.
3. Эффект пересыщения магнитной ленты плагином при увеличении уровня до + 3 дБ даёт непохожий на настоящею пленку результат, волна скорее обрезается словно ножницами, а не упаковывается как на пленке. Гармонические искажения при этом больше напоминают испорченное транзисторное радио, чем заявленный «tape recorder Ampex».

Потратив пару дней на программные глупости, решил приобрести настоящий магнитофон. Какой? …этот вопрос решился логично, исходя из технических требований

1. Обрабатывать нужно по 1 моно треку(перегоняя сигнал с компьютера на ленту и обратно), поэтому стереофония отменяется
2. Ровный по АЧХ звук с минимальными гармоническими искажениями от магнитофона мне ни к чему, хочется новых гармоник, теплоты, преукраса и прозрачности, которую даёт минимальный проход звука по цепям усиления, что позволит разделить по планам разные инструменты, которые пересекаются друг с другом по частотным составляющим, поэтому магнитофон — только ламповый
3. Простая и надежная кинематика с возможностью легко достать запасные части или изготовить их самостоятельно
4. Максимально простая схема, минимум ламп и обвесов, чтобы не убить звук фазовыми искажениями от глубокой частотной коррекции предварительного усилителя магнитофона, которую любили делать в бытовых транзисторных магнитофонах в 80х годах прошлого века с целью повысить ширину полосы от 20-22 000гц не увеличивая скорость протяжки ленты
5. Наличие встроенного усилителя мощности с динамиками для контроля того, что записываешь
6. Наличие ламп, которые до сих пор выпускаются
7. Качественные компоненты схемы (конденсаторы, резисторы, переключатели, разъёмы)
8. Компактный старинный дизайн с закругленными краями
9. Широкая дорожка записи и величина рабочей поверхности магнитной головки, близкая к студийным master tape

Под эти требования подходят некоторые старинные бытовые 2х дорожечные магнитофоны 60х годов с 19 скоростью и навесным монтажом деталей, что позволяет в случае необходимости легко переделать схему и детально отработать каждый каскад усиления и коррекции сигнала.

Ламповые Aeg, Telefunken , Crown, Ampex, Revox достать сейчас проблематично даже в нерабочем состоянии, в рабочем состоянии их цена достигает от 3000 до 20 000евро, а если у купленного экземпляра сильно изношены головки или двигатели имеют межвитковые замыкания, то покупать надо будет за те же деньги донора + 3-4 месяца потраченного на полную настройку аппарата. Для удовлетворения любопытства и придания особых тонкостей звуку 1-3 треков — не рационально.

Поэтому выбор сужается до 4-6 моделей бытового уровня 40-50 летней давности, а если повезет можно, взять ретро — про.

Из бытовых это — немецкий — Grundig TK5 и советские Яуза — 5 (увековечена в фильме «Бриллиантовая рука»), Тембр и все модификации Комета — 201.

На e-bay интересующий меня «Telefunken M5» увели за 10 секунд до окончания аукциона. На местных интернет аукционах удалось купить следующие магнитофоны:

«Комета» 1964 года, «Комета мг-201» 1965 года, «Комета мг-201м» 1974 года и на запчасти «Айдас -9м» 1968 года. Не один из магнитофонов не работал, аппараты пришлось восстанавливать.

В процессе восстановления сделал несколько сравнительных записей с использованием магнитофон Комета 201.Для сравнения с транзисторным магнитофоном бытового уровня брал у знакомого рабочий Pioner RT707. Записывался сильно сжатый файл мп3 с обрезом высоких и широкой динамикой, чтобы наглядно увидеть как упаковывается звук на пленку и оценить характер гармоник пленки с ламповым и транзисторным магнитофонами. Ниже приведены звуковые примеры и графики частотной характеристики оригинала и последующего прохода сигнала через пленку обратно на компьютер.

В первом файле в начале идёт оригинал мп3, далее перезаписанный звук с Комета мг — 201 1965 года после настройки, затем Комета м- 201 с восстановленной головкой, но заводской настройкой электроники, последний пример записан с магнитофоном Pioner RT707.

• разные магнитофоны 0:35

Во втором файле в начале идёт оригинал мп3, далее перезаписанный звук с «Комета мг — 201м» 1974 года, с собранным новым генератором стирания и подмагничивания и точной отстройкой электроники. Образцы частотной характеристики и форма волны представлены с этого файла. Третий пример записан с использованием профессионального студийного магнитофона Studer A -80. В начале идёт оригинал, затем запись с плёнки на 38 скорости при уровне записи 0дб, далее уровень + 3дб.

При прослушивании обратите внимание как компрессируются сильные пики сигнала отмеченные красными стрелками, как вытягиваются слабые, и как звучит этот фрагмент волны в оригинале и на пленке. Результат на плёнке совершенно не похож на работу традиционного мастер лимитера.

• Магнитофон «Studer A -80» 1:15
• Магнитофон «Комета мг-201м» 0:50

Если Вам эффект пленки понравился и появилось чёткое представление о том, какой звук с помощью пленки можно получить и у Вас есть интересный музыкальный материал, то можно попробовать сделать мастер на пленке и посмотреть на результат, только с использованием профессионального и настроенного магнитофона. Иметь такой магнитофон в домашней студии не целесообразно, так как он требует много места, знаний и опыта его обслуживания. Кроме этого требуются цифро-аналоговые преобразователи топового уровня с отдельным устройством для поддержки точности дискретной частоты, чтобы обеспечить максимальное качество и минимальные потери при оцифровке сигнала, такие в магазинах не продаются и надпись «Professional» на них тоже отсутствует, о их цене промолчу.

В студии, где есть подготовленный персонал и нужная техника, это сделать гораздо проще и стоит недорого. В России наверняка есть такие студии. В Финляндии знаю несколько студий, кто делает мастер с использованием плёнки. У нас в Эстонии есть только одна такая студия с персоналом, опыт работы которого более 30 лет. Кроме аналогового мультитрек рекордера и современных средств записи и обработки звука, в студии имеется master tape recorder «Studer A80», а для контроля результата есть специальное помещение, с выверенной акустической средой и мониторами для мастеринга 3х типов. Если есть, что мастеровать и материал сделан с любовью, то студийный мастер с использованием плёнки сделает звучание лучше и интереснее, чем дома с набором плагинов и наушниками.

Обработкой отдельных треков ламповым магнитофоном в проекте можно придать винтажный оттенок гитарам, сделать звучание бас гитары более основательным, недостающие вокалу обертона можно подчеркнуть пленкой и сделать звучание голоса более монолитным в миксе. Более 2-3 треков не следует обрабатывать, только главные партии, которые необходимо подчеркнуть, и конечно магнитофон должен быть в идеальном техническом состоянии, чтобы ему можно было доверить обработку звука.

Принципы магнитной записи

Принцип действия магнитной звукозаписи чрезвычай­но прост — использование остаточного намагничивания ферромагнитных материалов. Звуковые сигналы подаются на миниатюрный электромагнит -головку записи (ГЗ), мимо которой с постоянной скоростью движется лента, способная к намагничиванию. Ее частицы намагничивают­ся и при движении ленты мимо другой головки — воспроизводящей (ГВ), создают в ней ЭДС переменного тока звуковой сигнал. После усиления он поступает на громкоговоритель. В таком описании упущена одна важная деталь — остаточная намагниченность В(Н) ленты не получается пропорциональной силе магнитного поля записывающей головки (Н). Намагничивание ленты идет по довольно сложной нелинейной кривой, именуемой петлей гистереса магнитного материала. Даже упуская наличие гистериса (расщепления кривой), придется считаться с тем, эта кривая намагниченности имеет резко нелинейный характер. В частности, остаточная намагниченность при малой напряженности магнитного поля близка пулю, что приводит к огромным нелинейным искажениям даже при слабых уровнях записываемого сигнала.

Если записывающая магнитная головка создает синусоидальное во времени магнитное поле, то зависимость намагниченности отдельных «магнитиков» (именуемых именами) ленты от расстояния вдоль ее длины будет не синусоидальной. Здесь присутствуют явно выраженные искажения, напоминающие искажения типа «ступеньки» (при переходе сигнала через 0) и типа отсечки (при большой амплитуде сигнала) в усилителях.

Ясно, что для линеаризации передаточной характери­стики записи надо сместить «рабочую точку» на кривой намагниченности на ее линейный участок. Можно это сделать, используя подмагничивание ленты постоянным магнитным полем — но тогда будет использована только половина кривой намагниченности ленты и ее отдача упадет вдвое. Поскольку эта кривая симметрична, то переход к несимметричному намагничиванию чреват мас­сой нежелательных последствий — достаточно отметить, что будут, не полностью использованы возможности материала, и он будет иметь постоянную намагниченность, возможно постепенное размагничивание ленты или, на­против, намагничивание в поле близко расположенных магнитов и даже в магнитном поле земли.

Был найден весьма остроумный метод — высокочас­тотного подмагничивания. При нем в головку записи подают ток высокой (десятки—сотни кГц) частоты, ампли­туда которого такова, что соответствует средней ординате кривой намагниченности. Сам по себе такой ток создает в записывающей головке переменное магнитное поле, по­степенно спадающее по мере удаления от центра щели и оставляющее магнитный слой ленты размагниченным. Более того, если он был намагничен, то происходит частичное размагничивание магнитного слоя.

Но если наряду с ВЧ-током подмагничивания подать на головку записываемый сигнал, то он нарушает симмет­рию ВЧ-колебаний и вызывает возникновение остаточной намагниченности той или иной полярности, в зависимо­сти от полярности записываемого сигнала. Поскольку ВЧ-сигнал вывел «рабочую точку» на середину каждого участ­ка кривой намагниченности, то зависимость остаточной напряженности от тока НЧ-сигнала в записывающей го­ловке даже при малых токах сигнала записи в ГЗ становит­ся линейной. Конечно, при большой величине НЧ-сигнала наступает насыщение намагниченности и эта кривая приобретает плоский участок. В «среднем» лента записи размагничена, т. е. постоянной составляющей намагниченности, вредно сказывающейся на шумах и ее динамическом диапазоне, нет.

Как сделать, чтобы кривая намагниченности ленты при ВЧ-подмагничивании имела как можно более линейныйхарактер и большее значение предельной намагниченности, — это уже дело разработчиков материалов для магнитных лент.

Первое время для размагничивания лент (стирания записи) применяли сильные постоянные магниты. До сих пор стирающие головки в виде маленьких магнитиков, отводимых от ленты при воспроизведении, можно встре­тить в самых простых магнитофонах — скорее, уже в игрушках, чем в промышленных моделях даже невысокого класса. Поскольку для реализации ВЧ-подмагничивания нужен ВЧ-генератор синусоидальных колебаний, то ра­зумно применить его и для питания стирающей головки. Поэтому упомянутый генератор обычно называют генера­тором стирания и подмагничивания. При этом стирающая головка требует заметно больших токов, чем записыва­ющая головка.

Частота генератора тока ВЧ-подмагничивания должна в 4-6 раз превышать верхнюю граничную частоту звуково­го диапазона, т. е. при записи частот до 20 кГц она может доходить до 120-150 кГц. Иногда применяют две синхрон­ные частоты — достаточно низкую для стирания и вдвое большую для подмагничивания. Генератор токов стира­ния и подмагничивания должен иметь синусоидальную форму с минимумом гармоник.

Чтобы разместить на ленте как можно больше звуковой информации, скорость движения ленты приходится уменьшать. Для кассетных магнитофонов стандартной является скорость 4,76 см/с, или 0,0476 м/с, что в 4 раза меньше самой распространенной скорости движения лен ты у катушечных бытовых магнитофонов (19,05 см/с). Эти скорости обеспечивают запись почти всего звукового диапазона только при тщательном изготовлении головок и применении высококачественных лент.

Теперь коротко рассмотрим процессы при воспроизведении магнитной записи. При ней намагниченная лента проходит мимо воспроизводящей головки, которая конструктивно похожа на записывающую — в ряде магнитофонов и впрямь для этого применяют ту же самую головку (она называется универсальной). При воспроизведении приходится сталкиваться с тремя фундаментальными проблемами:

ЭДС, наводимая в головке, определяется скорость изменения магнитного потока и потому оказывает­ся прямо пропорциональной частоте записанного сигнала; если ширина щели головки приближается по по­рядку величины к длине магнитного участка сигна­ла, то ЭДС стремится к нулю (эти искажения получили название щелевых искажений); ЭДС головки в области средних частот (порядка 1000 Гц) мала и составляет обычно доли милливоль­та для низкоомных головок и до нескольких милли­вольт для высокоомных (в транзисторных магнито­фонах они применяются редко).

Рост уровня сигнала воспроизво­дящей головки от частоты наблюдается в диапазоне частот от самых нижних до примерно 5—10 кГц. Далее он замед­ляется и даже переходит в спад из-за щелевых искажений. Чем меньше ширина щели воспроизводящей головки, тем при более высоких частотах наблюдаются щелевые иска­жения. Ширина щели воспроизводящих головок для воспроизведения верхних частот звукового диапазона (15— 10кГц) составляет около 1 мкм и меньше. Однако при такой узкой щели падает ЭДС головки в целом, да и резко усложняется ее изготовление. Для получения щели ис­пользуется сверхтонкая фольга из немагнитных материалов- например, из бериллиевой бронзы. А сделать фольгу толщиной порядка микрона непросто.

Таким образом, при изготовлении головок приходит­ся идти на серьезные компромиссы. Для получения сигна­лов стандартного уровня (например, порядка 0,15—0,25 В для входа обычного предварительного усилителя) прихо­дится усиливать сигналы воспроизводящей головки во многие сотни раз. Одновременно с этим для получения неизменного усиления на разных частотах в усилитель воспроизведения вводится специальная RC-цепь низко­частотной коррекции. Она снижает усиление усилителя воспроизведения по мере роста частоты сигнала. Постоян­ная времени коррекции нормирована и зависит от типа примененной ленты. Однако нужно скорректировать еще и щелевые иска­жения воспроизводящей головки. Для этого надо, начиная Б частот 5—10 кГц, обеспечить подъем высоких частот. Эту функцию выполняет коррекция по высоким частотам. Иногда ее делают довольно простой — параллельно вос­производящей головке ставят конденсатор, образующий имеете с индуктивностью головки параллельный колебательный контур. Его резонанс и ведет к подъему высоких частот. Этот метод имеет серьезный недостаток — по мере износа головки ее индуктивность меняется и резонансная частота контура тоже меняется. В итоге точность коррек­ции снижается. Поэтому применяют и иные способы коррекции — например, с помощью обратных частотнозавсимых связей. В наиболее высококачественных магнитофонах коррекцию на высоких частотах разделяют — ее делают как в усилителе записи , так и в усилителе воспроизведения. Это позволяет несколько уменьшить уровень собственных шумов магнитофона, заметных на высоких частотах. Результирующая АЧХ сквозного тракта магнитофона имеет протяженный плоский участок.

Может наблюдаться перекомпенсация ВЧ-коррекции, и тогда на АЧХ наблюдается небольшой подъем В области высоких частот. При недостаточной коррекции будет наблюдаться спад АЧХ на высоких частотах. Обычно стараются обеспечить небольшой подъем на 2—6 дБ, так как по мере стирания головок может появиться спад АЧХ и тех же пределах.

Как головка записи, так и головка воспроизведения обычно экранируются для защиты от внешних магнитных полей. Для головок воспроизведения нередко использует­ся двойное, и даже тройное экранирование. В самих головках используются тонкие пластинки из магнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью — высококачественные специальные сорта железа, пермаллой, аморфные магнитные материалы, ферриты и т. д. Некоторые типы таких материалов и покрытие головок сверхтвердыми материалами позволяют создавать головки со сроком службы в сотни тысяч часов (обычные головки служат не более нескольких тысяч часов — довольно абразивная поверхность ленты стирает поверхность головки, что видно даже на глаз).

Новые типы головок на основе аморфных магнитных материалов разработала японская фирма Technics. Эти головки Amorphous-Zобладают уникальным качеством они заметно улучшают воспроизведение записей даже со старых пленок. Головки обладают повышенной отдачей, уменьшают уровень шумов при воспроизведении и даютболее равномерную АЧХ, чем обычные головки. Результатом применения таких головок, имеющих, кстати, довольно необычную конструкцию (применяется магниторезистивный пленочный элемент), является существенное повышение прозрачности звучания. Эти головки применены в деках фирмы Technics

Подмагничивание магнитной записи

В данный момент магнитная запись если не умерла, то лежит присмерти и тонкости этой науки осваивают только фрики, любители «теплого лампового звука» (не удивлюсь увеличению их количества, как случилось с грампластинками).
Тем не менее, магнитная запись активно существовала более 60 лет и в ней были некоторые неявные тонкости, при этом интересные для попаданца…

Вообще, история магнитной записи длиннее чем кажется.
Первая магнитная запись была продемонстрирована в 1878 году, при этом первая электронная лампа — 1905 год. То есть вменяемого усилителя не было (только трансформатор) и звук был… скажем так: тих и ужасен.

Как результат, магнитофон проиграл граммофону и был оставлен до 1930-х годов. Но работы по нему велись.

Идея подмагничивания появилась почти сразу.
Дело в том, что магнитный носитель имеет петлю гистерезиса.
Само явление очень интересное, появляется именно при перемагничивании. Перемагничивание не начинается при той же напряженности магнитного поля, как и первичное намагничивание. Нужно подать большую напряженность. Причем эта напряженность магнитного поля должна быть тем больше, чем сильнее намагничен материал. Получается такое себе запаздывание реакции, и зависит оно от текущего состояния материала.
Понятно, что явление нелинейное, а нелинейность в звукозаписи это уже совсем неприятно. Поэтому решили подать на записывающую головку постоянное напряжение, чтобы вывести систему на линейный участок. Когда такое предложили точно неизвестно, но качество записи от этого изменилось мало.

И тут — первый патент на перемагничивание переменным током, 1921 год.
Патент невнятный, открытие проскочило почти незаметным. Авторы в этом патенте много чего написали, и с подмагничиванием переменным током не разобрались. А явление само по себе неочевидное.

Дело в том, что если подать на записывающую головку кроме звукового сигнала еще просто переменный ток частотой 60 — 100 кГц, то результат записи улучшается просто драматически.

По легенде — открыто явление было абсолютно случайно, якобы инженер нечаянно уронил провод от работающего генератора на магнитную головку во время записи. Ситуация как бы мало представимая, даже для 1920-х годов и техники тех времен. Но с другой стороны в 1920-х изобретатели эффекта сами не поняли что обнаружили, а это говорит о том, что никакой теории под эффект не подводилось, изобретение было случайным.

Как бы ни было — но патенты на подмагничивание переменным током посыпались с 1937 года — в Америке, Германии, Японии. И, похоже, патенты были независимы. Вот тут уже, возможно, сначала что-то просчитывалось, а потом делались эксперименты.

В подмагничивании важен уровень подмагничивания — обычно он в районе нескольких миллиампер, что на порядок больше записываемого сигнала. От уровня подмагничивания зависит и динамический диапазон и АЧХ записи. Этот уровень всегда компромисс, при этом что чем выше частота записи, тем уровень должен быть ниже. В аппаратуре Hi-End этот уровень можно регулировать вручную. Ну и применяется динамическое подмагничивание, которое определяет какую частоту сейчас пишут и на ходу меняет уровень.

Что в этом попаданцу?

А зарегистрировать патент быстрее остальных. Причем — забить в нем все детали и эффекты, благо это все изучалось в радиокружках.

Но если попаданец будет современным дизайнером… то ему эту статью читать не надо, все равно ничего не поймет.

Магнитная звукозапись

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 августа 2016 года; проверки требуют 23 правки.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 августа 2016 года; проверки требуют 23 правки.

Основная статья: Звукозапись

Магнитная звукозапись основана на использовании свойств некоторых материалов сохранять намагниченность после прекращения воздействия на них внешнего магнитного поля.

Запись производится с помощью специального устройства — записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (чаще всего магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты.

История [ править | править код ]

Возможно, этот раздел содержит оригинальное исследование.
Добавьте ссылки на источники, в противном случае этот раздел может быть удалён. ( 4 декабря 2016 )

Низкое качество звука, обеспечиваемое механическими носителями, высокая цена аппаратов звукозаписи, непрочный и недолговечный носитель звука (фольга, восковые цилиндры) — все это говорило о том, что нужно искать новые пути звукозаписи.

Во-первых, нужно было найти новый носитель, который бы отвечал таким требованиям, как: низкая стоимость, прочность, удобство в работе, возможность повторного многократного использования.

Во-вторых, нужно было найти новый механизм для записи и воспроизведения звука — более простой в конструкции и более дешёвый.

Все это стало предпосылкой к тому, чтобы обратить внимание на магнитные свойства некоторых материалов и на само явление магнетизма. В 1878 году американский инженер Оберлин Смит впервые ознакомился с изобретением Эдисона — фонографом. Увидев потенциал этого аппарата, Смит приобрел экземпляр для своей лаборатории и принялся экспериментировать с его конструкцией. Результатом этих экспериментов стала статья «Некоторые возможные формы фонографа» (Some Possible Forms Of Phograph), вышедшая в 1888 году в нью-йоркском журнале «Электрический мир» (Electrical World). В своей статье, помимо двух вариантов механической записи звука (в качестве носителя предлагались стальная проволока и стальная лента, на которые с помощью иглы наносился бы «рисунок» звуковой волны), Смит впервые предложил конструкцию аппарата, в котором для записи звукового сигнала использовалось явление магнетизма. Это устройство он назвал полностью электрическим вариантом фонографа. В качестве носителя предлагалось использовать хлопковую или шелковую нить с прочно закреплёнными кусочками стальной проволоки, которые, под воздействием тока, идущего от микрофона, будут намагничиваться, проходя через катушку. По мнению изобретателя, такой аппарат увеличил бы громкость записи, так как в записи не присутствовали бы шумы механической природы (шум иглы, скребущей по поверхности носителя). К тому же такой аппарат можно было применять для записи речевых сообщений.

Смит опубликовал свои идеи усовершенствования фонографа с той целью, чтобы читатели, которых заинтересуют его идеи, воплотили бы их в жизнь, так как у изобретателя не было времени заняться этим самому. Изучив статью Смита, датский инженер Вальдемар Поульсен, после серии экспериментов, изготовил первый прибор магнитной записи на стальной проволоке, который он назвал телеграфон. В 1898 году Поульсен получил патент на своё изобретение.

Запись на стальной ленте

Ранние аппараты магнитной записи (АМЗ) создавались через замену носителя: вместо стальной проволоки стали применять тонкую стальную ленту.

Первым АМЗ, в котором стали применять стальную ленту, стал блаттнерфон, принадлежавший британскому кинопродюсеру и шоумену Луи Блаттнеру. В 1929 году Луи Блаттнер купил права на это изобретение у немецкого изобретателя Курта Штилле (Kurt Stille), который ещё в 1903 году, с целью экспериментов, привёз в свою мастерскую телеграфон Поульсена. Штилле усовершенствовал телеграфон, добавив в его конструкцию электронный усилитель, чтобы это устройство можно было использовать в качестве диктофона. В 1924 году улучшенный телеграфон вышел в продажу. Носителем по-прежнему была стальная проволока, но позже её заменили на стальную ленту, так как лента меньше рвалась и путалась. После покупки прав на изобретение Штилле Блаттнер назвал аппарат своим именем. Блаттнер использовал аппарат для озвучивания фильмов на своей студии «The Ludwig Blattner Picture Corporation».

В 1931 году Кларенс Н. Хикман (Clarence N. Hickman) из американской телекоммуникационной корпорации Bell Labs закончил прототип автоответчика — АМЗ на стальной ленте. Но его автоответчик не нашёл широкого применения, потому что политика американской AT&T запрещала применение таких устройств на общественных телефонных линиях.

В 1932 году британская BBC впервые применила в своём вещании АМЗ Маркони-Штилле (Marconi-Stille) на тонкой стальной ленте шириной 3 мм и толщиной 0,08 мм. Для воспроизведения высокочастотных звуков стальная лента должна была двигаться со скоростью 1500 мм/сек относительно записывающей и воспроизводящей головок. Это значит, что на получасовую программу уходило 3 км ленты, а катушка с лентой весила 25 кг. Из соображений безопасности этим АМЗ можно было управлять только с помощью пульта управления, который находился в отдельной комнате — из-за высокой скорости движения ленты, её упругости и острых, как бритва, краёв, работать рядом с лентой было небезопасно, в случае её обрыва, она могла отлететь и причинить серьёзную травму. Но помимо этих недостатков был и ещё один: технология записи в то время могла привести к обширной потере данных и плохому качеству аудиозаписи.

К середине 1930-х немецкая компания C. Lorenz разработала АМЗ на стальной ленте, который недолго применяли в своей работе европейские телефонные компании и немецкие радиосети.

В 1938 году немецкий инженер и изобретатель Йозеф Бигун (нем. Joseph Begun ) покинул Германию и переехал в Америку, где стал сотрудником научно-изобретательской компании Браша (Brush Development Company). В 1946 году Brush Development Company выпустила первый коммерческий катушечный АМЗ «Soundmirror BK 401».

Немецкие разработки в области звукозаписи

Магнитная звукозапись, такая какой мы её знаем сейчас, была разработана в 1930-е годы в Германии при сотрудничестве двух крупных корпораций: химического концерна BASF и электронной компании AEG, при содействии немецкой телерадиовещательной компании RRG.

В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер (Fritz Pfleumer), после ряда экспериментов с различными материалами, сделал напыление порошком оксида железа на тонкую бумагу с помощью клея. В 1928 году он получил патент за применение магнитного порошка на полоске бумаги или киноплёнке. В этом же году он демонстрирует публике свой прибор магнитной записи с бумажной лентой. Бумажная лента хорошо намагничивалась и размагничивалась, её можно было обрезать и склеивать. В 1936 году Национальный суд Германии признал права по патенту Пфлеймера недействительными, так как покрытие бумажной ленты железным порошком было изложено ещё в патенте Поульсена от 1898 года.

В 1932 году AEG, взяв на вооружение идею Пфлеймера, начала производство прибора для магнитной записи под названием «Магнетофон-К1». Носителем в нём была плёнка, которую изготавливал концерн BASF. «Магнетофон-К1» был представлен публике в 1935 году на радиовыставке в Берлине.

Эдвард Шюллер (Eduard Schüller) из AEG спроектировал «Магнетофоны» и изобрёл кольцевую головку для записи и воспроизведения. Этой головкой заменили иглообразную головку, так как последняя часто рвала плёнку.

Фридрих Маттиас (Friedrich Matthias) из IG Farben/BASF разработал многослойную плёнку, состоящую из подложки, клея и напыления порошком оксида железа. В 1939 году BASF представил публике эту плёнку. Это изобретение было революционным.

В это же время инженер Вальтер Вебер (Walter Weber) работал над улучшением качества воспроизведения магнитофонов, производимых AEG. Он проводил эксперименты с подмагничиванием плёнки. Опытным путём было доказано, что высокочастотное подмагничивание переменным током намного улучшает качество записи. Весной 1940 года Вебер получает патент на технологию высокочастотного подмагничивания переменным током, и уже в 1941 году AEG выпускает новую модель магнитофона — Magnetophon K4-HF. Технические характеристики этой модели превосходили все существовавшие тогда аппараты магнитной записи: благодаря разработанной Вебером технологии отношение сигнал/шум составило 60 дБ, а воспроизводить он уже мог частоты выше 10 кГц.

Во время Второй мировой войны страны — члены антигитлеровской коалиции (Британия, США, СССР, Франция, Китай, Польша) заметили, что в Германии проводятся радиотрансляции одновременно из нескольких городов, находившихся в разных частях страны. Американский инженер Ричард Рэнжер и группа других аналитиков предполагали, что это всё были копии одной фонограммы (в то время такие копии создавали специально для радиотрансляций на пластинках в 78 об/мин), однако качество звучания было таким, что его нельзя было отличить от прямой радиотрансляции и продолжительность этих трансляций была намного больше, чем позволял объём пластинки на 78 оборотов (полное время звучания примерно 11 минут). Перед окончанием войны американским войскам, находившимся в Европе, удалось вывезти несколько немецких «Магнетофонов» с радиостанции «Люксембург». В них содержались все ключевые технологии современной аналоговой магнитной записи, которые послужили основанием для дальнейшего бурного развития технологий в области магнитной записи.

Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

«Золотым веком» развития магнитозаписи считется конец 70-х — начало 80-х гг. XX века, когда ведущие электронные корпорации (главным образом японские и швейцарские) (в середине 80-х аналоговая магнитная звукозапись стала вытеснятся цифровой, на оптических носителях).

Технология [ править | править код ]

Ленту (проволоку) приводит в движение лентопротяжный механизм (ЛПМ)

Для записи применяется магнитная головка (может быть несколько: записи, воспроизведения и стирания сигналов; функции первых двух может выполнять одна). Для улучшения параметров записи применяется подмагничивание.

При записи, в усилителе записи (а впоследствии и в усилителе воспроизведения) проводится коррекция АЧХ, (см. Магнитофон#Электроника).

Также, применяется шумоподавление (напр., Dolby NR от Dolby).

Способы магнитной записи [ править | править код ]

Способы магнитной записи отличаются:

• направлением взаимного перемещения головки и ленты
  • продольное
  • поперечное
  • наклонное (или наклонно-строчное)
  • без подмагничивания — даёт неприемлемо низкое качество записи звука, применяется при наклонно-строчной записи видеосигнала и цифровых данных;
  • с подмагничиванием
    • постоянным полем — увеличивает чувствительность записи и расширяет динамический диапазон записи;
    • переменным полем (высокочастотное подмагничивание) — значительно уменьшает нелинейные искажения, расширяет динамический диапазон и увеличивает чувствительность записи.

    Несколько отличается магнитооптический способ записи, применяемый в системе Минидиск (MiniDisc). Помимо магнитного поля, воздействующего на магнитооптический слой диска, в ней также производится разогрев соответствующей точки записи лучом лазера до температуры, соответствующей точке Кюри (185 C°).

    См. также [ править | править код ]

    Литература [ править | править код ]

    1. Радиовещание и электроакустика: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Ю. А. Ковалгина. — М.: Радио и связь, 2002. — 792с.
    2. Меерзон Б. Я. Акустические основы звукорежиссуры. — Аспект Пресс, 2004 г. — 206 с.
    3. Кохно М. Т. Звуковое и телевизионное вещание: Учеб. — Мн.: ИП. «Электроперспектива», 2000. — 304 с.
    4. Владимир Островский.Истоки и триумф магнитной звукозаписи // «625» : журнал. — 1998. — № 3 . Архивировано 5 марта 2012 года.

    Ссылки [ править | править код ]

    • Основы радиоэлектроники. Магнитная запись звука(недоступная ссылка)
    • Звукозапись
    • Магнитная лента
    Похожие публикации:

    1. Для чего нужен трансформатор собственных нужд
    2. Как работают подшипники в колесе
    3. Фотон как порция энергии 5 букв
    4. Чем положительнее заряд тем потенциал электрода