Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику

Если бы зазор головки был бесконечно узким, мы получили бы линейную зависимость ЭДС индукции на выводах головки U воспрот частоты записанных колебаний. Но зазор нельзя сделать бесконечно узким. Во-первых, из механических соображений. В зазор между полюсами головки надо положить прокладку из твердого немагнитного материала, стачивающегося лентой примерно с той же скоростью, что и материал полюсных наконечников. Иначе зазор забьется ферромагнитной пылью от рабочего слоя ленты и головка вообще перестанет работать. Обычно для прокладки используют фосфористую бронзу, фольгу из которой трудно сделать тоньше нескольких микрометров. Впрочем, в последние годы разработаны головки с магнитопроводом из феррита. Зазором в них служит тонкий слой стекла. Эти материалы почти не подвержены абразивному действию магнитной ленты, поэтому стеклоферритовая головка служит гораздо дольше обычной. Во-вторых, при слишком узком зазоре уменьшится магнитный поток, ответвляющийся в магнитопровод, и уменьшится отдача головки. Следовательно, зазор имеет конечную толщину — несколько микрометров. Но как только при повышении частоты записанных колебаний на ширине зазора уложится более полуволны этих колебаний, ЭДС головки перестанет расти. А как только на ширине зазора уложится целая волна, т. е. один период колебаний, ЭДС головки упадет до нуля. Есть, правда, еще несколько максимумов отдачи головки, когда на длине зазора укладывается 3, 5, 7… или большее нечетное число полуволн записанного сигнала. Но практической пользы от этих максимумов нет, поскольку получить воспроизведение с приемлемым качеством при такой изрезанной, с нулями и максимумами, частотной характеристике просто нельзя.

Амплитудно-частотная характеристика головки с бесконечно узким зазором.

Изменение магнитного потока головки при увеличении ширины ее зазора.

Итак, мы имеем частотную характеристику воспроизведения сигналов с магнитной ленты. Как видим, она очень неравномерна. Со стороны низких частот диапазон ограничен линейным спадом (на низких частотах длина волны на ленте велика, поэтому скорость изменения магнитного потока в головке и ее ЭДС получаются малыми), а со стороны высоких частот — спадом, обусловленным конечной шириной зазора головки. Как часто случается в радиотехнике, приходится выбирать некоторый оптимум и так подбирать параметры ленты, толщину зазора и скорость протяжки, чтобы получать приемлемый частотный диапазон. Собственно, последние 20 лет в магнитной записи и решались преимущественно эти проблемы. Результаты достигнуты неплохие. Например, при скорости ленты 4,75 см/с на портативном кассетном магнитофоне хорошего качества удается записать диапазон звуковых частот 40 Гц… 12,5 кГц.

Разумеется, это невозможно было бы сделать без коррекции частотной характеристики усилителей как при записи, так и при воспроизведении. При записи в усилителе искусственно поднимают верхние звуковые частоты и тем самым компенсируют эффект саморазмагничивания ленты и частично — влияние конечной ширины зазора. При воспроизведении характеристику усилителя корректируют еще больше. Во-первых, поднимают нижние частоты, чтобы скомпенсировать падение ЭДС головки на этих частотах. Во-вторых, снова поднимают верхние частоты, чтобы скомпенсировать влияние ширины зазора головки. В результате стольких усилий получают примерно равномерную частотную характеристику сквозного канала — от входа усилителя при записи до выхода усилителя при воспроизведении.

Вид амплитудно-частотной характеристики головки при разной скорости движения носителя.

Амплитудно-частотная характеристика каналов записи и воспроизведения.

Но частотный диапазон канала записи-воспроизведения еще далеко не полностью определяет качественные показатели магнитофона. Нелинейные искажения (соответствие формы воспроизводимого сигнала форме записываемого) — еще один важный фактор. Сейчас научились делать очень хорошие электрические усилители — они вносят нелинейные искажения менее сотых долей процента. Остаются искажения сигнала от пленки. Их с очень большим трудом удается снизить до десятых долей процента. Здесь играет роль и качество ферромагнитного материала головок и правильный выбор частоты и амплитуды тока подмагничивания. Еще один важный параметр — отношение сигнал-шум. Шум, прослушиваемый в паузах записи, складывается из двух компонент: собственного шума очень чувствительного усилителя воспроизведения и шума размагниченной ленты.

Для снижения первой компоненты применяют специальные малошумящие транзисторы и тщательно согласовывают входные цепи усилителя с магнитной головкой, чтобы получить максимальную отдачу сигнала в усилитель. У хорошего магнитофона практически весь шум в паузах определяется шумом ленты.

Если вы хотите проверить свой магнитофон, поставьте кассету, на которой запись начинается не с самого начала ленты, прибавьте громкость и послушайте. Пока мимо головки движется ракорда, вы будете слышать только шум усилителя. Когда мимо головки будет протягиваться размагниченная лента, шум возрастет. Затем шум еще повысится — это начало записи. Добавится шум усилителя записи, микрофона или другого аппарата, с которого производилась запись. И наконец, появится звук записанной программы. Отношение сигнал-шум обычно определяют в децибелах по формуле

где U с макс - максимальное напряжение воспроизводимого сигнала; U ш— напряжение шума при протягивании размагниченной ленты.

Оба напряжения измеряют на выходах усилителя воспроизведения при одном и том же положении ручек регулятора громкости и тембра. У хороших бытовых магнитофонов отношения сигнал-шум достигает 50…60 дБ. У студийных магнитофонов оно выше. Для субъективной оценки заметим, что разность в 50 дБ это разность между сигналом, который «слышен довольно громко», и сигналом, который «почти не слышен».

Наконец, нельзя не упомянуть еще о нескольких параметрах магнитофона, целиком определяемых качеством лентопротяжного механизма. Сюда относятся стабильность скорости движения ленты, дополнительный шум и «рокот», создаваемые двигателем и другими вращающимися деталями. Эти помехи могут попадать в тракт воспроизведения как электрическим путем (электрические и магнитные наводки), так и чисто механическим. Последний, наверно, нуждается в разъяснении. Легонько стукните по воспроизводящей головке магнитофона, включенного в режим воспроизведения, каким-либо предметом. В громкоговорителе возникнет звук — это так называемый микрофонный эффект. Малейшие колебания витков обмотки, да и самой головки в магнитном поле, деталей механизма, имеющих остаточную намагниченность, приводят к возникновению ЭДС индукции, оказывающейся в данном случае помехой.