Magnetický záznam zvuku

Magnetický záznam zvuku
Strucný historický prehlad
Pociatky magnetického záznamu sa spájajú so snahou zaznamenávat akustické
signály, t.j. hovorené slovo a hudbu. Prvé takéto zariadenie, ktoré využívalo princíp
magnetického záznamu, zostrojil Valdemar Poulsen (1869-1942). Za toto záznamové
zariadenie získal Grand Prix na svetovej výstave v Paríži v roku 1900. Tento prístroj,
ako aj dalšie z tohto obdobia používal ako nosic ocelový drôt s priemerom 1 mm, ktorý
sa pohyboval rýchlostou 20 m/s. Hoci sa neskôr prístroj zdokonalil používaním
jednosmernej predmagnetizácie, používal sa len na záznam reci. Kvalitatívne
nedostatky v porovnaní s mechanickým záznamom na gramofónovú platnu, ako aj so
záznamom na film, boli také velké, že sa neuplatnil v oblasti záznamu hudby. Tento
stav trval prakticky až do roku 1935. Významným krokom, ktorý znamenal zlepšenie
vlastností zariadenia, bola náhrada ocelového drôtu plochým papierovým nosicom,
ktorého povrch bol pokrytý železitým práškom. Namiesto papiera sa neskôr ako
podložka zacala používat acetylcelulóza. Nový nosic sa mohol strihat a lepit bez
zhoršenia parametrov, nehladiac na lepšie možnosti ukladania. Aby sa mohla znížit
rýchlost posunu nosica, bolo potrebné sústredit magnetické pole pomocou vhodnej
konštrukcie hlavy – takouto konštrukciou bol prstencový tvar. Prstencová hlava spolu
so zdokonaleným nosicom umožnila zníženie rýchlosti posunu na 72 cm/s.
Pozoruhodným mílnikom na ceste zdokonalovania záznamu bolo v roku 1940
zavedenie predmagnetizácie vysokofrekvencným signálom, ktorý sa zmiešaval so
zaznamenávaným signálom. To prinieslo prenikavé zlepšenie odstupu rušivých napätí a
zmenšenie nelineárneho skreslenia. Takto sa stal magnetický záznam akustických
signálov, aj hudby, konkurencieschopným s ostatnými druhmi záznamu a to nielen z
hladiska kvality, ale aj iných prevádzkových a ekonomických cinitelov. K tomu prispelo
aj zdokonalenie transportného mechanizmu zavedením trojmotorového systému, ktorý
sa principiálne používa dodnes. Kvalita záznamu hudby bola v štyridsiatych rokoch na
úrovni, ktorá umožnovala používat tieto záznamové zariadenia v rozhlasovej štúdiovej
prevádzke, s názvom štúdiové magnetofóny. Pocas II. Svetovej vojny a ihned po nej
spomalil sa vývoj v Európe, zato v USA pokracovali práce jednak vo vývoji nových
technológií, jednak vo vývoji nových systémov.
Magnetický záznam zacal prenikat postupne aj do iných oblastí, ci už to bol film alebo
gramofónový priemysel.
Zacalo sa rozvíjat priemyselné odvetvie magnetofónov pre všeobecné použitie, ktoré
slúžilo najprv len amatérom a neskôr širokej verejnosti na záznam hudby a slova.
V pätdesiatych rokoch zacínajú prvé pokusy záznamu televízneho obrazu na
magnetický nosic a súcasne sa rozvíja záznam analógových signálov pre meracie úcely.
Záznam
Priamy magnetický záznam je pre lahkú reprodukovatelnost a možnost zmazania
doteraz najrozšírenejším spôsobom záznamu signálu. K záznamu sa používa pás
opatrený magneticky aktívnou vrstvou, ktorý sa magnetizuje bud pozdlžne (v smere
posunu), alebo v šikmých stopách (pod urcitým uhlom). Kolmá magnetizácia sa skúša
pre císlicový záznam signálu.
Princíp magnetického záznamu signálu spocíva vo zmagnetizovaní pásu záznamovou
hlavou, vytvárajúcej v štrbine magnetické pole, ktorého intenzita odpovedá okamžitej
hodnote signálového prúdu. Nad štrbinou záznamovej hlavy sa vytvára rozptylové pole
dané silociarami spájajúcimi miesta rovnakej velkosti intenzity magnetického pola.
Pri rozložení vektoru intenzity do smeru rovnobežného so smerom pohybu pásu sa
získa pozdlžna zložka intenzity Hx s maximom uprostred štrbiny. V prípade širokej
štrbiny sa vytvárajú 2 maximá Hx na povrchu hrán pólov záznamovej hlavy. Cím je
vrstva záznamového materiálu bližšie k štrbine záznamovej hlavy, tým je maximum
intenzity väcšie a špicatejšie. Preto je silná, magneticky citlivá vrstva na páse
nevýhodná k dosiahnutiu co najväcšej rozlišovacej schopnosti záznamu (pre záznam
vysokých kmitoctov). Permeabilita magnetickej vrstvy pásu u = 1 a neovplyvnuje
rozptylové pole záznamovej hlavy.
Podobne možno rozložit vektor intenzity magnetického pola do smeru kolmého k
rovine pásu na zložku kolmú Hy. Kolmá zložka intenzity je v strede štrbiny nulová. Pred
osou a za osou štrbiny sa jej zmysel mení. Ak je hodnota kolmej intenzity Hy znacná,
nastáva skreslenie v prípade záznamu impulzov.
Bolo zistené, že u kruhových hláv pri pozdlžnom magnetizovaní postací predpokladat
iba pozdlžnu zložku Hx a kolmú Hy možno zanedbat.
Rozptylové magnetické pole pred štrbinou záznamovej hlavy vytvára v páse zbytkový
magnetizmus v podobe elementárnych magnetov, ktorých dlžka je rovná polovici
vlnovej dlžky zaznamenaného kmitoctu, a ktoré sú orientované súhlasnými pólmi k
sebe.
Vztah medzi intenzitou rozptylového magnetického pola záznamovej hlavy a
magnetickou indukciou na páse vyjadruje prenosová, alebo dynamická charakteristika
záznamového procesu. Možno ju namerat pri zázname harmonického signálu nízkeho
kmitoctu (bez predmagnetizácie) za súcasného snímania nezataženou snímacou
hlavou. Dynamická charakteristika nie je lineárna, je symetricky zakrivená podla
pociatku a pri zázname vzniká skreslenie nepárnymi harmonickými daného signálu.
· Záznamová hlava
Magnetizacné pole vytvára vysokofrekvencný predmagnetizacný prúd, na ktorý sa
superponuje nf záznamový prúd signálu, ktorý prechádza cez vinutie hlavy.
Silociary v každom mieste urcujú smer intenzity. V priestore pred štrbinou a za
štrbinou prevláda priecna zložka, naproti tomu uprostred štrbiny prevláda pozdlžna
zložka pola vzhladom na pohyb nosica (pozdlžna je v smere pohybu, priecna kolmo na
smer). Nosic, resp. jeho aktívna magnetická vrstva, je nad štrbinou.
Aby sa úplne zmagnetizovali magnetické castice celej aktívnej vrstvy, musí mat
silociara väcšiu hodnotu intenzity alebo rovnakú, ako urcitá kritická hodnota približne
sa rovnajúca koercitívnej sile Hc daného pásu. To vedie ku koncepcii záznamovej zóny.
Záznamová zóna má urcitú šírku okolo silociary, ktorá znázornuje Hc, a v ktorej sa
odohráva vlastný proces záznamu.
Ked sa pozorovaný úsek pásu pri zázname priblíži k štrbine, vstúpi do cela záznamovej
zóny, v ktorej narastá pozdlžna zložka intenzity magnetizujúceho pola. Ked prechádza
ponad štrbinu, všetky magnetické castice sú vystavené pôsobeniu vysokofrekvencného
predmagnetizacného pola a stav ich magnetizácie sa mení v rytme frekvencie vf pola
po maximálnej hysteréznej krivke. Ked pozorovaný úsek nosica opúšta štrbinu na jej
zadnej hrane, prechádza záznamovou zónou a remanentná magnetizácia, ktorú získajú
castice, zodpovedá prítomnosti superponovaného nízkofrekvencného záznamového
signálu. O tom, ci sa aktívna vrstva pásky zmagnetizuje v celej svojej hrúbke, závisí
jednak od toho, aká je jej hrúbka, a jednak od toho, akú polohu a tvar bude mat
záznamová zóna. Poloha a šírka záznamovej zóny závisí od šírky štrbiny a od amplitúdy
vf predmagnetizacného pola.
Šírka záznamovej zóny urcuje najkratšiu vlnovú dlžku, ktorú možno zaznamenat na
pás. Ak sa zmení polarita záznamového pola o 180° pocas pohybu pásu v záznamovej
zóne, výsledná magnetizácia na páse bude nulová.
Šírky štrbín záznamových hláv sa pohybujú v rozsahu od jedného do niekolko desiatok
um. Obycajná záznamová hlava s jadrom má napr. štrbinu širokú 6 um a šírku
záznamovej zóny 0.8 um, co umožnuje záznam vlnových dlžok asi 1.5 um. Niektoré
hlavy majú štrbiny aj o desatinný rád užšie.
Vzhladom na to, že v mnohých aplikáciách ide aj o záznam strmých hláv impulzov,
zjednoduší sa návrh záznamového zosilnovaca, ak je indukcnost záznamovej hlavy
nižšia. Indukcnosti sa pohybujú v rozsahu 0.2 až 20 mH.
Rezonancná frekvencia má byt co najvyššia (1 MHz a vyššie), kedže ide o
predmagnetizacné prúdy s frekvenciami niekolko sto kHz a vyššie.
Predmagnetizácia
· Jednosmerná predmagnetizácia
Na zníženie skreslenia magnetického záznamu sa posúva pracový bod do lineárnej
casti dynamickej charakteristiky. U menej akostných magnetofónov sa používala
predmagnetizácia jednosmerným prúdom na zmazaný pás zmagnetizovaný do
nasýtenia. V tomto prípade musela mat intenzita magnetického pola záznamovej hlavy
opacný smer ako intenzita pola permanentného magnetu, ktorý spôsobil zmazanie
starého záznamu. Prakticky sa pracovný bod našiel zmenou hodnoty jednosmerného
predmagnetizacného prúdu so superponovaným harmonickým signálom, až sa dosiahlo
minimum nelineárneho skreslenia. Jednosmerná predmagnetizácia nie je výhodná,
pretože zhoršuje odstup signálu k šumu vplyvom nehomogenity aktívnych ciastociek
magneticky citlivej vrstvy pásu, ktoré po zmagnetizovaní indukujú v snímacej hlave
rušivé napätie.
· Ultrazvuková predmagnetizácia
Kvalitný záznam možno vytvorit ultrazvukovou predmagnetizáciou na predom
odmagnetizovaný pás. Záznamový signálový prúd sa superponuje so striedavým
predmagnetizacným prúdom, ktorého kmitocet je zhodný s kmitoctom oscilátoru
mazacej hlavy (kvôli interferencii) a leží nad pocutelným akustickým pásmom od 40
kHz vyššie. Vysoký kmitocet oscilátoru spôsobuje väcšie straty v mazacej hlave, nižší
kmitocet ako 40 kHz spôsobuje pocutelnú interferenciu predmagnetizácie so
zaznamenaným signálom. Casový priebeh predmagnetizacného prúdu musí byt
symetrický, aby nevznikla jednosmerná magnetizácia pásu, ktorá spôsobuje šum.
Snímanie
Pri snímaní sa pohybuje nosic s remanentnou indukciou pred štrbinou snímacej hlavy.
Magnetický tok nosica sa uzatvára cez jadro snímacej hlavy a casovou zmenou tohto
toku v súlade s Faradayovým zákonom indukuje sa v závitoch snímacej hlavy napätie.
Ak je magnetický tok obrazom záznamového prúdu, potom napätie snímacej hlavy je
deriváciou tohto toku. Pri harmonickom priebehu magnetického toku bude jeho
maximálna casová zmena tam, kde tok mení polaritu, t.j. prechádza cez nulovú
hodnotu. To znamená, že tam bude aj maximálne indukované napätie, inými slovami:
medzi signálom na vstupe záznamového zariadenia (ktorý reprezentuje záznamový
prúd) a signálom na výstupe zariadenia (ktorý reprezentuje napätie snímacej hlavy)
bude fázový posun 90°. Kedže velkost snímaného napätia závisí od rýchlosti, s akou sa
mení tok, bude toto napätie pri konštantnej amplitúde harmonického priebehu toku
úmerné frekvencii. To znamená, že v logaritmickej mierke priebeh vzrastá o 6 dB na
oktávu (20 dB na dekádu). To platí pre ideálny proces záznamu a snímania.
V skutocných záznamových zriadeniach sa velkost snímaného napätia odchyluje od
priamky tak v oblasti najnižších, ako aj v oblasti najvyšších frekvencií. Tieto odchýlky
sa v skutocných zariadeniach vyjadrujú stratami.
· straty
Kategorizácia strát podla frekvencie nevystihuje správne povahu strát, kedže nie vždy
je prícinou strát vysoká alebo nízka frekvencia, ale môže to byt krátka alebo dlhá
vlnová dlžka signálu zaznamenaného na nosici. Inými slovami o frekvencných stratách
môžeme hovorit len v záznamovej alebo snímacej hlave. Ostatné straty majú povahu
strát z dôvodu vlnovej dlžky zaznamenaného signálu. Jedny aj druhé ovplyvnujú
amplitúdovú a fázovú frekvencnú charakteristiku záznamového zariadenia.
· Snímacia hlava
Snímacia hlava má dodávat co najvyššie napätie na vstup snímacieho zosilnovaca. Z
toho vyplýva, že je výhodné použit jadrá s velkou pociatocnou premeabilitou a malou
koercitívnou silou (malé hysterézne straty). Rezonancná frekvencia má byt vyššia ako
je daná hranicná frekvencia prenášaného pásma. Z toho vyplýva požiadavka malej
kapacity vinutia, co však znižuje indukcnost. Indukcnosti bývajú v rozsahu 3.0 až 100
mH. Šírka štrbiny sa pohybuje od 0.1 do 10 um.
Mazanie
· Mazacia hlava
Úlohou tejto hlavy je vymazat záznam na nosici, co sa spravidla deje automaticky pred
každým záznamom. Aby sa dokonale zmagnetizoval nosic, vyžaduje sa silné pole v
štrbine a na rozdiel od záznamovej hlavy má byt rozloženie magnetického pola také,
aby pri pohybe nosica pozvolna klesalo. Tým sa dokonale odmagnetizuje nosic. Z toho
dôvodu je šírka štrbiny o dva rady väcšia ako v záznamovej hlave (0.1 až 0.3 mm ).
Materiál štrbiny je vytvrdzovaný papier, keramika, sklo, prípadne kombinácia s
elektricky vodivou vložkou alebo vložkou z magneticky mäkkého materiálu. Toto
vyhotovenie sa nazýva dvojitá štrbina a dosahuje sa tým lepšia úcinnost vymazávania.
Výsledkom je nižší potrebný príkon do hlavy, a tým aj nižšie oteplenie. Toto oteplenie
hlavy môže poškodit magnetický nosic v jeho pokojovej polohe (nosic bez pohybu).
Šum pásu
Šum vzniká pri reprodukcii, je spôsobený nehomogenitou magnetickej vrstvy a stavom
jej povrchu. Delí sa na štruktúrny a kontaktný.
· Štruktúrny šum
Štruktúrny šum spôsobuje nerovnomerné rozdelenie magnetických castíc v šírke a
hrúbke aktívnej vrstvy nosica. Je to náhodný proces, ktorý závisí na vzájomnom
rozložení domén.
· Kontaktný šum
Kontaktný šum je spôsobený zmenou dotyku medzi hlavou a povrchom magneticky
citlivej vrstvy. Na šum majú vplyv vibrácie nosica (pozdlžne i priecne) i zmeny
šírky a hrúbky spôsobené už pri výrobe.
Rozlišujú sa:
· šum v medzerách pásu
· šum pásu magnetizovaný jednosmerným polom
· šum modulacný, ktorý je spojený so zaznamenaným signálom
· šum v medzerách záznamu je náhodný proces, u ktorého magnetické domény majú
rovnaké magnetické momenty a sú orientované v jednom z 2 smerov pozdlž pásu.
Tento kludový šum je stacionárny proces a pripocítava sa nekorelovane k signálu. Pri
zmenšovaní objemu domén šum klesá.
· ak sa zmazaný pás namagnetizuje v homogénnom poli cievky, pretekanom
jednosmerným prúdom, vzniká jednosmerný šum, ktorý nemožno vysvetlit šumovým
modelom jednotlivých castíc. Predpokladá sa, že 20 % castíc sa zbalí do hustého
aglomerátu. Jednosmerný šum spôsobuje nerovnomerné rozdelenie castíc vo vnútri
zhluku. Je zrejmé, že materiály s nízkoremanentnými oxidovými casticami majú menší
jednosmerný šum.
· modulacný šum multiplikatívny je spôsobený retazením castíc, ako i povrchovou
drsnostou. Modulacný šum výkonovej spektrálnej hustoty magnetického toku nie je
konštantný, stúpa u dlhých vlnových dlžok.
Šum nameraný analyzátorom s konštantnou šírkou pásma je maximálny u všetkých
typov pásov v oblasti nízkych kmitoctov priliehajúcich k zaznamenanému kmitoctu
signálu 10 kHz. Tento šum vytvára amplitúdovú moduláciu vplyvom nehomogenity
magneticky citlivej vrstvy pásu a nedokonalým kontaktom pásu s indukcnou hlavou.
Vzdialenejšie maximá postranných šumových pásiem u niektorých typov pásov
zavinuje nerovnomerný posuv v magnetofóne spôsobený pozdlžnym kmitaním
podložky. Tieto maximá možno odstránit ukludnujúcimi kladkami vloženými do pásovej
dráhy magnetofónu.
U magnetického záznamu je treba co najmenšie ciastocky v magneticky citlivej vrstve,
pretože cím vyššia je hustota castíc, tým nižší je šum zo statického hladiska. V
najnovších magnetických vrstvách možno pokladat individuálne castice za
jednodoménové.
Modulacný šum sa meria pri reprodukcii rôznymi spôsobmi:
· meranie pomocou filtrov, ktoré oddelia zaznamenaný signál od kombinacných zložiek.
· amplitúdovo modulovaný signál sa detekuje a vyjadrí sa hlbka modulácie.
· zmeria sa šum pásu zmagnetizovaného jednosmerným prúdom.
Pre zníženie šumu pásu je treba:
· zmenšit rozmery magnetických castíc vo vrstve a zaistit ich rovnomerné rozloženie vo
vrstve.
· zlepšit povrch vrstvy.
· použit vysoký kmitocet predmagnetizacného prúdu so symetriou kladných a
záporných polovln.
· zmenšit hrúbku magnetickej vrstvy nosica.
Obmedzovace šumu
Pri reprodukcii signálu možno pre zvýšenie odstupu signál/šum zoslabit pocutelné šum
u komercných magnetofónov jednocestnými alebo dvojcestnými obmedzovacmi. Medzi
jednocestné patrí:
· redukcia šumu v medzerách záznamu
· systém DNL (Dynamic Noise Limiter).
Má základné kmitoctové pásmo bez signálu 4.5 kHz, s rastúcim vstupným napätím sa
šírka pásma zväcšuje. Filtrom hornej prepusti HP v pomocnej vetve obmedzovaca
prejdú kmitoctové zložky signálu nad 4.5 kHz. Vyššie kmitoctové zložky s úrovnou
menšou ako –40 dB sa redukujú.
Jednocestné obmedzovace šumu neumožnujú verný prenos signálu, pretože sú
zapojené iba do reprodukcnej cesty signálu.
Dvojcestné obmedzovace šumu sú založené na kompresii signálu pri zázname a
inverznej expanzii pri reprodukcii. Najrozšírenejší kompandér (kompresor expandér) je
systém Dolby® v prevedeniach A, B, C a SR. Princíp systému je založený na princípe,
že kompandér zlepší odstup iba voci šumu vznikajúcemu pri reprodukcii
zaznamenaného signálu. V kompresore sa slabé signály zosilnujú, aby sa dostali
úrovnovo nad šum magnetofónu a pri snímaní sa inverznou expanziou slabé pasáže
zoslabia na pôvodnú úroven a s nimi i šum magnetofónu.
Systém Dolby® využíva taktiež maskovacie vlastnosti ludského sluchu, ked sluch
vybudený silným signálom na urcitom kmitocte nepostrehne slabé signály, ktoré sú
silnému signálu kmitoctovo blízke. Silný signál lepšie maskuje spektrum nižších
kmitoctov (pod svojím kmitoctom), ako vyšších kmitoctov. Preto Dolby® A má
rozdelené akustické pásmo pásmovými priepustami na 4 kmitoctové subpásma, v
ktorých je signál spracovávaný nezávisle. Silný signál na urcitom kmitocte spôsobí
otvorenie iba ´svojho subpásma´, v ostatných zostáva zisk kompresorov a útlm
expandérov a teda potlacenie šumu maximálne. Obvod detektoru, ktorý vytvára
riadiace napätie pre kompandér a expandér musí vyhodnotit pseudoesfektívne hodnoty
signálu, ktoré sú nezávislé na fázových posunoch signálu, vznikajúcich v magnetofóne.
Dolby® B a C sú úzko pásmové kompandéry, ktoré redukujú šum iba v hornej casti
akustického pásma a kompresia s expanziou sa u nich nerealizuje riadenými
zosilnovacmi, ale preladovanými filtrami (sliding band compander - kompandér s
klzajúcim pásmom). Medzný kmitocet filtru je nastavený vždy do oblasti dominantnej
zložky signálu a nad nou stúpa zisk kompresoru a útlm expandéru. Dolby® C tvoria
dva kompresory a expandéry v kaskáde, pricom výsledok dvoch stupnov sa násobí
(scítava v dB). Jeden stupen je vysokohladinový (ako u Dolby® B), druhý spracováva
hladiny signálu o 20 dB nižšie. Dolby® C má oproti Dolby® B antisaturacný obvod na
vysoké kmitocty a viac potláca šum.
Dolby® SR (Spectral Recording).
Na vstupe kompresora sú v sérii dva filtre obmedzujúce pásmo v rozsahu 40 Hz – 12
kHz (strmost 12 dB/okt.), cím sa znižuje citlivost kompandéru na nerovnomernosti
kmitoctovej charakteristiky magnetofónu na konci akustického pásma. Potlacenie šumu
na okrajoch pásma nemusí byt maximálne, pretože citlivost sluchu je v týchto
oblastiach nižšia. Signálová cesta je rozdelená na tri úrovnové stupne, ktoré sú použité
z dôvodu dosiahnutia strmého rastu zisku kompresoru smerom od kmitoctu
dominantnej zložky signálu. Prahové úrovne stupnov sú –30 dB, -48 dB a –62 dB
pod referencnou úrovnou (tá je 20 dB pod úrovnou limitácie Dolby® SR).
Vysokoúrovnové a stredoúrovnové stupne sa skladajú z vysokofrekvencnej a
nízkofrekvencnej casti. Naviac je každá cast kombináciou obvodu s klzajúcim a pevným
pásmom (nepreladujúcim sa, kompresia je prevedená iba zosilnovacom a premenným
ziskom). Pevné a klzajúce pásma sú použité v kombinácii nazvanej ´funkcné
zastupovanie´ (function substitution). Dominantné zložky sú komprimované pomocou
obvodov s klzajúcimi pásmami, medzi kmitoctami dominantných zložiek prevláda
kompresia pomocou obvodov s pevným pásmom. Nízkoúrovnový stupen má iba cast
pre spracovanie vo vyššej kmitoctovej oblasti. Vo všetkých stupnoch sa môže cast pre
spracovanie vo vyššej kmitoctovej oblasti preladovat smerom k nízkym kmitoctom až
na 200 Hz a zaistovat kompresiu nad dominantnou zložkou signálu. Naopak
nízkofrekvencná cast sa preladuje smerom k vysokým kmitoctom až na 3 kHz a
zaistuje kompresiu pod touto zložkou. Deliaci kmitocet medzi nízko a
vysokofrekvencnými stupnami je 800 Hz. Každý stupen má zisk 8 dB (nad 800 Hz je
celkové zlepšenie dynamiky 24 dB, pod 800 Hz je 16 dB). Antisaturacné obvody majú
vplyv pod 100 Hz a nad 4 kHz a znižujú zisk kompresoru, ak rastie vybudenie nad
urcitú úroven.
Pre štúdiové úcely sa používa štandardizovaný magnetický tok úrovne Dolby® alebo
sa nastavenie expandéru voci kompresoru uskutocní kalibracným signálom zapísaným
na pás so záznamom. Pri snímaní možno podla neho nastavit presne zisk. Komercné
prevedenie Dolby® SR obsahuje generátor ružového šumu, tzv. Dolby® šum, ktorým
sa nastavuje úroven. Kvôli identifikácii je šum prerušovaný každé 2 sekundy na 20 ms.
Pri zázname sa Dolby® šum zaznamenáva s úrovnou –15 dB pod Dolby® úrovnou. Pri
snímaní sa Dolby® šum automaticky strieda s generovaným referencným šumom po 4
sekundách a posluchom sa obidva šumy striedavo automaticky porovnávajú.
Prepínaním šumu možno rýchlo poznat chyby v nastaveniach úrovní, korekcií a strmosti
hláv.
Okrem systémov Dolby® vznikla rada dvojcestných omedzovacov šumom rôznych
výrobcom, u ktorých je informácia o miere kompresie prenášaná iba pomocou zmien
úrovne v skomprimovanom signále a nie pomocou jeho absolútnej úrovne.
Magnetické pásy
Ako magnetické nosice sú najviac rozšírené magnetické pásy s magneticky citlivou
vrstvou a s podložkou z umelej hmoty. U niektorých pásov sa medzi pracovnú vrstvu a
podložku vložila adhézna vrstva, prípadne sa na povrch naniesla ochranná vrstva proti
oteru. Materiály podložky: diacetylcelulóza, triacetylcelulóza a PVC, teraz polyefíry
(najrozšírenejšií polyetyléntereftalát, a polyaramid pre naprášenú kovovú vrstvu.
Nedostatkom diacetylcelulózu bola znacná hydroskopicnost, co viedlo ku krúteniu pásu.
Podložky z triacetylcelulózy majú hladký povrch, umožnujú naniest po celej ploche
vrstvu rovnakej hrúbky. Triacetylcelulóza je 2x odolnejšia proti vlhkosti ako
diacetylcelulóza, má väcšiu pevnost v tahu a pružnost. Podložka PVC má pri pokojovej
teplote rovnakú pevnost ako podložka z tiracetylcelulózy, ale mäkne už pri nízkej
teplote, preto sa používa len zriedka. Najlepšia je polyetyléntereftalátová podložka,
ktorá je odolná proti otepleniu, vlhkosti a má 2x väcšiu pevnost ako diacetylcelulóza.
Používa sa pre pásy hrúbky pod 37 um. Diacetyl a triacetylcelulózové podložky sú
vhodné pre perforované pásy v kinematografii o hrúbke nad 37 um.
Materiály pracovných vrstiev: najprv sa používal oxid železnatoželezitý (magnetit)
Fe3O4, teraz prášok oxidu železa Fe2O3, dvojoxid chrómu CrO2, železokobaltové
prášky Co Fe2O3 a prášky z tenkých castíc cistého železa. Pre pokované pásy sa
používajú zliatiny Co NiP, Co P, Co W. Takmer všetky práškové materiály sú v tvare
ihliciek, majú mat jednoosú tvarovú a magnetokryštalickú anizotropiu.
· zvukové kazetové pásy
· IEC I (Normal)
Prášok Fe2O3, oxid železitý je ihlickového tvaru s pomerom dlhšej osi ku kratšej 5:1 –
10:1. Dlžka castíc je 0.2 um, priemer nesmie byt menší ako 10 nm, inak sa stávajú
superparamagnetické. Prášky majú v pracovnej vrstve koncentráciu 30 – 36 %.
Pomerne horšie sa orientujú – iba 20 – 30 % castíc.
· IEC II
Prášok CrO2, oxid chromicitý je v tvare ihliciek s pomerom dlžky k priemeru 15:1.
Castice sú monokryštály, dosahujúce objemovú koncentráciu vo vrstve 35 – 40 %.
Magnetická orientácia je dobrá, orientuje sa 80 % castíc. Základnými prednostami pásu
s CrO2 je malý modulacný šum a lepšia kmitoctová charakteristika pri porovnaní s
pásmi z Fe2O3.
· IEC III
Prášok Co Fe2O3 (oxid železitý obohatený kobaltom), málo rozšírený, má nízku
tepelnú stabilitu, preto sa pridávajú do vrstvy prísady. Castice prášku majú kubický
tvar, vo vela prípadoch majú viacosú anizotropiu (nerovnorodost). · IEC IV Fe (1973)
Prášky z castíc z cistého železa majú ihlickový tvar.
Lepšie prenášajú vysoké kmitocty ako pásy s práškom CrO2 aj pri väcšom
predmagnetizacnom prúde. Podstatnou prednostou týchto pásov je zvýšenie
dynamického rozsahu na vysokých kmitoctoch (o 6dB). Avšak predpokladom pre široké
použitie je nutnost zväcšenia mazacieho a predmagnetizacného prúdu. Používajú sa v
kazetových magnetofónoch.
· Obrazové pásy
Fólia na báze polyetylénu od 11 um do 36 um nesie magneticky aktívnu vrstvu hrúbky
od 4 um do 16 um. Niekedy protivrstva 2 um. Vrstva musí byt odolná voci oteru a
zahrievaniu. Zastavený obraz možno reprodukovat od 15 do 60 minút
Postup vyhotovenia magnetického pásu
Základnými materiálmi pre výrobu pásu sú:
· magneticky aktívny materiál
· väzivá
· rozpúštadlá
· riedidlá
· látky slúžiace na mastenie, disperziu, vytvrdzovanie
· podložka
Príprava polevu
Technologicky je tento proces podobný procesu prípravy farieb, avšak komplikovaný
tým, že castice polevu sú miniatúrne magnety a majú snahu kumulovat sa do hrciek.
To je v rozpore so základnou požiadavkou dobrého polevu, t.j. pripravit homogénnu
látku s rovnomernou objemovou koncentráciou magnetických castíc. Preto treba obalit
jednotlivé castice väzivom – látkou, ktorá zároven plní niekolko úloh:
· oddeluje jednotlivé castice od seba a bráni vytváraniu nerovnomerných objemových
koncentrácií
· tým, že obalí ihlickovité castice magneticky cinného materiálu, chráni súcasne hlavy
pred prílišným obrúsením
· vlastnosti väziva musia byt také, aby sa poleva dobre prilepila na podložku
· udržuje castice navzájom a bráni ich vytrhávaniu v procese záznamu (aktívna vrstva
sa nedrobí)
Polievacia hmota sa pripravuje v tzv. gulových mlynoch, v ktorých sa využívajú
vzájomné zrážky gulových telies na jemné rozomletie a disperziu prísad.
Polievanie
Polievací proces musí byt kontinuálny, t.j. nemôže sa zastavovat linka a potom zase
pokracovat. Inými slovami: všetky cinnosti na linke musia bezprostredne nadväzovat
na seba od vstupu podložky až po hotovú magnetickú pásku. Vo výrobe pásov jestvuje
niekolko technologických postupov polievania. Jeden z nich je nanášanie aktívnej
vrstvy na podložku. Presná hrúbka polevu sa dosahuje nožom, ktorý odstranuje
nadbytocnú látku.
Orientácia castíc
Ihned po polievaní, tzn. Kým je ešte poleva dostatocne viskózna, aby sa mohli castice
usporiadat v požadovanom smere, prechádza pás cez silné magnetické pole. Smer
silociar tohto pola sa volí podla toho, o aký druh pásu ide.
Pásy urcené na pozdlžny záznam zvuku, pásy na analógový záznam meracích signálov,
pásy na digitálny záznam dát majú orientáciu v smere pohybu podložky. Pásy na
záznam obrazu s priecne sa pohybujúcimi hlavami majú priecnu orientáciu.
Sušenie
Poliate pásy sa sušia v sušiacich peciach kombináciou teplého vzduchu, infracerveným
a mikrovlným žiarením.
Leštenie
Existuje druh strát na krátkych vlnových dlžkach, ktoré zaprícinuje vzdialenie nosica
od hlavy. Aby magneticky aktívna vrstva co najtesnejšie priliehala na štrbinu, vyžaduje
sa velmi hladký povrch bez hrbolcekov alebo dier. Nanesená a vysušená aktívna vrstva
bez dalšej úpravy takýmto kritériám nevyhovuje. Bez vyleštenia by takáto vrstva
pôsobila ako brúsny pás a velmi rýchlo by sa opotrebovali hlavy. Preto sa musí aktívna
vrstva brúsit a leštit. Proces však nesmie byt taký násilný, aby vytrhával aktívne
castice z väziva. To znamená, že leštenie musí byt postupné a jemné. Ako optimálny sa
zdá postup kombinovanej technológie tepelného spracovania s nasledujúcim
valcovaním alebo tzv. hladením. Pri tomto spôsobe sa castice nevytrhujú, ale vtlácajú
do väzbovej hmoty. Dosahuje sa tým hladkost povrchu asi 0.15 až 0.25 um.
Strihanie
Celý proces výroby pásov prebieha na základných šírkach podložky od 30 do 100 cm a
v dlžkach viac ako 1 000 m. Potrebné šírky pásov, t.j. 3.81 mm pre kazety (typu
Compact Cassette), Dalej najpoužívanejšia šírka pri zázname zvuku 6.25 mm. Pre
špeciálne použitie sa strihajú na rotacných diskových nožniciach pri vysokých
rýchlostiach. Zaužívaným zvykom výrobcov je dodržiavat menovitý rozmer so
zápornými toleranciami, t.j. strihat pásy tak, aby v nijakom prípade sa neprekrocili
menovité šírky. To znamená, že sa napr. pri 6.25 mm páse dovoluje tolerancia + 0.000
a - 0.05 mm. Je to preto, aby pás v nijakom prípade nebol širší, ako sú vodiace prvky
záznamových zariadení.
Dalšími krokmi pri výrobe pásov je meranie technických parametrov a balenie. O tom,
ktorý z mechanických, magnetických alebo elektrických parametrov sa má merat,
rozhodujú obory, v ktorých sa daný pás používa.
Dolby®, Dolby® A, Dolby® B, Dolby® C a Dolby® SR sú registrovanými ochrannými
známkami spolocnosti Dolby Laboratories.