Магнитная запись

Федеральное агентство связи

ФГОБУ ВПО

Сибирский государственный  университет телекоммуникаций и  информатики

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: «Магнитная запись»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2012

Содержание

1 Введение……………………………………………………………………..3

2 Историческая справка………………………………………..………….…4

3 Ранние АМЗ на стальной ленте………………………………..………….4

4 Основы магнитной аналоговой записи………………………..………….5

5 Способы магнитной записи……………………………………..………….9

6 Об аналоговой и цифровой записи.........................................................10

7 Шум носителя магнитной записи………………………………………….14

8 Шумопонижение……………………………………………………….….16

9 Заключение…………………………………………………………………18

Список использованной литературы…………………………………….….19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введние

Магнитной записью называется способ записи информации путем изменения  магнитного состояния носителя и  создания в нем распределения намагниченности, соответствующего записываемому сигналу.

Магнитный способ записи и воспроизведения  звука основан на свойстве некоторых  материалов намагничиваться при помещении их в магнитное поле. Такие материалы получили название ферромагнитных (ферромагнетиков). Все ферромагнетики подразделяют на магнитожесткие и магнитомягкие. Магнитожесткие обладают свойством сохранять намагниченность длительное время после вынесения их из магнитного поля (гамма-окись железа, диоксид хрома и др.), поэтому их применяют при изготовлении звуконосителя магнитной ленты. Магнитомягкие ферромагнетики после воздействия внешнего магнитного поля намагниченность не сохраняют (пермаллой, феррит и др.), поэтому их используют для изготовления магнитных головок.

Явление намагничивания и используется в магнитофонах. Микрофон преобразует  звуковой сигнал в электрический. Этот сигнал при помощи магнитной головки записывают на движущийся звукосниматель (магнитную ленту), рабочий слой которого состоит из частиц магнитожесткого ферромагнетика, в результате на ленте остается магнитный след (остаточная намагниченность). Полученную на звуконосителе запись называют фонограммой.

Для воспроизведения записи звуконоситель с фонограммой приводят в движение относительно воспроизводящей магнитной головки с такой же скоростью, как и при записи. Внешний магнитный поток ленты проходит через магнитную головку, индуцируя в ней ЭДС, представляющую собой записанный сигнал в электрической форме. Этот сигнал усиливают и направляют в громкоговоритель.

Характерной особенностью магнитного способа записи и воспроизведения  является то, что магнитная запись не нуждается в обработке. Звук может быть воспроизведен сразу же или спустя любое время после записи. Прослушивание записанной информации может быть осуществлено многократно без заметного ухудшения качества записи. Один и тот же звуконоситель при необходимости используют для новых записей, так как фонограмма легко "стирается" путем размагничивания звуконосителя при помощи стирающей магнитной головки, на которую подают переменный ток определенной силы, формы и частоты.

К аппаратуре для магнитной записи и воспроизведения звука относятся  магнитофоны, магнитофоны-приставки, магнитофоны-проигрыватели  и магнитофонные панели. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Историческая справка

Аналоговая магнитная  запись

         До появления магнитной записи звука еще в 1877г. Т. Эдисон патентует фонограф — устройство, в котором пишущая игла, управляемая мембраной, оставляла след на валике с оловянной фольгой. На основе фонографа в дальнейшем был изобретен граммофон и другие приборы с механической звукозаписью.

         Принципиально новый способ записи в 1898 г. предложил датский изобретатель Вальдемар Паульсен (1869-1942), работавший в копенгагенской телефонной компании. К тому времени было известно о свойствах ферромагнитных материалов сохранять остаточное намагничивание, соответствующее напряженности магнитного поля, то есть при изменении параметра внешнего магнитного поля намагниченность материала изменялась и сохранялась неограниченное время. В качестве носителя информации В. Паульсен выбрал стальную проволоку, а в качестве преобразователя звука — телефонный микрофон. В 1900 г. на выставке в Париже им было продемонстрировано звукозаписывающее устройство — телеграфон, где магнитная головка скользила вдоль рояльной струны. Но современники не смогли оценить практическое значение данного изобретения, и фонограф по-прежнему продолжал доминировать над другими способами аудиозаписи.

           Однако это не смутило В. Паульсена, и он стал совершенствовать лентопротяжный механизм, чтобы проволока могла наматываться на катушки, а магнитная головка оставалась неподвижной. Вскоре телеграфон мог записывать звук с продолжительностью 30 мин, но чрезмерный уровень шума и неудобство работы с проволокой привели к тому, что в 1918 г. производство телеграфонов было полностью прекращено. Широкое распространение магнитная звукозапись получает в 30-е гг. XX в., после того как немецкая компания BASF разрабатывает специальную долговечную и простую в обращении ленту на ацетатной основе, покрытую ферромагнитным порошковым слоем.

             В наше время плотность магнитной записи достигает немногим более 100 бит/см3, хотя теоретически этот параметр может быть повышен почти в 10 раз. 

             В современных аналоговых студийных магнитофонах скорость перемещения ленты относительно магнитной головки составляет 38,1 см/сек, в репортерских — 19,05 см/сек или 9,53 см/сек. Основным недостатком магнитной записи являются шумы, возникающие в основном из-за звуконосителя: мельчайшие частицы ферромагнитного порошка располагаются на лавсановом слое ленты неравномерно, соответственно возникает магнитная неоднородность (структурные шумы), кроме того, механический контакт ленты с магнитной головкой (записывающей или воспроизводящей) неодинаков (контактные шумы).

 

3 Ранние АМЗ на стальной ленте

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

            Первым АМЗ, в котором стали применять стальную ленту, стал блаттнерфон, принадлежавший британскому кинопродюссеру 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 озвучки 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 телерадиовещательная корпорация (BBC) впервые применила в своем 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 Джозеф Бигун (нем. Joseph Begun) покидает Германию и переезжает в Америку, где становится сотрудником научно-изобретательской компании Браша (Brush Development Company). В 1946 году Brush Development Company выпускает первый коммерческий катушечный АМЗ "Soundmirror BK 401".

                 Первоначально пленки для катушечных АМЗ изготавливали из бумаги, покрытой порошком оксида железа. Позже, в 1948 году американская инновационно-производственная компания Minnesota Mining & Manufacturing Company (3M) начала выпускать магнитную ленту на полимерной основе.

4 Основы магнитной аналоговой записи

             

Магнитная звукозапись основана на свойстве ферромагнитных материалов намагничиваться под воздействием магнитного поля и сохранять остаточное намагничивание по выходе из этого поля. По мере надобности полученную фонограмму можно стереть переменным магнитным полем.  

        Поле магнитной головки намагничивает ленту и преобразует временные изменения сигнала в пространственные изменения остаточной намагниченности ленты. Полученная таким образом невидимая запись представляет собой совокупность большого числа магнитиков, имеющих различную длину и напряженность поля. Лента имеет тонкую гибкую основу из лавсана, полиэфирных смол, поливинилхлорида или из других полимерных материалов; наиболее широко используется основа из полиэфирной смолы; толщина стандартных лент составляет около 50 мкм. Основа ленты покрывается порошком из магнитного окисла, состоящим из мельчайших частичек игольчатой формы. В настоящее время известны три типа лент. Первый - g - окисел железа (Fe₂O₃). Второй - двуокись хрома (CrO₂). Третий - металлический (Me). Независимо от типа окислы должны наноситься на материал основы при строго определенных условиях, позволяющих получить однородный слой толщиной около 4 мкм.

Рисунок 1- Магнитная лента в размагниченном состоянии. Домены имеют случайную полярность.

           

              Как на ленте фиксируется сигнал и почему он не исчезает? 

     Магнитный слой, как уже упоминалось, изготавливается из магнитотвердого ферромагнитного материала. В любом ферромагнетике содержатся элементарные "магнитики" - домены. Даже атом с одним электроном, вращающимся с некоторой скоростью вокруг ядра, является элементарным магнитом, так как движущийся заряд электрона создает кольцевой ток, имеющий свое собственное магнитное поле. Отдельно взятые магнитные поля атомов очень слабы, но в домене все элементарные магнитные поля атомов складываются и образуют магнитное поле домена. Если ферромагнетик не намагничен, то магнитные поля отдельных доменов ориентированы хаотично по отношению друг к другу, и результирующее магнитное поле равно нулю. Если же этот ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, например, в виде сердечника в катушку индуктивности, то под воздействием этого поля магнитные поля доменов сориентируются в одном направлении. При этом к внешнему полю добавляются собственные поля доменов, и общее поле резко возрастает. Ферромагнетики характеризуются коэффициентом относительной магнитной проницаемости, показывающим, во сколько раз возрастает магнитная индукция в веществе по сравнению с внешним пространством. Относительная магнитная проницаемость может доходить у ферромагнетиков до нескольких десятков тысяч. Во столько же раз возрастает и магнитное поле в сердечнике. для изготовления сердечников магнитной головки используются магнитомягкие ферромагнетики. При снятии внешнего магнитного поля у таких материалов индукция исчезает. Магнитотвердые же ферромагнетики сохраняю некоторую намагниченность и после полного снятия внешнего магнитного поля. Рассмотрим, как происходит процесс намагничивания магнитотвердых материалов.

Рисунок 2 - Петля гистерезиса.    

На рис. 2 по горизонтали отложена напряженность внешнего магнитного поля Н. Она пропорциональна, например, силе тока в обмотке записывающей головки. По вертикали отложена магнитная индукция в магнитном материале. Начнем увеличивать ток в обмотке головки. На начальном участке кривой магнитная индукция в материале нарастает медленно, затем появляется участок быстрого роста индукции и, наконец, участок насыщения, когда при дальнейшем росте внешнего поля индукция не увеличивается. предельная величина индукции магнитного слоя называется индукцией насыщения В_нас. Кривая называется основной кривой намагниченности. Теперь начнем уменьшать ток в обмотке головки. Домены в магнитном слое продолжают сохранять ориентацию, и магнитная индукция материала не уменьшается до нуля при обращении напряженности внешнего магнитного поля в нуль. Величина магнитной индукции при нулевом внешнем поле называется остаточной магнитной индукцией. Чем она больше, тем сильнее будет притягивать металлические предметы магнит, сделанный из этого материала, тем большим может быть уровень записи на магнитной ленте из этого же материала. Чтобы размагнитить материал слоя, надо подать в обмотку ток противоположного направления. Напряженность поля, при которой индукция В обратится в нуль называется коэрцитивной силой. Чем больше коэрцитивная сила, тем труднее размагнитить материал, тем меньше по размеру соседние домены с противоположной намагниченностью сохраняют ее. Увеличив затем ток в обмотке (в обратном направлении), намагнитим материал, но "наоборот". Периодически перемагничивая материал, получаем некоторую замкнутую кривую, называемую петлей гистерезиса. Чем больше площадь петли, тем большую работу на перемагничивание надо затратить.  

  

 

          Как производится запись сигналов?

          Непосредственно записать сигнал звуковых частот, подав его на выводы обмотки головки, конечно можно, но при этом качество записи будет совершенно неудовлетворительным. Для объяснения этого обратимся к основной кривой намагниченности (рис. 3.). Она показана для намагничивания в обоих направлениях. Поскольку начальный участок кривой пологий, то намагничивание ленты при слабых сигналах происходит плохо. Искажения сигнала при этом будут недопустимо велики. Современный метод записи, применяющийся в аналоговых магнитофонах, использует линеаризацию кривой намагниченности с помощью высокочастотного сигнала подмагничивания. При записи в обмотку головки наряду со звуковым подается высокочастотный сигнал, имеющий значительно больший уровень, чем звуковой. Высокочастотное магнитное поле, вызываемое этим сигналом, как бы раскачивает домены ферромагнетика, разрушая жесткие связи между ними и облегчая намагничивание ленты. Напряжение подмагничивания обеспечивает запись сигналов с использованием наиболее линейных участков основной кривой намагниченности. Так как напряжение подмагничивания успевает перемагнитить ленту несколько раз за время прохода мимо зазора головки, то эти колебания практически не остаются в записи.