Magnetický záznam zvuku Zpracoval: Ing. Jiří Sehnal 1
Magnetický záznam zvuku Princip magnetického záznamu zvuku spočívá v převedení zvukových kmitů na elektrické, kterými se trvale zmagnetizuje pohybující se zvukové médium (vrstva feromagnetika naneseného na nosiči z plastického materiálu), které potom při přehrávání vytváří kmity o stejné frekvenci, jako při nahrávání. Tyto elektrické kmity se potom převedou elektroakustickým měničem na kmity zvukové. Prvním magnetickým médiem byl ocelový drát. Byl patentován 1.12. 1898 Valdemarem Poulsenem. Toto zařízení pro záznam zvuku nazval telegrafon a bylo požíváno pro záznam hlasu. Telegrafon obsahoval dlouhý drát, podél kterého přejíždělo nahrávací zařízení. Drát uchovával změny magnetického pole. Pomocí čtecího zařízení bylo možné původní záznam zrekonstruovat. Později byl drát svinut do cívky a čtecím zařízením se pohyboval asi rychlostí 2,13 m/s. Tím byly položeny základy magnetofonu. V roce 1924 byl ocelový drát nahrazen kovovou páskou s magnetizovaným povrchem a o několik let později byla kovová páska nahrazena páskou z plastu na povrchu pokrytou tenkou vrstvou magnetického materiálu (železné rudy). V poslední fázi vývoje došlo k vytvoření skutečného magnetického pásku, takového, jaký ho známe dodnes. Magnetický záznam se provádí zmagnetováním magneticky tvrdého materiálu s velkou remanentní (zbytkovou) indukcí Br. Záznamovým materiálem je nejčastěji magnetofonový pásek tvořený nosičem (magneticky negativním) z plastické hmoty, na jehož povrchu je nanesena aktivní vrstva z magneticky tvrdých feritů. Tato magneticky aktivní vrstva se zmagnetovává štěrbinou záznamové hlavy magnetofonu. schéma magnetofonu MH mazací hlava ZH záznamová hlava SH snímací hlava Magnetofon obsahuje jeden, dva, někdy i tři elektromotory, které umožňují plynulý pohyb pásku a jeho rychlé převíjení vpřed i zpět. 2
Soustava magnetofonových hlav: - - mazací záznamová snímací Dále magnetofon obsahuje elektronickou část, potřebnou k mazání záznamu i reprodukci signálu. Záznamová hlava magnetofonu a) - záznamová magnetofonová hlava b) - elementární dipóly a délka vlny λ magnetofonového záznamu Záznamová hlava magnetofonu je tvořena magnetickým obvodem složeným z tenkých plechů s velkou permeabilitou a malými vysokofrekvenčními ztrátami, nebo je vytvořeno ze specielních feritů. schéma záznamové hlavy a řez záznamovou hlavou Jádro hlavy je přerušeno štěrbinou S šířky asi 5 mm. Na jádře jsou navinuty cívky L. Vinutím jedné z nich prochází záznamový proud, úměrný okamžité hodnotě zvukového signálu. Vznikající magnetické pole vystupuje v oblasti aktivní štěrbiny z prostoru hlavy a zmagnetovává aktivní vrstvu pásku, ve které po opuštění prostoru štěrbiny 3
zbývá remanentní magnetická indukce Br, úměrná směru a intenzitě magnetického pole nad štěrbinou. Šířka aktivní štěrbiny musí být tím menší, čím menší je rychlost pohybu pásku kolem hlavy (1 10 μm). Vzhledem k tomu, že výstupní napětí (u) při reprodukci je přímo úměrné magnetické indukci pásku Br a pásek je zmagnetizován intenzitou magnetického pole (H), přímo úměrnou záznamovému proudu (i), vzniklo by značné zkreslení výsledného záznamu vlivem nelineárního průběhu magnetizační křivky záznamového signálu. vznik nelineárního zkreslení při magnetickém záznamu zvuku bez předmagnetování Aby k tomuto nelineárnímu zkreslení nedocházelo, posunuje se pracovní bod (P) záznamového materiálu superpozicí (skládáním jednotlivých složek) vysokofrekvenčního pole předmagnetizací do oblasti lineárního průběhu magnetizační křivky. magnetofonový záznam s vysokofrekvenčním předmagnetováním Superpozice vzniká průtokem předmagnetizačního sinusového proudu (50 90 khz) a záznamového proudu druhou cívku záznamové hlavy. 4
Předmagnetizační proud musí mít pro každý druh záznamového materiálu vhodnou amplitudu odpovídající průběhu jeho magnetizační křivky a musí mít čistě sinusový průběh. Záznam se reprodukuje posunem pásku nesoucího magnetickou stopu, kolem štěrbiny snímací hlavy (SH). Tato hlava má podobnou konstrukci jako hlava záznamová (ZH). Má však menší šířku štěrbiny(0,1 10 μm). Magnetický tok elementárních magnetů zmagnetovaného pásku vstupuje do prostoru snímací hlavy a indukuje v jejím vinutí napětí úměrné okamžité hodnotě remanentní magnetické indukce pásku. Výstupní hlavy se zesiluje snímacím zesilovačem magnetofonu. Mazání záznamu na magnetofonovém pásku. Před opětovným záznamem se musí záznamový materiál odmagnetovat. Pásek se posunuje kolem štěrbiny mazací hlavy, která je umístěna před záznamovou hlavou. Cívkou této hlavy prochází předmagnetizačního generátoru vysokofrekvenční sinusový (předmagnetizační) proud o kmitočtu 50-90 khz. Feritové mazací hlavy mají dvě štěrbiny uspořádané tak, aby pásek byl mazán dvakrát po sobě, což zajišťuje dokonalý výmaz předešlého záznamu. Pohyb pásku nad štěrbinou trvá určitou dobu (a), za kterou proběhne v pásku několik uzavřených magnetizačních cyklů( b+c). Každý prvek pásku se působením vysokofrekvenčního magnetického pole mazací hlavy nejprve zcela zmagnetuje (do nasycení). Když se element od štěrbiny vzdaluje, jeho magnetické pole se zeslabuje. Přitom periodicky ( s kmitočtem mazacího proudu) probíhá pracovní bod P elementu pásku hysterezní smyčku záznamového materiálu, která se postupně zmenšuje až do úplného odmagnetování elementu. 5
Mazání předchozího záznamu probíhá v běžných magnetofonech automaticky při novém záznamu, protože se každý prvek pásku při svém pohybu kolem magnetofonových hlav nejprve pohybuje před štěrbinou mazací hlavy, která je v činnosti od okamžiku přepnutí magnetofonu na nahrávání. Blokové schéma magnetofonu 6