Принцип магнитной записи звука объяснить несложно. Лента протягивается с постоянной скоростью мимо магнитной головки. При записи по обмотке головки проходит переменный ток звуковой частоты, соответствующий записываемой программе. Ферромагнитный слой ленты намагничивается в такт со звуковыми колебаниями, и записанная магнитная фонограмма может храниться сколь угодно долго. При воспроизведении лента снова протягивается около магнитной головки. Никакого тока в это время в головку не подается, а выводы ее обмотки подключаются ко входу усилителя воспроизведения. Магнитный поток ленты, проходя через сердечник головки, наводит в ее обмотке ЭДС самоиндукции в полном соответствии с записанной программой. Для записи и воспроизведения звука в профессиональных магнитофонах используют различные головки.
Магнитное поле головки направлено вдоль ленты, таким образом осуществляется продольная запись. Это не единственно возможный вариант. Возможна в принципе и поперечная запись, при которой магнитное поле головки направлено поперек направления движения ленты. Но получить приемлемые качество и уровень записи в этом случае не удается. Огромное значение имеет ширина зазора магнитной головки. Чем она меньше, тем более высокие частоты удастся записать и воспроизвести при данной скорости движения ленты.
Давайте немного посчитаем. При скорости движения ленты 4,75 см/с современные магнитофоны воспроизводят частоты до 12 кГц. Это значит, что длина самой короткой магнитной волны на пленке составляет λ = v/f = 4,75 см/с/12000 1/с ~= 4 мкм. Всего четыре микрометра! Если ширина зазора головки будет больше половины длины этой волны, то воспроизвести сигнал не удастся: на ширине зазора уложится более полуволны сигнала и результирующее магнитное поле в магнитопроводе головки будет близко к нулю. Раньше, когда не умели изготавливать высококачественные головки со столь малыми зазорами, приходилось увеличивать скорость движения ленты. Длина волны записи при этом возрастала.
Существенно и другое — материал магнитной ленты. Когда на расстоянии двух микрометров друг от друга находятся области с противоположной намагниченностью, у них есть все шансы скомпенсировать остаточную индукцию, т. е., попросту говоря, размагнититься. Вот почему на старых пленках столь короткую длину волны записи получить не удавалось. Скорость движения ленты в прежних профессиональных (студийных) магнитофонах составляла 76 см/с. Другие скорости получались последовательным делением этой величины на два: 38; 19,5 см/с. Последнее значение скорости долго было принято в высококачественных бытовых магнитофонах. Благодаря выпуску новых сортов пленки и разработке более совершенных головок появилось новое значение скорости: 9,5 см/с. Вспоминается, с каким восхищением в свое время говорили о том, что на этой скорости удалось записать полосу частот 12, 14 и, наконец, 18 кГц.
Все это относится к катушечным магнитофонам. В них использовалась стандартная лента шириной 6,25 мм. Ну а толщина ленты была предметом многих и многих забот технологов. Ведь чем тоньше лента, тем больше ее войдет на стандартную катушку, тем больше будет время записи. К тому же тонкая лента мягче и лучше прилегает к рабочему зазору головки. Это — с одной стороны, а с другой, лента должна быть прочной и не растягиваться в лентопротяжном механизме. Чтобы хорошо прижать ленту к головке, ее надо сильно натянуть. Эти факторы ограничивают минимальную толщину ленты. Раньше выпускались ленты на ацетатной основе толщиной 37 и 55 мкм. Современные ленты на лавсановой основе значительно тоньше: 18… 27 мкм.
Подлинную революцию в магнитной записи звука произвели кассеты. Согласитесь, что не совсем удобно каждый раз закреплять конец ленты на катушке и закладывать ленту в прорезь корпуса лентопротяжного механизма. Кассета сразу решила все эти проблемы. В кассетах используют еще более тонкие и узкие ленты, намотанные на две бобышки, постоянно расположенные в кассете.
Кассетные магнитофоны стали легче, удобнее, появились портативные модели с батарейным питанием. Часто попадаются в скверах, на улицах, в аудиториях институтов, техникумов и в метро молодые люди с карманным магнитофоном-проигрывателем (плейером) и легкими стереонаушниками. Надо ли говорить, что такой молодой человек плохо воспринимает внешний мир, оглушенный стереомузыкой (часто довольно низкопробной), он является вероятным кандидатом в жертвы дорожно-транспортных происшествий, а уж в аудиториях проводит время совершенно зря.
Устройство магнитофона (ГС, ГЗ, ГВ — головки стирания, записи и воспроизведения).
Но довольно о печальных последствиях усовершенствованной технологии, породившей «магнитофонный бум». Обратимся к физическим основам магнитной записи. Почему, собственно, на пленке остается записанный звуковой сигнал? Почему он не исчезает, как только перестает действовать магнитное поле головки? Таково свойство ферромагнетиков веществ с очень высокой магнитной проницаемостью. Что это такое? — Коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается магнитная индукция в веществе по сравнению с пустым пространством. Магнитное поле создастся электрическим током. Магнитные силовые линии, проведенные в направлении вектора магнитной индукции В‾, по форме представляют собой кольца, нанизанные на провод с током. Если провод свернуть в кольцо, магнитная индукция возрастет. Сделаем кольцо из нескольких витков и таким образом заставим ток несколько раз обегать наше кольцо. Во столько же раз возрастет и магнитная индукция. У нас получилась катушка индуктивности, создающая магнитное поле при пропускании через нее тока. Введем в катушку сердечник из железа, феррита или другого ферромагнетика. Магнитное поле возрастет. Но почему, ведь ток-то мы не увеличивали?!
Оказывается, в железе, как и в любом ферромагнетике, есть свои крошечные, как говорят, элементарные магнитики. Простейший атом с одним электроном, вращающийся со скоростью v вокруг ядра, уже является элементарным магнитом, ведь движущийся заряд-электрон — это кольцевой ток, создающий свое собственное магнитное поле. Кроме того, электрон обладает еще и собственным магнитным моментом, обусловленным, как можно себе представить, быстрым вращением электрона вокруг собственной оси — его спином. Отдельно взятые магнитные поля атомов очень слабы. Но когда вещество ферромагнетика кристаллизуется из расплава, электроны ориентируются своими магнитными полями в одну сторону. Образуется микрокристаллик — домен, в котором все элементарные магнитные поля складываются и образуют уже значительное магнитное поле домена. Но если кусок ферромагнетика не намагничен, то магнитные поля доменов ориентированы как попало, хаотически, и общее магнитное поле в веществе отсутствует. Картина сразу меняется, если ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле (в катушку индуктивности). Внешнее поле заставляет магнитные поля доменов поворачиваться, ориентироваться в одном направлении. Теперь к внешнему полю добавляются собственные поля доменов, и общее магнитное поле возрастает.
Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков очень велика: она может достигать нескольких тысяч и даже десятков тысяч. Во столько же раз возрастает и магнитное поле в сердечнике. Вот какой огромный эффект создают крошечные элементарные магнитики — домены! Поэтому все катушки в электротехнических устройствах — трансформаторах, двигателях, электромагнитах и в той же головке магнитофона — обязательно наматывают на ферромагнитных сердечниках. Без магнитопровода потребовалось бы гораздо больше витков, а в ряде случаев устройство и вообще нельзя было бы изготовить.
Магнитный поток головки.
