Запись с высокочастотным подмагничиванием

Случайно было обнаружено, что если по обмотке записывающей головки одновременно с током звуковой частоты пропускать ток ультразвуковой частоты, то при определенном значении этого тока нелинейные искажения в воспроизводимом сигнале могут быть очень малыми (коэффициент гармоник менее 1¸2 %).

Существует довольно много вариантов объяснения этого эффекта, на не­которых из них есть смысл остановиться более подробно.

Первое теоретическое объяснение этого факта было дано на основании статической характеристики B_r=f (H), пользуясь представлением об идеализи­рованном магнитном поле, создаваемом записывающей магнитной головкой. Полагали, что это поле имеет бесконечно малую протяженность, а потому каж­дое текущее значение напряженности поля фиксируется в виде соответствую­щей остаточной намагниченности отдельных участков ленты. При этом условии предполагалось, что на ленту записывается высокочастотный сигнал, огибающая которого изменяется в соответствии с низкочастотным (звуковым) сигналом. Естественно, что запись высокочастотной составляющей происходит с большими нелиней­ными искажениями из-за кривизны характеристики в средней части. Огибаю­щие же кривой остаточной намагниченности при правильном выборе поля ВЧП, когда его амплитуда соответствует серединам линейных участков характери­стики B_r=f(H) не отличается по форме от звуковой составляющей поля записи.

Далее полагали, что воспроизводящая головка реагирует на среднее зна­чение магнитного потока в фонограмме, а не воспроизводит колебаний высокой частоты. Среднее значение остаточной намагниченности определяется как полусумма ординат огибающих кривых. Если учесть, что кривая остаточной намаг­ниченности строго симметрична и нелинейности имеют обратный характер, то звуковой сигнал будет воспроизводится без искажений.

Такое объяснение линеаризующего действия поля ВЧП носит формаль­ный характер, оно не объясняет истинной сущности магнитной записи с ВЧП, при которой поле ВЧП на самом деле не записывается на магнитную ленту. Приведенная теория противоречит и некоторым экспериментальным данным. Так, например, из кривой зависимости B_r=f(H), следует, что при большем значении поля ВЧП, доста­точном для насыщения ленты, когда низкочастотная огибающая проецируется на ее горизонтальные участки полезный сигнал не должен запи­сываться. А опыт показывает, что при увеличении высокочастотного поля сиг­нал ослабляется, но не уничтожается.

Существует боле строгое объяснение такой линеаризации кривой остаточной намагниченности. В теории ферромагнетиков известно такое понятие как безгистерезисное намагничивание. Оказывается, что если ферромагнитное тело подвергается одновременно воздействию слабого постоянного и знакопеременного, постепенно уменьшающегося до нуля полей, то происходит так называемое безгистерезисное, т.е. близкое к линейному намагничиванию тела. Следует обратить внимание на то, что начальная амплитуда переменного поля в несколько раз больше величины напряженности постоянной составляющей поля.

Рассмотрим изменение магнитного состояния вещества под воздействием такого суммарного поля, содержащего постоянную составляющую Н₌ и переменную составляющую с амплитудой Н_» (рис. 13.12). За счет переменной составляющей поля происходит перемагничивание по замкнутой петле АС, смещенной своим центром относительно начала координат.

Рис.13.12. Пояснение процесса намагничивания в поле, содержащем

переменную и постоянную составляющие

Если переменная составляющая поля постепенно уменьшается до нуля, то индукция тела определяется точкой B^* (центр цикла перемагничивания), а при последующем снятии и постоянного поля тело приобретает остаточную индукцию , в то время как под действием только постоянного поля той же ве­личины Н₌ остаточная индукция тела была бы ничтожно мала. . Таким об­разом, при перемагничивании в поле, содержащем переменную и постоянную составляющие, достигается увеличение остаточной индукции. Если теперь изменить Н₌, то при воздействии Н_» мы получим другой цикл перемагничивания с новым центром.

На рис.3.7 приведены две кривые: 1–зависимость остаточной индукции B_r от величины постоянного намагничива­ющего поля; 2–зависимость B_r от постоянной составляющей поля Н₌ при намагничивании в суммарном поле. Ход кривой 2 зависит от величины амплитуды переменной составляющей поля.

Процесс намагничивания предварительно размагниченного тела в поле, содержащем слабую постоянную составляющую и достаточно сильную переменную составляющую с постепенным ослаблением переменного поля до нуля и последующем отключении постоянного поля, и называется безгистерезисным. По существу, явление гистерезиса в этом случае не исключается; под действием переменной составляющей поля происходит циклическое перемагничивание, но результирующая зависимость между остаточной намагниченностью и постоянной составляющей поля (т.е. записываемым сигналом) становится линейной. безгистерезисной.

На рис.13.15 приведены кривые для магнитной ленты при безгистерезисном намагничивании. Из рисунка видно, что с ростом начальной амплитуды переменного поля остаточная индукция возрастает, приближаясь к некоторому максимальному значению. При достаточной величине зависимость B_r от Н₌ в средней части становится линейной.

Но какое это имеет отношение к случаю записи звукового сигнала с ВЧ подмагничиванием?

В процессе записи с высокочастотным подмагничиванием поле, созда­ваемое головкой записи, содержит две составляющие: одна изменяется со зву­ковой частотой, вторая. высокочастотная. Однако, при условии, что время, в течение которого отдельный элемент движущегося носителя проходит в пределах поля головки, мало по сравнению с периодом записываемых колебаний, поле, дей­ствующее на каждый элемент, можно рассматривать как сумму постоянной и переменной составляющих. При этом напряженность постоянной составляющей определяется мгновенным значением тока звуковой частоты, а переменная составляющая вызывает многократное перемагничивание каждого элемента ленты.

Таким образом, процесс намагничивания каждого элемента носителя в этом случае приближается к процессу безгистерезисного намагничивания, но отличается от него тем, что при записи с ВЧП вследствие рассмотренного ранее распределения поля головки и движения но­сителя постоянная составляющая поля убывает одновременно с переменным полем. Тем не менее, запись с ВЧП имеет больше сходств с безгистерезисным намагничиванием, чем различий. Степень сделанных допущений определяет в целом степень реального уменьшения нелинейных искажений и увеличе­ния намагниченности фонограммы при слабых сигналах.

С моей точки зрения механизм линеаризации кривой остаточной намагниченности может быть объяснен еще проще. Любой объем ферромагнитного материала можно представить как совокупность большого числа сцепленных между собой элементарных магнитов. Учитывая произвольное направление намагниченности элементарных магнитов, суммарное поле, создаваемое ими, равно нулю. Слабое поле намагничивания не в состоянии преодолеть силы сцепления элементарных магнитов, поэтому кривая зависимости остаточной намагниченности от воздействующего поля в этой области имеет малую крутизну. Проблема исчезает только при достаточно большой напряженности намагничивающего поля.

Высокочастотное поле нарушает связи между элементарными магнитами, что позволяет преодолеть силы сцепления магнитов, как бы подготавливая их к воздействию низкочастотного поля намагничивания. Такое объяснение хорошо стыкуется с рассмотренным далее понятием критической напряженности поля ВЧП и понятием критической зоны.