СПОСОБ ЗАПИСИ НА МАГНИТНЫЙ НОСИТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G11B5/02 

Изобретение относится к радиотехнике, конкретно к технике магнитной звукозаписи, и предназначено для использования в высококачественной записи звука.

Известно, что при записи на предварительно размагниченный носитель для неискаженного воспроизведения мгновенное значение остаточной индукции на магнитном носителе должно быть пропорционально (идентично) мгновенному значению записываемого сигнала. Остаточная индукция пропорциональна (линейно связана) напряженности магнитного поля в зазоре магнитной цепи головки записи, которая, в свою очередь, пропорциональна току обмотки записывающей головки. Таким образом, для неискаженной записи надо обеспечить форму тока через обмотку головки записи, идентичную форме записываемого сигнала.

Известно также, что импеданс обмотки головки записи частотнозависим и нелинейн. Частотная зависимость обусловлена индуктивным характером импеданса, а нелинейность несколькими причинами, основные из которых: связанная с нелинейностью петли гистерезиса (зависимости В от Н) магнитопровода; вызванная вносимым магнитоносителем сопротивлением, изменяющимся от мгновенных значений остатков старых записей, неоднородности носителя, нелинейности кривой намагничивания, ее несимметричности и т.п.

В результате воздействия этих факторов форма тока в обмотке головки записи, а значит, и остаточная индукция (запись) существенно отличается от формы записываемого сигнала, возникают частотные, гармонические, интермодуляционные, динамические искажения и шумы, заметно ухудшающие качество звуковоспроизведения.

Для устранения частотных искажений, связанных с индуктивным характером импеданса обмотки головки записи ее питают от источника сигнала с большим выходным сопротивлением. Для создания такого режима либо включают резистор последовательно с обмоткой головки записи, либо охватывают усилитель записи отрицательной обратной связью по току.

Для уменьшения нелинейных искажений вводят постоянное, а чаще высокочастотное смещение для осуществления записи на более линейном участке кривой намагничивания и магнитоносителя. Но поскольку этот прием явно сужает динамический диапазон записи (она производится только на 1/3-1/4 размаха кривой намагничивания), разработаны способы уменьшения этого дефекта. В частности, применяется высококачественное автоподмагничивание.

Имеются также решения, в которых заранее определяются искажения, вносимые трактом записи и производятся предискажения, снижающие (компенсирующие) их, но эти решения очень сложны.

Перечисленные выше направления решения задачи снижения искажений и расширения динамического диапазона не решают ее полностью. Они обеспечивают запись на более линейном участке кривой намагничивания магнитоносителя (снижение искажений) и используют до половины размаха кривой намагничивания при записи (расширение динамического диапазона).

Наиболее близким к заявляемому по числу существенных признаков является способ записи, описанный в работе Ефимова А.П. Запись звука и изображения. М. Связь, 1966, с. 89-80. Способ предусматривает усиление записываемого сигнала, возбуждение током усиленного сигнала (вместе с сигналом высокочастотного подмагничивания) обмотки головки записи при одновременном равномерном перемещении магнитоносителя относительно зазора головки записи. При этом выходное сопротивление усилителя гораздо больше импеданса обмотки, например, усилитель выполнен с глубокой отрицательной обратной связью по току.

Однако данное решение имеет существенные недостатки: большие нелинейные искажения и шумы. Это объясняется тем, что ток в обмотке головки записи определяется не только усилителем, но и вносимыми магнитоносителем за счет взаимоиндукции помехами, возникающими от мгновенных значений остаточных старых записей, от неодноpодности пленки и т.д.

Таким образом, форма тока через обмотку головки записи отлична от формы напряжения записываемого сигнала, что при воспроизведении воспринимается, как искажения и шумы.

Целью изобретения является уменьшение указанного недостатка, т.е. снижение искажений формы сигнала и шумов.

Эта цель достигается, что в известный способ записи на магнитный носитель, предусматривающий усиление записываемого сигнала по мощности, возбуждение током усиленного сигнала обмотки головки записи при одновременном равномерном перемещении магнитоносителя относительно зазора магнитной цепи головки записи, вносят дополнительные операции и изменения, а именно сравнивают форму напряжения записываемого сигнала с формой тока в обмотке записи и корректируют последнюю для уменьшения их разницы. При этом не производят высокочастотного смещения.

Устройство, осуществляющее предложенный способ, реализуется тем, что в известном устройство, содержащее усилитель записи, охваченный цепью обратной связи, нагруженный на обмотку головки записи, внесены существенные дополнения и изменения, а именно обмотка головки записи включена в цепь обратной связи усилителя, для чего резистор датчик сигнала обратной связи включен последовательно с обмоткой головки записи.

В простейшем случае указанный резистор может быть включен между обмоткой и общим проводом. Для повышения удобства подключения головки и эффективности снижения искажений резистор может быть включен между выходом усилителя и обмоткой головки, при этом усилитель должен иметь дифференциальный вход, его выход охвачен отрицательной обратной связью по напряжению с выхода на инверсный вход, а обмотка головки записи соединена с прямым входом усилителя через делитель и разделительный конденсатор, образуя цепь положительной обратной связи по напряжению, глубина которой равна глубине отрицательной обратной связи.

Для достижения потерь на резисторе, включенном последовательно с обмоткой, его величина может быть выбрана в 10-100 раз меньше импеданса обмотки записи.

На фиг. 1 изображен вариант устройства с отрицательной обратной связью по току; на фиг. 2 вариант устройства с отрицательной обратной связью по напряжению и положительной обратной связью по напряжению.

Устройство содержит вход 1, дифференциальный усилитель 2, обмотку 3 головки записи, головку 4 записи, зазор 5 магнитной головки записи, лентопротяжный механизм 6, резистор 7, цепь 8 отрицательной обратной связи по напряжению, делители 9 и 10 цепи отрицательной обратной cвязи, делители 11 и 12 цепи положительной обратной связи по напряжению, разделительный конденсатор 13.

Прямой вход дифференциального усилителя 2 соединен с входом 1 устройства, а выход с обмоткой 3 головки 4 записи. Последовательно между обмоткой 3 и общим проводом включен резистор 7, связанный цепью 8 отрицательной обратной связи по напряжению с инверсным входом усилителя. Зазор 5 магнитной головки 4 размещен на пути перемещения магнитоносителя лентопротяжным механизмом 6.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход 1 сигнала, подлежащего записи, он усиливается в усилителе 2 и возбуждает в обмотке 3 головки 4 записи ток записи. Под воздействием этого тока в магнитопроводе головки 4 записи образуется магнитное поле, сконцентрированное в зазоре 5 магнитной головки 4. Магнитоноситель, плавно перемещаясь (посредством лентопротяжного механизма 6) относительно кромки зазора магнитной цепи, намагничивается. При этом его остаточная индукция пропорциональна воздействующему на него магнитному полю головки, которое, в свою очередь, пропорционально протекающему через его обмотку току. На резисторе 7 (величина которого значительно меньше импеданса обмотки 3 записи) выделяется напряжение, форма которого совпадает с формой тока через обмотку 3 (выходной ток усилителя 2). Это напряжение поступает через цепь 8 обратной связи на инверсный вход усилителя 2, причем на его прямой вход поступает напряжение, подлежащее записи. На дифференциальных входах усилителя 2 происходит сравнение (вычитание) форм напряжения записываемого сигнала и тока через обмотку записи. Разностный сигнал является сигналом отрицательной обратной связи по току, уменьшающим разницу форм посредством коррекции выходного сигнала усилителя 2.

Любые отклонения формы тока в обмотке 3 записи (а следовательно, в остаточной индукции на магнитоносителе) от исходного входного сигнала на входе 1 уменьшаются, независимо от причин их возникновения (частотная зависимость, нелинейность наводки, шумы, параметрические явления и т.п.). Таким образом, предлагаемая схема снижает искажения.

Поскольку в устройстве нет ни постоянного, ни высокочастотного смешения, для записи может быть использован весь размах кривой намагничивания магнитоносителя, это существенно расширяет динамический диапазон записи.

Схема на фиг. 2 представляет собой дифференциальный усилитель 2, прямой вход которого соединен с входом 1 устройства через резистор 12, а выход подключен к обмотке 3 головки 4 записи через резистор 7. Усилитель 2 охвачен отрицательной обратной связью по напряжению с выхода на инверсный вход (делители 9 и 10). Обмотка 3 соединена с прямым входом усилителя 2 через делители 11 и 12 и разделительный конденсатор 13, образуя цепь положительной обратной связи по напряжению. Зазор 5 магнитной головки 4 записи размещен на пути перемещения магнитоносителя лентопротяжным механизмом 6.

Работа схемы на фиг. 2 в основном аналогична схемы на фиг. 1. Разница состоит в механизме создания выходного тока усилителя 2, независимо от импеданса обмотки 3, т.е. преобразователя: входное напряжение выходной ток.

Действие отрицательной обратной связи усилителя 2 обычное, стабилизация его коэффициента передачи.

Действие положительной обратной связи происходит по схеме:
Z __→ I __→ U __→ U __→ U __→ U __→ I
(при уменьшении импеданса обмотки записи)
Z __→ I __→ U __→ U __→ U __→ U __→ I (при увеличении импеданса обмотки записи), где Z импеданс обмотки 3 головки 4 записи;
U_вых и I_вых напряжение и ток на выходе усилителя 2;
U₇ и U_z напряжение на резисторе 7 и обмотке 3;
U_вхΣ суммарный сигнал на прямом входе усилителя 2, состоящий из входного напряжения, поступающего с входа 1 и напряжения положительной обратной связи, пропорционального напряжению на обмотке 3.

В случае равенства глубины положительной обратной связи по напряжению и отрицательной по напряжению ток в нагрузке не зависит от ее импеданса и равен входному напряжению усилителя 2, деленному на сопротивление резистора 7. Схема на фиг. 2 реализовала режим питания обмотки 3 головки 4 записи от идеального преобразователя входное напряжение выходной ток. Эта схема имеет те же преимущества перед аналогами и прототипом, что и фиг. 1, а кроме того, более удобна (не требует незаземленной обмотки записи) и более эффективна, так как в цепи ООС нет частотно-зависимого элемента (записывающей головки), т.е. является идеальным преобразователем. Что касается величины резистора 7, то выбор ее меньше 1/100 импеданса обмотки уменьшает эффективность положительной обратной связи, а больше 1/10 ведет к ненужным потерям мощности сигнала записи.

В усилителе записи усилитель 2 должен иметь подъем высоких частот, который может быть организован цепью предискажения или частотно-зависимой обратной связью. Подъем высоких частот необходимо в связи с тем, что при суммировании на обмотке записывающей головки высоких частот записываемого сигнала с высокочастотным смещением происходит их ослабление. Это приводит к снижению перегрузочной способности усилителя записи на высоких частотах, при этом появляются фазовые искажения в записанном сигнале, а при перегрузке все остальные (гармонические, интермодуляционные, динамические и пр.). В связи с перегрузкой усилителя записи измерение полосы записи магнитофонов принято проводить на уровне на 20 дБ ниже номинального. При заявленном способе записи можно полосу записи измерить при номинальном уровне записи.

Использование: для магнитной записи звука. Сущность изобретения: в способе для снижения искажений и расширения динамического диапазона сравнивают мгновенные значения напряжения записываемого сигнала и тока в обмотке 3 головки 4 записи и корректируют последнюю для уменьшения их разницы. В цепь положительной обратной связи усилителя 2 записи включена обмотка 3. Датчиком сигнала положительной обратной связи является резистор 7, включенный последовательно с обмоткой 3. Вариант фиг.2 с отрицательной (делители 9 и 10) и положительной (делитель 11 и 12) обратными связями одинаковой глубины, точки подключения которых к выходу усилителя 2 разделены резистором 7. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ записи на магнитный носитель, заключающийся в преобразовании напряжения записываемого сигнала в ток и возбуждении этим током обмотки головки записи при одновременном перемещении магнитоносителя относительно зазора магнитной головки записи, отличающийся тем, что сравнивают форму мгновенных значений напряжения записываемого сигнала с формой мгновенных значений тока в обмотке и корректируют последнюю для уменьшения их разницы. 2. Устройство для записи на магнитный носитель, содержащее усилитель сигнала, охваченный обратной связью по напряжению и соединенный с обмоткой головки записи, отличающееся тем, что обмотка головки записи включена в цепь обратной связи усилителя, для чего резистор-датчик сигнала обратной связи включен последовательно с обмоткой головки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что резистор-датчик включен между обмоткой и общим проводом. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что резистор-датчик включен между выходом усилителя и обмоткой головки, при этом усилитель имеет дифференциальный вход, охвачен отрицательной обратной связью по напряжению с выходом на инверсный вход, а обмотка головки записи соединена с прямым входом усилителя через разделительный конденсатор и делитель, образуя цепь положительной обмотки связи по напряжению, глубина которой равна глубине отрицательной обратной связи. 5. Устройство по пп.2 4, отличающееся тем, что величина резистора-датчика, включенного последовательно с обмоткой головки стирания, в 10 100 раз меньше наименьшего импеданса обмотки записи.