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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Têtes magnétiques en ferrite pour l'enregistrement sonore et caractéristiques de leur application. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / l'audio Dans la première partie de l'article, les conceptions de têtes magnétiques en ferrite, produites commercialement dans la CEI, sont examinées : leurs paramètres sont indiqués et les caractéristiques d'application sont notées. Les parties suivantes décrivent la technologie de fabrication des têtes, fournissent des méthodes supplémentaires pour mesurer les paramètres des têtes et des recommandations pour régler les magnétophones avec de telles têtes. Ces informations seront utiles aux radioamateurs et aux spécialistes impliqués dans la réparation et la conception d'équipements d'enregistrement sonore magnétique. L’ère de la domination des magnétophones à cassettes touche probablement à sa fin. Cependant, compte tenu des considérations économiques et de la présence d'un grand nombre de phonogrammes sur cassettes compactes parmi la population, on peut supposer que dans notre pays, cela durera et que les magnétophones serviront leurs propriétaires pendant au moins 15 à 20 ans supplémentaires. Des publications consacrées aux têtes magnétiques (MG) pour la prise de son sont déjà parues dans les pages de « Radio » [1, 2]. Et pourtant, les informations, en particulier sur les MG en ferrite, ne sont malheureusement clairement pas suffisantes. Au cours des dix dernières années, on ne peut retenir que quelques matériaux sur têtes en ferrite apparus dans [3,4,5]. De plus, dans certains matériaux [1,2, XNUMX], des inexactitudes ont été commises, entraînant de sérieux problèmes dans leur utilisation. L'auteur a tenté de donner des informations plus complètes sur les MG en ferrite actuellement produits et de parler des caractéristiques de leur utilisation dans les enregistreurs à cassettes. Tout comme le nom général MG « métal » désigne des têtes constituées de différents matériaux (permalloy, sendust, alliages amorphes), et le nom MG « ferrite » (ou « verre-ferrite ») désigne des têtes constituées de différents matériaux avec différentes technologies de fabrication, ce qui est essentiel affecte leurs paramètres et leurs propriétés de performance. Pour les MG domestiques, les informations sur les matériaux et la technologie de fabrication sont contenues dans un numéro à deux chiffres - le numéro de modification - après le point dans le symbole MG. Certaines technologies et matériaux correspondent à des zones spécifiques de numéros de modification ; cela a été normalisé dans les années 70 et, à de rares exceptions près, est maintenant en vigueur (tableau 1). Les entreprises étrangères marquent les têtes selon diverses normes internes (souvent fermées) de l'entreprise, de sorte qu'il est pratiquement impossible d'en extraire les informations nécessaires. la désignation de MG étrangère.
L'avantage le plus évident des MG en ferrite - leur durabilité - est déterminé par le matériau de la surface de travail. Il existe des ferrites de structures polycristallines et monocristallines. Les ferrites polycristallins utilisés pour la fabrication des MG sont obtenus soit par technologie de pressage à chaud - ferrites pressées à chaud (HPC), soit par pressage isostatique (IPF) ou technologie "Oxostat". Avec le pressage isostatique, la compression de la poudre de presse se produit uniformément de tous les côtés, tandis qu'avec le pressage à chaud, elle ne s'effectue que dans une seule direction. En conséquence, la porosité du grade GPF 10000 MT-1 ne dépasse pas 0,5 % et la porosité du grade 10000 MT-2 (IPF) ne dépasse pas 0,1 %. La ferrite M1500NMZ ([ 1]) a une porosité de jusqu'à 5% ou plus. La porosité du matériau ne détermine pas seulement l'usure de la MG elle-même. mais surtout l'usure de la couche de travail de la bande magnétique (ML). La surface de travail des têtes d'effacement (pour des magnétophones tels que "Or-bita-205") en ferrite ordinaire avec une porosité allant jusqu'à 20 % est en fait une "râpe*, décollant sans pitié la couche de travail de le ML (rappelez-vous les lames de poudre sur le mécanisme du lecteur de bande). Uniquement dans le type MG 6S24.710, le BFA est utilisé, ce qui garantit une faible usure du ML (dans [1] il est indiqué de manière inexacte que le matériau a été obtenu à chaud pressage). Les ferrites monocristaux (MCF) sont obtenues grâce à la technologie de culture de rubis et de saphirs artificiels selon les méthodes Verneuil, Czochralski ou Bridgman. Les deux premières méthodes sont plus productives, mais les cristaux sont de moindre qualité, c'est pourquoi la méthode Bridgman est plus souvent utilisée [6, 7]. La croissance d'un cristal (appelé "boule") pesant 8 kg, accompagnée du refroidissement, prend environ 20 jours. Un monocristal est un matériau anisotrope et nécessite une orientation le long des axes cristallographiques lors de la fabrication du MG. La nature de l'usure de la surface de travail en HPF ou IPF et en monocristal est très différente. La surface de travail de la tête est affectée par l'abrasivité du ML, l'adhésion (collage) au ML, les effets thermiques et électrostatiques d'origine frictionnelle (notamment dans les dispositifs de réécriture à grande vitesse), ainsi que les impacts des microinclusions dans la couche de travail du ML (typique pour le ML national et étranger porté). Si les têtes en permalloy, comme les plus tendres, échouent en raison d'un changement dans la forme de la surface de travail (« sciée à travers »), celles en sendastoye - à cause de la perte de linéarité des bords, couvrant l'espace sous l'action de l'adhérence (Fig. 1), puis les têtes en HPF (dans une plus grande mesure) ou en IPF (dans une moindre mesure) s'usent du fait de l'érosion, de l'écaillage des grains polycristaux. La taille des grains en HPF est de 15...,30 µm, en IPF - 10...15 µm. L'érosion résulte de l'impact des forces électrostatiques, des microcontraintes thermiques et des impacts des microinclusions sur les zones les plus faibles - les joints de grains. Un « nid-de-poule » de 10 à 30 µm de large est formé au niveau de l'espace de travail. Les éclats simples se transforment rapidement en éclats massifs et la tête tombe en panne. Avec une profondeur de fente de 60...80 µm, la restauration de telles têtes est difficile. De plus, les bords des « nids-de-poule » rayent la couche de travail du ruban, entraînant une augmentation du niveau sonore.
Contrairement aux têtes à base de HPF et IPF, l'usure des têtes en MCF est principalement de nature abrasive, l'érosion (c'est-à-dire l'arrachement des particules de matériau) n'est pratiquement pas observée. Tout d'abord, le verre plus mou qui remplit l'espace s'use, la fossette résultante expose les bords de l'espace, puis le « blocage » des bords, conduisant à une expansion progressive de la largeur effective de l'espace. Il est important que la tête basée sur l'ICF conserve la surface miroir des bandes magnétiques même lorsque la tête elle-même est fortement usée. D'ailleurs, les conséquences d'une usure modérée des têtes de l'ICF sont facilement éliminées sans le retirer du magnétophone en passant une bande de polissage (électrocorindon avec un grain de 10 microns), découpée à une largeur de 3,81 ou 6,3 mm. Une telle bande est produite par de nombreuses usines (à Saint-Pétersbourg - LOMO, l'usine Magneton). Temps d'exécution - 1...2 min. Lors du polissage, une couche d'une épaisseur de seulement 2...4 microns est retirée, ce qui restaure complètement les paramètres de la MG (lors du polissage, la réponse en fréquence est surveillée toutes les 30 s jusqu'à ce qu'elle soit complètement restaurée). Grâce à cela, les MG de MKF peuvent être produites avec une profondeur de jeu de seulement 40...60 µm. Après avoir appliqué la bande de polissage, il est logique de faire fonctionner le magnétophone pendant plusieurs heures sur une bande de faible valeur avec une abrasivité accrue (Sound Breeze ou TASMA MK 60-7) pour finir la surface. Il est bien connu que lorsqu'un magnétophone fonctionne 2 heures par jour, les têtes Permalloy tombent en panne au bout de 1,5... 2 ans, celles de Saint-Dust - après 2... 2,5 ans. A titre de comparaison : les MG de l'IFF durent 2...4 ans et, de plus, sont facilement restaurées. Dans les appareils de réécriture à grande vitesse, la durée de vie diminue proportionnellement à l'augmentation de la vitesse et de la durée de fonctionnement quotidienne, à l'exception des MG du GPF ou de l'IPF, qui tombent en panne plus rapidement (notamment les têtes d'enregistrement). Une fonctionnalité inattendue : les têtes MKF avec bande IEC II (CrOg) durent généralement plus longtemps qu'avec bande IEC I (y-Fe6O10). Sur la fig. La figure 2 montre la nature de la destruction de l'espace de l'échantillon de tête ZD3 du GPF 2 MT-24.712 après 10000 heures de fonctionnement, et sur la fig. 1 - garde au sol 1000V3 de MKF après 6 heures de fonctionnement. A proximité (en bas) on peut voir un écran inter-canal en HPF, corrodé par l'érosion.
Les paramètres électromagnétiques des têtes sont donnés dans le tableau. 2. Pour les têtes ZD24.012 (PO EVT, Penza) et 6A24.510 et 6V24.510 (Erevan), les données du passeport sont données, pour le reste - réelles, mesurées sur un grand nombre de têtes. Les conditions de mesure sont données conformément à [8]. Le coefficient de shunt Ksh caractérise les pertes dans la tête magnétique et est calculé par la formule où E est la force électromotrice (FEM) d'une tête réelle, mV ; Fin - EMF de la tête sans perte, mV. Dans le cas général Fin \u2d 0p f F103 h W XNUMX. où f est la fréquence de mesure, Hz ; Ф0 est la valeur efficace du flux magnétique de court-circuit pour 1 m de largeur de piste selon [9], Wb/m ; h - largeur de piste, m; W est le nombre de tours. En substituant les valeurs, on obtient pour les magnétophones à cassettes à f=315 Hz, Ф0 = 250 nWb/m, h = 0,6 mm, W = 1000 tours Fin = 2,97 10-4 V ; et pour les magnétophones à bobines avec h = 0,94 mm Fin = 4,6 5-10-4B. La réponse amplitude-fréquence de reproduction (AFC) d'une tête sans perte, Dpnd dB, est calculée par la formule Dpnd = 20lg(fmes Jf) + Nmes où fmeas - la fréquence nominale de mesure de la réponse en fréquence, Hz (fréquence supérieure); f - fréquence de référence égale à 315 Hz ; Nmeas est le niveau d'enregistrement relatif à la fréquence de mesure nominale selon [9]. db. Dans le tableau. 2 ne fournit pas de données sur les têtes d'effacement (HS). Cela est dû au fait que les paramètres de HS pour les magnétophones à bobines sont donnés dans [1], et que les HS domestiques pour les magnétophones à cassettes n'ont aucun intérêt, car ils sont constitués de ferrite pressée et se décollent impitoyablement de la bande. . De plus, ces têtes ne fonctionnent pas avec les rubans IEC IV (« Métal »). La démagnétisation de haute qualité de ces bandes fait l'objet d'un article séparé. Il existe une classe spéciale de têtes d'effacement utilisées dans les appareils étrangers bon marché : les têtes à aimant permanent. Un noyau en ferrite à haute coercivité est magnétisé selon une loi spéciale, obtenant un champ magnétique descendant à signe alterné. Le nombre de pôles est de trois à dix ou plus. La qualité d'effacement n'est pas élevée : augmentation du bruit et distorsions non linéaires. Nous utilisons de telles têtes dans les magnétophones "Electronics-402C", "Electronics 331C" et leurs modifications (fabriqués à Zelenograd et Voronezh). Quant aux têtes d'enregistrement et de lecture, l'usine Magneton (Saint-Pétersbourg) les a produites avec un circuit magnétique à la fois en GPF ou IPF, en leur attribuant l'indice "P", et en IFF avec l'indice "M". Depuis le milieu des années 80, selon les résultats des tests, les têtes sont produites uniquement à partir d'IFF. PO EVT (Penza) a produit des têtes à partir de GPF 10000 MT-1 (ferrite produite par l'usine Magneton). L'usine d'Erevan produit des têtes HPF de sa propre fabrication. Les têtes en ferrite arrivant sur notre marché en provenance de l'étranger, presque toutes, même celles considérées comme haut de gamme (Hitachi, Sony, JVC), sont en HPF ou, au mieux, en IPF.
Les têtes en ferrite (tableau 2) sont fabriquées selon deux schémas de conception (Fig. 4,5) : avec des contacteurs en forme de "P" et avec des contacteurs linéaires. La première conception comporte un plus grand volume de matériau remagnétisable, ce qui conduit à une non-linéarité accrue dans la reproduction de signaux avec un faible niveau d'enregistrement ("son de ferrite"), mais elle permet de placer un bobinage avec un grand nombre de tours. Il est utilisé dans les têtes des magnétophones à bobine.
La deuxième conception (Fig. 5) offre une bonne linéarité lors de la reproduction, mais le nombre de tours est limité par la taille de la fenêtre de remontage et les dimensions extérieures de la MG.
À une certaine époque, on pensait qu'avec un schéma aussi constructif, il était impossible d'obtenir une valeur EMF acceptable de MG. Cependant, le calcul détaillé du circuit magnétique effectué par l'auteur selon la méthode raffinée a révélé le domaine des paramètres de conception dans lesquels les MG selon un tel schéma sont compétitifs. Cela a permis pour la première fois de créer des MG en ferrite pour magnétophones à cassettes, qui se distinguent par l'absence de « son de ferrite » lors de la lecture. La technologie de fabrication d'une tête de cassette à deux canaux est en termes généraux la suivante : - des limiteurs d'épaisseur normalisés sont pulvérisés sur les semi-blocs (Fig. 6), en fonction de la largeur requise de l'espace de travail.
Ensuite, les semi-blocs sont soudés avec du verre. Dans l'interstice formé par les limiteurs, le verre s'écoule capillairement. Ensuite, des blocs de 1,55 mm (la largeur de deux canaux) sont découpés dans la pièce soudée, une rainure pour l'écran intercanal est découpée sur chaque bloc (Fig. 7), l'écran intercanal est collé et le cavalier est rectifié. éteint (Fig. 8, 9).
Après avoir fini de coller les éléments qui forment la surface de travail, la pièce est meulée le long du rayon (Fig. 10), tout en maintenant une profondeur d'espace de 40 ... 60 microns. Après tri, les pièces polaires écartées sont prêtes à être assemblées.
L'avantage d'une technologie aussi laborieuse est que le parallélisme et la coaxialité des espaces de l'unité principale stéréo sont assurés automatiquement. Une méthode plus simple est l'assemblage « élément par élément » : les têtes de canaux, l'écran et les autres éléments sont fabriqués séparément, puis soit collés ensemble, soit soudés avec du verre en « pile ». Mais une telle simplicité, comme on dit, « va de côté » : il est presque impossible de maintenir l'alignement et le parallélisme des écarts. Grâce à cette technologie, des têtes ont été produites dans le Penza PO EVT, notamment ZD24.012. Les principaux domaines d'application des têtes du MKF:
Bien entendu, des extrêmes sont également possibles : l'installation de la tête ZD24.751 dans un magnétophone de très basse classe (dans le magnétophone radio Melodiya-106) au lieu du type MG BRG ZD24.M (Hongrie) a complètement transformé le son (comme on dit, "je ne sais pas!"). Il convient également de garder à l'esprit que les têtes indiquées dans le tableau. 2, n'écrivez pas sur ML M3KIV ("Métal"). Lors du calcul des coûts, on peut supposer qu'une tête du MKF équivaut en termes de durabilité à trois du Sendust (la durée est limitée par l'usure complète du magnétophone). Si vous achetez à l'usine, le coût d'une tête de 24.750 20 ZD varie de 24 à XNUMX roubles, selon l'endroit où vous l'achetez - au service commercial de l'usine Magneton ou dans le magasin d'usine. Sur le marché, les revendeurs s'ajoutent à cela. Lors du réglage des magnétophones à tête en ferrite, des caractéristiques associées aux propriétés du matériau utilisé apparaissent : par exemple, le courant de polarisation est 2 ... 2,5 fois inférieur à celui des têtes métalliques, et un facteur de qualité élevé entraîne une forte influence des phénomènes de résonance sur le processus d'accordage. Les paramètres des ferrites utilisés pour la fabrication du MG sont donnés dans le tableau. 3. A titre de comparaison, les paramètres de certains alliages magnétiques sont donnés (pour d'autres matériaux, voir aussi [10, 11]).
Avant d'installer le MG, il est souhaitable de déterminer son inductance Lmg, sa propre capacité Cmg et son facteur de qualité Qmg. Auparavant, le fabricant dans le passeport de MG donnait des valeurs individuelles de Lmg, EMF, ainsi que des courants d'enregistrement et de polarisation. Désormais, le passeport ne donne que des limites déraisonnablement étendues de leurs valeurs, ce qui, compte tenu du coût important des têtes, ne provoque que la perplexité. Si les valeurs des courants peuvent être extraites en moyenne du tableau. 2, alors l'inductance doit être déterminée plus précisément. Nous pouvons recommander la méthode suivante pour mesurer Lmg, Smg. Le schéma de mesure est présenté sur la fig. onze.
L'inductance de la tête magnétique Lmg forme un circuit oscillatoire avec une capacité totale Cmg + Spar + Cdop, où Cmg est la propre capacité de la tête Spar - capacité de montage ; Sdop - capacité supplémentaire. Pour la mesure, il est souhaitable d'avoir 4 à 5 valeurs Cdop de 5 à 80 pF, connues avec une précision non pire que 5%, cela affecte directement la précision de la mesure. La tolérance sur R1 et R2, la capacité d'entrée et la résistance d'entrée du millivoltmètre ne sont pas critiques. La connexion à la MG s'effectue mieux à l'aide de prises provenant d'un connecteur approprié de petite taille (par exemple, de RG35-ZM, etc.). Le fil reliant la MG et les conclusions R1, Sdop doit avoir une longueur minimale pour réduire le Spar. L'erreur requise lors du réglage de la fréquence du générateur est de 1 ... 2%, la tension de sortie dans la plage de 20 ... 200 kHz est d'au moins 3 V. La sensibilité requise du millivoltmètre est de 3 mV. En connectant tour à tour des condensateurs Cdop de calibres différents, en partant de petites valeurs, la fréquence de résonance du circuit est comptée en fonction de la lecture minimale du millivoltmètre lorsque la fréquence du générateur change. En transformant la formule bien connue, on obtient CS=(2,53/Lmg)x104/f2res. où СΣ - capacité totale, pF; Lmg - inductance, H (pour les têtes en ferrite dans cette gamme de fréquences, la valeur est presque constante) ; fpez - fréquence de résonance, kHz. Il s’ensuit qu’il existe une relation linéaire entre CΣ et 1/f2pez, qui peut être utilisée pour déterminer Cm. Cela se fait comme suit [12] :
Une ligne droite est tracée le long des points obtenus jusqu'à ce qu'elle coupe l'axe des abscisses. Le point d'intersection et donne la valeur (Smg + Spar). Lorsque la longueur des connexions entre R1, Сdop et MG est inférieure à 2 cm, la capacité Сpar peut être prise égale à 2pF. Dans l'exemple ci-dessus (Smg + Cpar) = 13 pF. De là, nous trouvons Lmg \u2,53d 04 / (Smg + Spar) x 2 / f2,53res. = 13/0,485x0,0944 = XNUMXH ; Smg \u13d 2-11 \uXNUMXd XNUMXpF. Les valeurs mesurées de Cmg pour différents spécimens de têtes du type ZD24.750 - ZD24.752 se situent entre 7 ... 20 pF. Cette capacité diffère selon les canaux et varie en fonction de la connexion du fil commun à l'une ou l'autre sortie de la MG Pour les têtes métalliques, cette méthode de détermination de la capacité et de l'inductance intrinsèques n'est pas adaptée en raison de leur faible facteur de qualité et, par conséquent, de la forte dépendance en fréquence de l'inductance. Une mesure précise de Qmg dans des conditions amateurs est difficile. Dans le cas général, le facteur de qualité du circuit Q est déterminé à partir de la courbe de résonance (voir [12]) : Q=fres/(fmax - fmin) où f est la fréquence de résonance, kHz ; fmin et fmax - fréquences auxquelles la tension sur le circuit chute jusqu'au niveau de 0,707Umax, kHz. La précision de la mesure dépend du degré de shuntage du circuit par les impédances d'entrée des instruments de mesure, de la précision de lecture 0,707Umax et des fréquences fres fmin et fmax. Pour les mesures avec une erreur allant jusqu'à 5 % à Q = 20...40, il est nécessaire que la résistance de shunt soit d'au moins 10 MΩ, et les valeurs fpez, fmin, fmax 0,707Umax doivent être mesurées avec une erreur ne dépassant pas 0,2 %. D'après le schéma de la Fig. 11, la résistance shunt est approximativement égale à R1, ce qui donne une diminution de Q de 50 ... 70 %. L'utilisation de transistors à effet de champ à forte impédance d'entrée nécessite de prendre des mesures de protection contre l'électricité statique (le potentiel statique de la tension sur les mains de l'opérateur par rapport au sol peut atteindre 20 kV !). Dans les travaux pratiques, vous pouvez vous concentrer sur les données de mesure indiquées dans le tableau. 5.
Les mesures ont été effectuées à la fois dans la gamme des fréquences sonores supérieures et dans la gamme de fréquences du courant de polarisation. L'erreur de mesure est d'environ 5 %. Des condensateurs à faibles pertes ont été utilisés dans les mesures, et Cmg et Cpar ont été pris avec une grande tolérance de 15 et 6 pF, respectivement. Cette hypothèse et l'erreur dans les calculs ont donné un écart dans les valeurs de l'inductance Lmg, qui ont été calculées à l'aide de la formule donnée précédemment. La résistance résonante du circuit oscillant parallèle Rres et la résistance de perte active Rs ont été calculées par les formules [12] :
où Rres - résistance résonante, MΩ ; Lmg - inductance de tête, H ; CΣ - capacité totale, pF ; Rs - résistance de perte active, Ohm. Pour ceux qui souhaitent comprendre plus en détail, nous recommandons [13]. L'analyse des données obtenues montre ce qui suit : le facteur de qualité diminue avec un écart MG plus large et avec une augmentation de СΣ, restant très élevé (dizaines d'unités) dans la région des fréquences sonores supérieures. Aux fréquences de courant de polarisation, le facteur de qualité des têtes de ferrite est également assez important (sur un MG métallique il est inférieur à l'unité, il ne peut pas être mesuré). Dans le même temps, Rpez est tel que si la fréquence fpez coïncide avec la fréquence du courant de polarisation en mode enregistrement, il devient impossible de régler les courants de polarisation nominaux dans le schéma habituel de leur alimentation (il s'avère que c'est "brute forcer"). Le Rs des MG en ferrite est bien inférieur à celui des MG en métal, par exemple du type ZD24.211 ("Mayak"), surtout aux fréquences moyennes et élevées (200 Ohm contre 3... 5 kOhm !). Cela explique le niveau de bruit thermique nettement inférieur dans les têtes en ferrite. Avant d'aborder les questions spécifiques d'optimisation des paramètres et de réglage des magnétophones à têtes de ferrite, il est nécessaire de rappeler certains termes et dispositions adoptés dans la technique d'enregistrement magnétique du son. La fréquence de référence, adoptée à 315 Hz (auparavant, avant le 01.07.88/400/8, la fréquence nominale - 14 Hz), permet de comparer les résultats de mesure [XNUMX]. A cette fréquence, la FEM des têtes est mesurée pendant la lecture, la réponse en fréquence est également mesurée par rapport à cette fréquence. Pour cela, un signal-gramme est utilisé, enregistré conformément aux recommandations de la Commission Electrotechnique Internationale (CEI). La réponse en fréquence du flux magnétique de court-circuit de ce signalogramme N, dB, est calculée par la formule [XNUMX] :
où f - fréquence, Hz; τ1, τ2 - constantes de temps, s. Le niveau d'enregistrement du flux magnétique relatif en court-circuit est calculé comme la différence entre N(f) et N(315 Hz), où 315 Hz est la fréquence de référence. Les valeurs numériques du niveau d'enregistrement relatif sont données dans [9]. Ces valeurs sont utilisées pour calculer le 0Rid sans perte de la tête. Dans le tableau. La figure 6 montre les valeurs calculées du niveau d'enregistrement relatif (fréquence de référence 315 Hz, τ2 = 3180 µs, τ1 = 70 et 120 µs).
La correction de fréquence du canal de lecture, c'est-à-dire le trajet de l'amplificateur de tête de lecture (HC), doit garantir que les exigences en matière de réponse en fréquence inégale dans une plage de fréquences donnée sont respectées. Ainsi, la standardisation de la dépendance de la réponse en fréquence N(f), proposée par Heegard dans les années cinquante, conduit à la standardisation de la réponse en fréquence du canal de lecture. Le choix de la distribution de pré-distorsion entre les canaux d'enregistrement et de lecture est fait, comme indiqué dans [15], "sur la base de la réponse en fréquence du flux magnétique résiduel du phonogramme enregistré, qui peut être obtenu avec les bandes existantes et une quantité raisonnable de prédistorsion dans l'amplificateur d'enregistrement." D'une part, cela permet d'échanger des enregistrements, mais d'autre part, cela gêne le développement et l'utilisation de nouvelles bandes magnétiques « non standards ». Nous n'examinerons pas ici les raisons du choix de valeurs spécifiques de τ1 et τ2. Dans le tableau. 6 montre les valeurs de la réponse en fréquence Drid de la tête sans perte, et sur la fig. 13 montre sa vue ainsi que la réponse en fréquence des têtes des types ZD24.752 (τ1 = 120 μs), ZD24.751 et ZD24.750 (τ1 = 70 μs).
La grande propreté de la surface de travail des têtes permet d'obtenir de faibles pertes de contact. À propos, en raison du « caractère glissant » de la surface MG, elles ne se salissent pratiquement pas et ne nécessitent pas de nettoyage fréquent. Les propriétés magnétiques élevées de la ferrite monocristalline assurent des pertes négligeables pour les courants de Foucault et la remagnétisation du matériau. Néanmoins, l'évolution des caractéristiques réelles des vagues se distingue par un certain « aplatissement » du sommet et une décroissance plus douce dans la région des hautes fréquences. Cela pourrait s'expliquer par la forme en coin de l'espace, comme le montre [16], mais les mesures de la largeur de l'espace ne l'ont pas révélé (dans les limites de la précision des mesures). L'explication la plus probable est une modification de la perméabilité magnétique du matériau dans la zone d'entrefer due à la diffusion du verre dans le noyau (qui peut être représentée par le fonctionnement parallèle de plusieurs entrefers de largeurs différentes). La réponse en fréquence dans la région des basses fréquences se situe environ 1 dB au-dessus de Drid et sur la Fig. 13 n’est pas détaillé. Le schéma fonctionnel du canal de lecture est illustré à la fig. Quatorze.
L'amplificateur de lecture a une réponse en fréquence inverse de la réponse en fréquence d'une tête Drid idéale (voir Fig. 13), et la correction de la réponse en fréquence aux fréquences audio supérieures est généralement effectuée en raison de la résonance du circuit série formé par l'inductance Lmg et la capacité totale, constituée de Smg, montant la capacité Spar. capacité d'entrée de l'amplificateur Svh et capacité supplémentaire Cdop. La tension sur la capacité totale, c'est-à-dire à l'entrée SW, pour un tel circuit, la fréquence de résonance augmente d'un facteur Q, où Q est le facteur de qualité du circuit. L'augmentation de la réponse en fréquence à la fréquence de résonance à partir du niveau du signal sans tenir compte de la résonance est de 20 lgQ, dB. En raison de l'action de dérivation de Rin et Rsh, le facteur de qualité diminue. L'influence de Rin sans tenir compte des pertes dans la capacité totale peut être estimée avec suffisamment de précision par la formule Qsh=Q Rin/(Rres+Rin) où Q est le facteur de qualité initial du MG (voir Tableau 5) ; Rin - résistance d'entrée SW, kOhm; Rres - résistance de résonance (voir tableau 5), kOhm ; Qsh - facteur de qualité du circuit shunté. Ainsi, à Q = 15, Rres = 150 kOhm, Rin = = 100 kOhm, on obtient Qsh = 6, c'est-à-dire que la réponse en fréquence augmente de 15,6 dB. À Rin = 1000 kOhm, Qsh = 13 (augmentation de la réponse en fréquence de 22,3 dB). En raison de la haute qualité de la surface MG de l'ICF, l'augmentation réelle requise de la réponse en fréquence n'est que de 6 à 10 dB, ce qui correspond à Qsh = 2...3. Vous pouvez calculer la valeur approximative de Rsh nécessaire pour obtenir le facteur de qualité souhaité à l'aide de la formule 1/Rsh=(Q-Qsh)/(QshRres)-1/Rin, où Rsh - résistance shunt, kOhm; Qsh - facteur de qualité requis du circuit shunté ; Rres - résistance selon le tableau. 5 kOhms ; Rin - impédance d'entrée de l'amplificateur, kOhm; Ainsi, pour Qsh = 3 (l'amplification de la réponse en fréquence ne dépasse pas 10 dB) à Q = 15, Rres = 150 kOhm, Rin = 100 kOhm, Rsh = 60 kOhm ; pour Rin = = 1000 kOhm - Rsh = 39 kOhm. On peut distinguer deux tâches, pour la solution desquelles il est conseillé d'utiliser des MG en ferrite :
La dernière tâche se réduit au développement d'un amplificateur de reproduction "compatible" ayant son propre bruit pas pire que -65...-70 dB et une faible distorsion d'intermodulation. Le logiciel doit fonctionner de manière stable avec les MG à Q élevé (la plupart des logiciels existants sont excités en l'absence de Rsh). De plus, il est nécessaire de pouvoir travailler deux fois plus vite pour la réécriture. Cela nécessite de modifier la valeur de la capacité totale de 1300 ... 630 pF à Lmg = 100 mH (fréquence supérieure 14 ... 20 kHz) à 320 ... 160 pF (fréquence supérieure à double vitesse 28 ... 40 kHz ). Si Cm = 11 pF, Spar = 20...40 pF, alors avec une grande capacité d'entrée du logiciel, obtenir une bonne qualité à double vitesse devient impossible. La modification de la capacité totale s'effectue de deux manières :
Déterminons la fréquence supérieure fepx pour différents types de MG en ferrite produits, sur la base de l'exigence d'inégalité nécessaire de la réponse en fréquence du canal de lecture. La réponse en fréquence typique des canaux de lecture pour trois types de MG sans correction aux hautes fréquences est illustrée à la Fig. 15.
Ces réponses en fréquence ont été obtenues à partir des données des MG ZD24.750 - ZD24.752 (voir Fig. 13). En superposant les courbes de résonance du circuit d'entrée sur ces courbes à différentes décroissances de réponse en fréquence, nous pouvons nous assurer qu'une inégalité acceptable de la réponse en fréquence totale est obtenue si nous prenons la fréquence à laquelle la décroissance de la réponse en fréquence sans correction ne dépasse pas - 10 dB pour fvepx. Pour 3D24.752fvepx = 14...16 kHz, pour ZD24.751 fbepx = 16...18 kHz et pour ZD24.750 fbepx = 18...20 kHz. La figure 15 montre les courbes de résonance à partir du niveau de -10 dB à une fréquence de 20 kHz avec Qsh égal à 10, 3 et 2, ainsi qu'une vue de la réponse en fréquence totale du canal de lecture. Comme on peut le constater, la correction optimale des hautes fréquences pour la MG ZD24.750 se produit à une valeur de Qsh comprise entre 2 et XNUMX. Par conséquent, lors de l'installation d'un MG en ferrite dans un magnétophone, si le logiciel dispose d'un réglage de correction haute fréquence (sauf pour la formation des constantes de temps standard τ1 et τ2), et/ou d'un circuit de rétroaction positive pour augmenter le facteur de qualité du circuit d'entrée [17], il est nécessaire de réduire leurs réglages au minimum. Après cela, en parallèle avec le MG, il est nécessaire de connecter une résistance d'accord de petite taille avec une valeur nominale de 80 ... 100 kOhm comme Rsh, en définissant sa valeur maximale et en désactivant la résistance shunt disponible dans le SW. Lors de l'installation de la MG, en plus de l'inclinaison (azimut), du centrage et du « hochement de tête » habituellement vérifiés de la tête, il est nécessaire de vérifier la profondeur d'entrée de la MG dans la cassette. En raison d'une pression excessive du ruban sur la surface de travail, en plus de l'usure accrue du MG, des « sifflements » de friction se produisent également, surtout si la surface de travail est contaminée par des traces de colle provenant du ruban adhésif utilisé pour coller les cordons d'amorce. Il est plus pratique de vérifier à l'aide d'une cassette, dans le couvercle supérieur de laquelle se trouve une découpe à l'endroit où la tête entre dans la cassette. La zone de contact de la surface de travail avec la bande magnétique doit se situer entre 3,5 et 4,5 mm symétriquement par rapport à l'espace. Si, à la mise sous tension de l'appareil, le SW est excité, il faut réduire la valeur de Rsh jusqu'à disparition de l'excitation. La fréquence supérieure est prise soit égale au fBepx d'un type particulier de MG, soit abaissée si le magnétophone ne fournit pas la stabilité nécessaire de l'azimut du mouvement de la bande magnétique ou si le SW a une limite sur la fréquence supérieure. Le circuit d'entrée est accordé sur cette fréquence en sélectionnant Cdop. En raison de la haute résistance à l'usure des têtes en MKF (usure de 3 microns par 1000 h), aucun réglage pendant le fonctionnement n'est nécessaire. La fréquence de résonance est déterminée par le signal de sortie maximum du SW lorsque le champ magnétique du signal est appliqué à l'entrefer du MG à l'aide d'une bobine sur le shaper selon [9]. Le cadre d'un tel cadre a des dimensions de 8x75x3 mm, le nombre de tours est de 20 ± 5 avec un fil PEV 0,2. Le signal du générateur passe par une résistance de limitation de 100 ohms. Cette méthode ne nécessite pas de soudure indésirable sur les cartes du magnétophone. Le champ magnétique peut également être appliqué à l'espace à l'aide d'un conducteur flexible collé sur la surface de travail de la MG dans la zone de l'espace (il est pratique de le coller avec une colle soluble dans l'alcool comme le BF-6). Il est plus pratique de régler fvepx et la réponse en fréquence du canal de lecture à l'aide d'un signalogramme de rubans à mesurer de type ZLIT1.4.4-120 [9], constitué de packs de messages de fréquence. Le taux de répétition des rafales est de 18 Hz, la durée d'une rafale de fréquence est d'au moins 3 ms, la pause entre les rafales est de 1 ms, la fréquence maximale est de 14 kHz. La fréquence de résonance est déterminée à l'aide d'un oscilloscope par l'amplitude maximale du message de fréquence correspondant. Si fvepx est supérieur à 14 kHz ou s'il n'existe pas de ruban à mesurer, il peut être formé à l'aide d'un ordinateur personnel. Un certain nombre de messages nécessaires sont enregistrés en mémoire, qui sont enregistrés sur une cassette à l'aide d'un magnétophone bien réglé avec une gamme de fréquences suffisante. La durée des parcelles et la fréquence de répétition sont les mêmes que pour ZLIT.CH.4-120. Le nombre de salves de fréquence peut aller jusqu'à 10. Avec une fréquence d'échantillonnage de 44 kHz, une fréquence maximale allant jusqu'à 20 kHz peut être obtenue, avec une fréquence d'échantillonnage de 54 kHz - jusqu'à 24 ... 25 kHz. Une bande de type ZLIM.UNCHK.4 fabriquée par Magnolia JSC (environ 8 ... 10 $) convient également, sur laquelle se trouvent tous les signaux nécessaires (pour vérifier la réponse en fréquence, la détonation, le niveau nominal, l'équilibre, etc. .). Après avoir réglé le circuit d'entrée sur ftop, réglez le niveau nominal à la sortie ligne et les lectures de l'indicateur correspondantes en mode lecture. Cela nécessite un ruban à mesurer avec un signalogramme de la fréquence de référence du niveau nominal. La linéarité de la réponse en fréquence est ajustée avec une résistance accordée Rsh, qui est ensuite remplacée par une résistance constante. Lorsque vous utilisez un ruban à mesurer fait maison pour ajuster la réponse en fréquence, vous devez vous assurer que le niveau d'enregistrement est à -20 dB. Pour ce faire, lors de l'enregistrement sur un magnétophone de référence, la tension d'entrée est réduite de 10 fois par rapport à la valeur nominale. Avec une expérience suffisante, il est permis d'ajuster la réponse en fréquence sans ruban à mesurer selon le schéma de la Fig. 16, en réglant l'accentuation des aigus égale à l'atténuation typique de la réponse en fréquence (voir Fig. 15). Il est tout à fait possible d'ajuster la réponse en fréquence en réglant Rsh avec une résistance calculée à partir des données du tableau. 5 pour Qsh = 2 avec RBX connu. Le réglage "à l'oreille" à l'aide de pistes d'accompagnement musical donne généralement des résultats négatifs en raison du masquage des signaux de fréquence la plus élevée par ceux de fréquence moyenne et de la différence de qualité et d'équilibre spectral des enregistrements. Dans le même temps, le RBX peut être facilement mesuré, par exemple par la méthode de compensation.
L'estimation de la non-linéarité du canal de lecture est généralement requise lors du développement de CF ou lors de la comparaison de MG provenant de différents matériaux. Si un tel besoin s’en fait sentir, il est recommandé d’évaluer la non-linéarité en utilisant la méthode de différence de tonalité Twin-Ton-Test [18]. Dans ce cas, deux signaux de test de même amplitude avec un rapport de fréquence de 1:1,06 sont appliqués à l'entrée. Si l'amplitude de leurs produits d'intermodulation est de 4,7% de l'amplitude des signaux de test, alors cela correspond à un coefficient K3 = 3% pour l'un des signaux de test. Pour obtenir un bon son, comme cela a longtemps été prouvé à l'étranger et finalement reconnu dans notre pays [19], il est nécessaire d'atteindre un coefficient de distorsion d'intermodulation Ki inférieur à 0,003 %. En pratique, une évaluation qualitative de Ki est réalisée en appliquant un champ magnétique de signaux de test à l'entrefer MG, comme décrit précédemment. Dans ce cas, il est pratique de choisir la fréquence du signal de fvepx à fvepx/2 avec une différence entre elles de 0,5 ... 1 kHz. L'amplitude des signaux est augmentée de zéro au niveau nominal à la sortie linéaire du SW. Si, lors de l'écoute acoustique d'une telle combinaison, mieux avec des écouteurs de haute qualité, une différence de ton commence à se faire entendre, cela signifie que Ki devient supérieur à 0,003 % [18 ; 19]. Pour une évaluation plus précise de Ki, un analyseur de spectre est nécessaire. Comme déjà noté, en raison du volume minimum de matériau remagnétisable, de la normalisation de la force coercitive Hc et des bonnes propriétés haute fréquence du matériau, les têtes de cassette MCF ont une non-linéarité assez faible lors de la lecture : fréquence plus basse pour les têtes sendust et comparables avec les meilleures têtes en permalloy. Cependant, lors d'un enregistrement sur un ML CEI type IV, des phénomènes liés à la saturation des bords de l'espace de travail sont observés. Les résultats de l'étude de cet effet sont donnés dans [20], où il est montré qu'une augmentation du champ dans l'intervalle HG (en oersteds, Oe) au-dessus de la valeur correspondant à la moitié de la valeur de l'induction de saturation Bsat (en gauss, G) conduit à une saturation des bords de l'espace de travail. En conséquence, la zone d'enregistrement s'agrandit, les pertes augmentent et les distorsions non linéaires augmentent. Il existe également une formule empirique pour déterminer le champ requis dans l'intervalle HG (Oe) avec une largeur d'intervalle g (μm) requis pour l'enregistrement avec un niveau de signal limite avec une longueur d'onde λ (μm) sur un support avec une force coercitive Hc ( E) : HG \u1,7d (0,33 / g0,8 + 0,78VgXNUMX) x Hc. Il a également été montré dans [20] que cette valeur est proche de l'intensité de champ de polarisation optimale pour un enregistrement avec une polarisation haute fréquence. La force coercitive Hc des différents types de ML se situe dans les limites [18] :
D'où le champ requis dans l'intervalle HG (E) :
Pour travailler avec du type I ML, un matériel avec Vsat > 2900 Gs (0,29 T) est nécessaire :
Comparaison des valeurs obtenues pour Vnas avec les données du tableau. 3, nous pouvons conclure que non seulement les MG en ferrite, mais aussi les MG en métal ne garantissent pas un enregistrement sans distorsions excessives sur tous les ML de type IV disponibles. L'exigence en matière de matériau Vnas est jusqu'à Vnas > 160 T. Il existe une conception de ferrite MG dans laquelle, pour protéger les bords de l'espace de la saturation, une couche d'un alliage métallique avec Vmax > 1,4 T et une épaisseur de 2 ... 10 μm est appliquée sur les parois internes de le trou. Il s'agit des têtes dites « MIG » (« Metal-ln-Gap » - métal dans l'espace) [21 ; 22]. De telles têtes sont assez largement utilisées dans la technologie vidéo, mais aux fins de l'enregistrement sonore, notre industrie (et étrangère) ne les produit pratiquement pas, probablement en raison de la distribution limitée des bandes de type IV (augmentation du coût et surtout, manque d'appareils qui réalisent leurs avantages). Pour une MG de type ZD24.750 disponible dans le commerce avec g = 1 μm, lors de l'enregistrement d'un signal avec fbepx = 20 kHz sur un ML de type II, un matériau de base est requis dans la zone d'intervalle avec Vmax > 0,36 T, ce qui est réalisé avec un marge suffisante (selon le tableau 3 pour MCF Vmax = 0,43 ... 0,5 T). Par conséquent, l'affirmation selon laquelle "les têtes en ferrite... donnent le plus haut niveau de distorsion non linéaire (en mode d'enregistrement)" [2], telle qu'appliquée aux têtes de l'ICF, semble incorrecte. Les mesures directes montrent le contraire. Et enfin, sur la configuration de l'amplificateur d'enregistrement lors de l'installation des MG en ferrite. Lors de la configuration du canal d'enregistrement, il faut tout d'abord s'assurer que la fréquence de polarisation fsubm est inférieure à la fréquence de résonance fpez du circuit formé par l'inductance MG Lmg et la capacité totale CΣ, constituée de la propre capacité du MG , les capacités de sortie du générateur et de l'amplificateur (tube filtrant) et la capacité de montage. Il est souhaitable que fsubm < 0.8 fpez ou, selon le tableau. 5, fsubm < 84...96 kHz. Si la capacité Cmg a été mesurée, comme indiqué précédemment, une limite plus précise de la valeur de fsubm peut être obtenue. Avec fsubm = fpez, le circuit LmgCΣ fonctionne comme un résonateur de filtre, tandis que tout changement de température des valeurs de Lmg et CΣ entraîne une modification du courant de polarisation, et sa valeur est largement surestimée. Si fsubm>fpez, alors le courant de polarisation est shunté par CΣ et, s'il n'est pas régulé par des résistances, mais par des condensateurs trimmer, la charge sur le générateur peut augmenter fortement. En raison des faibles pertes de polarisation des MG en ferrite, le courant optimal s'avère être 2 à 3 fois inférieur à celui des têtes métalliques (ceteris paribus). Le courant d'écriture est moindre, mais pas de manière significative. Cela conduit au fait qu'il n'y a pas assez de réglages réguliers pour régler (réduire) le courant de polarisation, il faut soit introduire une résistance supplémentaire de 50 ... 200 kΩ dans le disjoncteur de courant, soit, si le niveau d'effacement le permet, réduire la tension d'alimentation du générateur (ce qui est pire). Si le courant de polarisation est fourni à travers la capacité de séparation, alors il ne faut pas le réduire (il vaut mieux mettre une résistance série) pour ne pas tomber dans la résonance série de cette capacité et de l'inductance de la tête. Une attention particulière doit être portée à cela lors de l'installation des enregistrements MG ZA24.751 et ZA44.171 sur des appareils de doublage à grande vitesse. Si la fréquence fpodm est supérieure à 200 kHz pour le ZA24.751 et supérieure à 500 kHz pour le ZA44.171, l'ajustement du courant de polarisation peut ne pas être possible en raison de phénomènes de résonance. Lors du réglage du courant de polarisation pour le type MG ZA44.171, en raison de la pénétration de la polarisation du canal adjacent, il n'y a parfois pas suffisamment de réglages pour réduire le courant de polarisation (à une fréquence de 500 kHz, le niveau de pénétration de cette MG est de -30 dB). La pénétration peut être combattue en shuntant le canal concerné par ce phénomène avec une résistance de 10 kΩ. Avant de définir le courant de polarisation optimal, il est conseillé de choisir le type principal de ML avec lequel il est censé fonctionner. Le choix se fait généralement sur la base du rapport « qualité-prix ». En règle générale, chaque utilisateur dispose d'un type de ML éprouvé et « familier », mais lors de l'installation d'une nouvelle MG durable, d'autres types peuvent être utilisés, guidés par les données [23, 24, 25]. Par expérience, de bons résultats, notamment en termes de réponse en fréquence, de distorsion et de « transparence » du son, sont montrés par les bandes produites par la société coréenne peu connue Sunkuong Magnetics Corp. (marque déposée SKC). Comme déjà indiqué, plus tôt dans le passeport individuel de la MG, les valeurs des courants d'enregistrement et de polarisation obtenues pour les ML typiques - R723DG (IEC I) et S4592A (IEC II) ont été indiquées. Sur la base de ces données, par recalcul [23, 24], il a été possible de déterminer les courants pour le type de ML sélectionné. Maintenant, ces données ne sont pas disponibles. Le réglage du courant optimal Ipodm commence par la détermination de la zone de régulation et, si nécessaire, par le réglage d'une résistance supplémentaire. Pour ce faire, en diminuant Isubm, trouvez le point auquel le signal d'une fréquence de 6,3 kHz est enregistré au niveau maximum. Ensuite, en augmentant ce courant, le niveau est réduit de 1...3 dB. Le courant optimal est défini soit par le bruit minimum du type de ML sélectionné, soit par la distorsion non linéaire minimale lors de l'enregistrement d'une tonalité avec une fréquence de 315 Hz. Ces valeurs sont généralement proches. Le réglage final dépend des capacités du magnétophone. Si le SW (à τ1 = 120 μs) a des bruits pires que -54...-57 dB (hélas, il existe de nombreux SW de ce type), alors le réglage sur un minimum de bruit ML est difficile. L'ajustement à la distorsion minimale peut être effectué sans voltmètre sélectif, en utilisant la méthode décrite dans [18]. La distorsion harmonique est déterminée par l'écart de la caractéristique de transfert lorsque le signal de fréquence de référence est enregistré à partir d'une ligne droite (sur une échelle logarithmique en dB). Un écart de 0,5 dB correspond à une distorsion harmonique de 3 % (Fig. 17). Cette méthode est décrite dans [18] pour les magnétophones à bobines ; pour les magnétophones à cassettes, il est nécessaire de vérifier l'exactitude des résultats obtenus. De manière générale, un accordeur expérimenté remarque une distorsion de 3 % ou plus dans la distorsion de la forme sinusoïdale.
Après avoir réglé les courants de polarisation, il est nécessaire de vérifier la linéarité de la réponse en fréquence sur toute la plage de fréquence. Il pourrait être nécessaire de réduire la correction des hautes fréquences aux États-Unis. La mise à zéro des indicateurs d'enregistrement au niveau nominal s'effectue, comme d'habitude, après calibrage du SW sur un mètre ruban ou en fonction de la capacité de surcharge du ML (et US) par un compromis entre bruit et distorsion. Cet article est consacré uniquement aux têtes série, donc l'influence de paramètres de conception tels que la largeur de l'espace, l'espace arrière, etc., sur la qualité d'enregistrement n'a pas été prise en compte ici. En conclusion, un mot d'avertissement : en raison des bonnes propriétés haute fréquence et diélectriques du matériau, les têtes de ferrite sont sensibles aux interférences haute fréquence provenant des radios, des étincelles des collecteurs de moteur et des moteurs à commande d'impulsions. Cela nécessite un découplage minutieux de leurs circuits d’alimentation, y compris le fil commun. Parfois, pour réduire les interférences, il est nécessaire de faire tourner les moteurs collecteurs autour de l'axe (ce qui est généralement prévu dans la conception des magnétophones), et lorsque cela n'aide pas, il est nécessaire d'installer un écran haute fréquence en cuivre sous l'aire d'atterrissage de la MG. Si la conception le permet, il est utile de protéger le récepteur de cassette. littérature
Auteur : V.Sachkovsky, Saint-Pétersbourg
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