Ostatnimi czasy wśród melomanów stały się modne magnetofony i kasety magnetofonowe. Wiem, wiem - zaraz podniesie się fala hejtu że to przestarzałe, że nie zapewnia jakości, że sprzęt archaiczny itp. itd...
Jednam zauważyć można że wśród nawet tych, którzy są zwolennikami tego medium występują pewne braki w pojmowaniu samego sposobu zapisu (i co logiczne - późniejszemu odtwarzaniu) dźwięku ANALOGOWEGO.
Aby to zrozumieć nie wystarczy krótki artykuł na forum, nawet kilka książek może być mało - wiem o tym, sam to przechodziłem za młodu. Spróbuję jednak to zrobić w miarę prosto, i tak by chociaż te podstawowe sprawy przestały być tabu...
Sam pomysł zapisu dźwięku na nośniku magnetycznym powstał jeszcze w XIX wieku; pierwsze próby praktyczne przeprowadził Valdemar Poulsen - początkowo za nośnik służył cienki stalowy drut nawinięty ściśle na bębnie, jednak efekty były ...niezadowalające. Nawinięcie drutu na szpuli co prawda zwiększało jego ilość (a więc i czas zapisu), ale nadal był kłopot z zachowaniem stałej odległości drutu od głowicy zapisu. Potem zamiast drutu zastosowano cienką stalową taśmę - tu również nie było najlepiej - taśma na szpuli była ciężka a jej ostre krawędzie mogły ranić. Taki nośnik ale w dużo większej ilości był nawinięty na szpuli. Czemu długość była ważna? Zapis by miał szansę być zrozumiały wymagał dużej prędkości przesuwu nośnika co wymuszało taką konstrukcję.
A w ogóle jak to działa, że można zapisać dźwięk na materiale ferromagnetycznym?
Sama idea jest bardzo prosta - gorzej z realizacją praktyczną, gdyż w trakcie prób należało rozwiązać ogromną ilość problemów; a wszystko po to by tak zapisany dźwięk miał szansę konkurować z zapisem mechanicznym na płycie gramofonowej.
Aby zapisać sygnał audio na taśmie magnetycznej (od razu zacznę pisać o taśmie, gdyż dość szybko zrezygnowano z drutu jako nośnika) należało po pierwsze zamienić sygnał akustyczny na fale elektromagnetyczną - to akurat tak trudne nie jest. Następnie taką falę należy zamienić na zmienne pole magnetyczne - to również nie stanowi problemu - elektromagnes chociażby udowadnia że można z napięcia zrobić pole magnetyczne, a podanie na niego wzmocnionego sygnału audio dawało nam ścisły związek miedzy szybkością i poziomem sygnału a zmianami pola magnetycznego. (tak działa głośnik dynamiczny przecież?) Kolejnym krokiem jest namagnesowanie tym polem nośnika - taśmy magnetycznej...
No właśnie taśma magnetyczna... Pierwowzorem była taśma papierowa z naniesionym na jej powierzchnię (z jednej strony) warstwy proszku magnetycznego i utrwaleniu go za pomocą jakiegoś kleju. Dość szybko okazało się że można ale papier (jaki by nie był) nie jest najlepszym pomysłem; zbyt delikatny...
Tak więc zaczęto szukać innego materiału i w końcu padło na folię plastikową - odpowiedni plastik (np. nylon) zapewniał dużą wytrzymałość na zrywanie a i nie dawał się tak łatwo rozciągnąć - to zapewniało jako-taką trwałość samego nośnika. Przy okazji też ustalono znormalizowaną szerokość samej taśmy na 1/4" czyli 6,25mm. A teraz problem o którym się niewiele mówi... Jak zmusić pole magnetyczne wytworzone przez uzwojenie elektromagnesu by wniknęło w warstwę magnetyczna na taśmie?
Rozwiązaniem okazało się zastosowani szczeliny magnetycznej - a by dodatkowo "wypchnąć" pole w kierunku nośnika zastosowano przekładkę z materiału diamagnetycznego wciśniętą między szczelinę rdzenia elektromagnesu... no właśnie; rdzenia. Rdzeń jak w transformatorze zbudowany jest z cieniutkich blaszek wykonanych ze specjalnego stopu (podobnie jak w transformatorze) zapewniającemu minimalizowanie strat wynikających z prądów wirowych.
Oczywiście pierwowzorem były pierwsze magnetofony taśmowe - kaseta o dużo mniejszej szerokości (bo 0,15 cala czyli 3,81mm) taśmy wymuszała jeszcze większa precyzję i powodowało kolejne problemy. W międzyczasie zaczęto myśleć też nad zwiększeniem czasu nagrania - co prawda pierwsze magnetofony zawierały duże (naprawdę duże...) szpule z ogromną długością taśmy na nich, ale ... ale ktoś wymyślił że można by zrobić to inaczej - poprzez zwężenie śladu zapisanego na taśmie tak, by zmieściło się ich więcej. I tak powstała taśma z dwoma śladami, potem czterema a w magnetofonach studyjnych nawet z szesnastoma. Oczywiscie w wypadku tych ostatnich taśma musiała być szersza niż 1/4" - powstały taśmy dedykowane do magnetofonów studyjnych o szerokości 1/2" a nawet 1 czy 2 cale nawet.
O ile rynek na magnetofony "studyjne" powoli zaczął się nasycać to magnetofony zyskały też na popularności wśród domowych miłośników muzyki - tak jak w przypadku fonografu tak i magnetofon stał się namiastką koncertu w domowym salonie - zamiast iść do filharmonii wystarczyło włączyć radio, do niego podłączyć magnetofon, zapisać koncert by potem dowolną ilość razy go odsłuchiwać - już bez konieczności kupowania za każdym razem biletów... Nie trzeba mówić że to spowodowało z czasem coraz to większe zapotrzebowanie na taki sprzęt. Magnetofony stały się z towarów luksusowych (pierwsze funkcjonalne sztuki były wykorzystywane już przez pewnego gościa z wąsikiem do nagrywania, a potem odtwarzania na falach eteru, swoich przemówień) do sprzętu popularnego... W okresie powojennym nawet w Polsce powstawały magnetofony "dla ludu" Piosenki, Melodie, Tonette... te ostatnie nawet potrafiły pracować z prędkością znaną dziś w magnetofonach kasetowych, podczas gdy królowała wówczas prędkość 19cm/s to był wyczyn nie lada.
A w zasadzie dlaczego wyczyn?
Tu trzeba sobie wyjaśnić pewną zasadniczą sprawę związana z samym zapisem dźwięku; Taśma się porusza ze stałą, ściśle określona prędkością, przed nieruchomymi głowicami - pierwszą jaką mija podczas przesuwu jest głowica kasująca (czasem - niestety - magnesem trwałym) Ta głowica powoduje po pierwsze wykasowanie poprzedniego zapisu lub usunięcie jakichś przypadkowych zakłóceń (trzasków) - oczywiście pracuje ona tylko w trakcie zapisu. Kolejną głowicą jest głowica zapisująca dźwięk i głowica go odtwarzająca - czemu dwie głowice? Przecież w większości magnetofonów stosuje się jedną głowicę uniwersalną? Z prostej przyczyny - łatwiej wykonać odrębny układ wzmacniacza zapisu i oddzielny dla odczytu - ponieważ wymagają one innych wzmocnień i...
I tak dochodzimy do sedna tego artykułu.
Sam zapis magnetyczny ma wady wynikające chociażby ze zjawiska histerezy nośnika oraz - właśnie! - ze skończonej prędkości przesuwu nośnika. Histereza to coś takiego co oznacza, że już namagnesowany nośnik trudno jest "przemagnesować" zmienić jego bieguny. Wymaga to użycia wstępnej siły (pola magnetycznego. A czemu prędkość przesuwu nośnika ma wpływ na zapis? Wyobraźmy sobie że mamy do czynienia z głowicą o określonej szerokości szczeliny - czyli pole magnetyczne jakie z tej szczeliny powoduje namagnesowanie cząstek magnetycznych nośnika również ma określoną szerokość? No ma. A teraz taśma się przesuwa i jeśli nośnik z zapisanym już sygnałem nie zdąży w pełni opuścić miejsca przed szczeliną magnetyczną to kolejny fragment zapisu zostanie częściowo skasowany przez następujący po nim sygnał (nie zapominajmy że głowica zapisująca to nadal jest rodzaj elektromagnesu)? No właśnie. Teoretycznie rozwiązaniem problemu jest właśnie zwiększenie prędkości przesuwu. Rozwiązanie to jednak idealne nie jest - powoduje konieczność wydłużenia taśmy do ilości, która nie mieści się na standardowej szpuli, lub pogodzenie się ze skróceniem czasu nagrania na jednej taśmie. Tak wiec problem z częściowym (bo pole magnetyczne głowicy zapisu jest zbyt małe do całkowitego skasowania nagrania) "podkasowaniem" nagrania należało rozwiązać w inny sposób. Takim sposobem okazało się takie pokombinowaniem z charakterystyką częstotliwościową zapisu by tę niedogodność (chociaż częściowo) zniwelować. Oczywiscie tak zapisana taśma wymaga i odpowiednio ukształtowanej charakterystyki wzmacniacza odczytu.
No i sam nośnik niekoniecznie zachowuje się podczas zapisu tak jak byśmy chcieli - jest mniej czuły dla częstotliwości wysokich. I tak doszliśmy do sedna - charakterystyki zapisu i odczytu: raz - nie są płaskie w funkcji częstotliwości, dwa wymagane jest odpowiednie ich ukształtowanie (szczególnie w zakresie wysokich częstotliwości) by uzyskać w miarę wyrównany poziom dla całego zakresu częstotliwości akustycznych.
Przykładową charakterystykę zapisu dla magnetofonu kasetowego możemy zobaczyć poniżej:
I tu od razu odpowiem na pytanie czemu na powyższym wykresie mamy aż trzy różne charakterystyki ? Wszak dotyczą one wszystkie tej samej prędkości przesuwu taśmy? Ano tu dochodzimy do już poruszanego problemu. Histerezy... Początkowo wystarczy do sygnału zapisu dołożyć niewielki podkład napięcia stałego (offset) - łatwiej było uzyskać mniejsze zniekształcenia (analogicznie jak we wzmacniaczach audio - zbyt małe napięcie podkładu powoduje powstawanie zniekształceń skrośnych) tak w zapisie magnetycznym brak offsetu powodował zniekształcenia wynikające ze zjawiska histerezy magnetycznej. Poczałkowo problem rozwiązywano wspomnianym już napięciem stałym dodawanym do sygnału audio. Jednak powodowało to trwałe namagnesowanie głębszych warstw taśmy co z kolei powodowało szum (wystarczy znaleźć jakiś kiepskiej jakości magnetofon kasetowy gdzie do kasowania wykorzystywany jest ruchomy - dosuwany do taśmy podczas zapisu - magnes trwały i porównać wykonane na nim nagranie z nagraniem na magnetofonie dobrej klasy) by się przekonać że jest to problem.
W czerwonym okręgu ruchoma głowica kasująca w formie kostki magnesu trwałego.
Przez przypadek podczas uruchamiania kolejnej konstrukcji zauważono że jakimś cudem jakość nagrania znacząco wzrosła - okazało się że wzmacniacz zapisu się wzbudził na wysokiej częstotliwości i nałożył swoją amplitudę na sygnał audio (w zasadzie odwrotnie - sygnał audio nałożony był na podkład w,cz, ale wiadomo o co chodzi...
). W ten sposób nastąpił znaczny skok w zainteresowaniu magnetofonami - nareszcie jakość była porównywalna do jakości oryginalnego sygnału... No ale powoli;
Standardowe taśmy z tlenkiem żelaza w formie nośniku magnetycznego mają wadę w postaci ograniczonej możliwości namagnesowania cząstek - każdy nośnik ma przecież określoną ilość cząstek magnetycznych jakie mogą zostać w trakcie nagrania namagnesowane. W grę wchodzą same właściwości nośnika i jego wykorzystywaną głębokość wniknięcia pola w grubość warstwy magnetycznej. Głębokość wnikania pola z głowicy zapisu w taśmę nie może być duża by nie wprowadzić zniekształceń wynikających z nasycenia cząstek nośnika. poza tym pole jakie wychodzi ze szczeliny głowicy zapisującej nie należy do gigantycznych - wręcz przeciwnie liczy się jego wysokość od czoła głowicy w mikronach...
Tak czy inaczej ze względu na ograniczenia wynikające z zastosowania tlenku żelaza (taśmy typu I) zmusiły do poszukiwań innych nośników - takim okazał się chrom, a ściślej dwutlenku chromu (Typ II). Ta taśma pozwalała na rozszerzenie charakterystyki częstotliwościowej a przy okazji wymagała nieco innej charakterystyki zapisu - mniej podbijającej najwyższe częstotliwości. Oczywiście z tego względu że zmieniła się charakterystyka zapisu - prócz większego prądu podkładu w.cz wymagana była też zmiana charakterystyki odczytu by zachować maksymalnie równomierny przebieg poziomu względem częstotliwości. Niestety nic za darmo - co prawda szerokość pasma uzyskiwanego na takiej taśmie się poprawiła, ale z kosztem zwiększonych zniekształceń samego sygnału. Próbowano pogodzić niedostatki taśmy "żelazowej" z zaletami taśmy "chromowej" mając nadzieję na zmniejszenie niedostatków tej drugiej i tak powstała taśma żelazo-chromowa (typ III). Niestety nie do końca rezultaty zadowoliły inżynierów i dość szybko wycofano się z produkcji tych taśm. Prace nad polepszeniem jakości postępowały jednak nadal i tak powstała taśma typu IV - taśma w której zamiast cząsteczek tlenków zastosowano mikroskopijne drobiny metalu. Podobnie jak w wypadku taśmy chromowej należało zapewnić odpowiednio (jeszcze) większy prąd podkładu. Taka taśma wymusiła zmianę charakterystyki jak dla taśmy chromowej co w połączeniu z różnymi poziomami prądu podkładu dało nam trzy charakterystyki na wykresie.
Co prawda ta ostatnia taśma (metalowa) zapewniła jeszcze szerszy zapis w górnym zakresie i naprawdę dobrą dynamikę sygnału, ale ze względu na swoje właściwości fizyczne powodowała znacznie szybsze zużycie (wycieranie) głowic. Nawet opracowane głowice amorficzne nie potrafiły wytrzymać pracy z taśmą IV typu dłużej niż kilka lat.
Wyjaśnię i sprostuję od razu - to nie są idealne charakterystyki zapisu. To dość wyidealizowane charakterystyki, jednak wystarczające dla wyjaśnienia samej zasady. Prócz samych właściwości taśm(nośników) wiele też zależy od samych głowic zapisujących - one bowiem również w pewien sposób wpływają na konieczność w ingerencję krzywych zapisu i odczytu. Przecież mimo istnienia szczeliny głowice mają jakieś indukcyjności? Przecież nie można bezkarnie zmieniać np. ilości zwoi czy szerokości szczeliny (chociaż ta ostatnimi czasy już się nie zmienia tak bardzo) czy chociażby parametrów samego rdzenia? Mimo, że w tej materii w końcowym okresie istnienia magnetofonów kasetowych wystąpiła stabilizacja to jednak nadal spotyka się np. głowice z rdzeniem ferrytowym czy też głowice magnetorezystancyjne.
Tyle najogólniej i przystępnej (na ile mi się to udało oceńcie sami) wiedzy dotyczącej samej istoty zapisu magnetycznego dźwięku. Pozostaje pytanie dotyczące poniższego obrazka:
A także tego - bardziej swojskiego magnetofonu:
Czy można bezkarnie dokonywać zapisu na przykład na taśmie żelazowej przy ustawieniu charakterystyki zapisu dla taśmy chromowej, bądź metalowej?
Uważniejsi czytelnicy zapewne już będą wiedzieć, że nie. Po prostu taśma żelazowa nie "przyjmie" tak silnego podbicia zapisu tonów wysokich i się zwyczajnie przesteruje, a uwzględniając inne też właściwości dotyczące samej czułości taśmy może się okazać, że zniekształcenia powstaną nie tylko w tym zakresie częstotliwości. A odwrotnie? Co gdy taśmę metalową zapiszemy korzystając z charakterystyki zapisu dla żelazowej? Odpowiedź równie prosta - drastyczne zmniejszenie poziomu dla najwyższych częstotliwości o ogólnie niższy poziom zapisu. Co do taśm typu II sytuacja jest nieco mniej drastyczna jeśłi chodzi o wymagane korekcje zapisu i odczytu - dodatek chromu jest bowiem na tyle niewielki, ze stosuje się charakterystyki jak dla taśmy żelazowej. Natomiast w wypadku złej ustawionej podczas zapisu korekcji efekt pozostanie podobny jak w wypadkach opisanych poprzednio. A co gdy dla prawidłowo zapisanej taśmy metalowej ustawimy podczas odczytu korekcję dla taśmy żelazowej? W zasadzie niewiele złego, poza dużym podbiciem najwyższych zakresów częstotliwości i... zwiększeniem zniekształceń wynikających z silniejszego wysterowania wzmacniacza odczytu.
Czy więc warto kombinować? Na szczęście w ostatnich co lepszych modelach magnetofonów kasetowych takich niebezpieczeństw nie ma - w kasetach zastosowane są odpowiednie wycięcia (w zależności od typu taśmy inne) a w samych magnetofonach czujniki je wykrywające. W efekcie jeżeli magnetofon wykryje że ma do czynienia z taśmą konkretnego typu - ustawi automatycznie korekcję odpowiednią dla tej taśmy.
A co jeśłi mamy magnetofon gdzie takich udogodnień nie ma? No cóż, zabronić eksperymentów nikomu nie mogę. Jednak jeżeli komuś naprawdę zależy na uzyskaniu maksymalnej możliwej jakości - nie będzie kombinować.
Wypadałoby jeszcze wspomnieć o różnicach w stosowanych korekcjach i poziomach zapisu w zależności od stosowanych norm czy rejonu świata w którym magnetofon został wyprodukowany, ale to już wymagałoby zbyt wielkiej ilości informacji (których i tak w tak skrótowym artykule zostało dużo zawartych) i nie zmieściłoby się w możliwościach percepcyjnych typowego czytelnika
Tak czy inaczej muszę przypomnieć, że priorytetem w tym artykule było zawarcie informacji w sposób maksymalnie przystępny, nie wymuszając od czytających zagłębiania się w konkretne wzory, przykłady i charakterystyki. Od tego są znacznie poważniejsze źródła informacji - niestety coraz trudniej dostępne dla zwykłego śmiertelnika (przykładowo informacje znalezione w sieci są mocno okrojone ze szczegółów a te jakie znalazłem korzystają i tak z tego samego źródła) no i sam zapis magnetyczny audio stał się ... jakby to powiedzieć... niemodny? Owszem - jak w samym wstępie wspominałem nadal co jakiś czas wraca moda na wynalazki z przeszłości (chociażby czarne płyty), ale jakbyśmy się nie starali to i tak boom na nie już wygasł. A sprzęt jaki się spotyka to albo niemożebnie wyeksploatowane zabytki albo coś co udaje gramofon czy magnetofon (chociaż w wypadku gramofonów jest dużo lepiej), podczas gdy krótkie spojrzenie do wnętrza uświadamia nas, ze producenci tych wynalazków usiłują nas zrobić w balona wciskając sprzęt niższej klasy popularnej w cenie co najmniej sprzętu klasy wyższej.
Ogólnie o tym zagadnieniu można by kolejny temat napisać ale to raczej już nie ja i nie tu... ostatecznie jesteśmy na forum technicznym i nie powinniśmy się zajmować zabawkami...
W powstaniu tego artykułu merytorycznie i mentalnie wspomogli mnie nasi Koledzy: Kolega andreyatakum i Kolega TechEkspert za co Im serdecznie dziękuję.
Pozdrawiam serdecznie.
Fajne? Ranking DIY
