Компакт-кассета
- 1 year ago
- 0
- 0
Магнитные ленты для
компакт-кассет
подразделяются на три основных типа, различающиеся уровнем
подмагничивания
при записи и
постоянной времени
цепей частотной коррекции при воспроизведении.
Характеристики и обозначения типов лент регламентированы стандартом
МЭК-94
(IEC-60094).
Исторически, тип
МЭК-I
(IEC I) включал ленты на основе
гамма-оксида железа
, тип
МЭК-II
— ленты на основе
диоксида хрома
и близкие к ним по магнитным свойствам феррокобальтовые ленты
,
наиболее совершенный и дорогой тип
МЭК-IV
— металлопорошковые ленты
.
В 1980-е годы появились ленты со сверхтонкими рабочими слоями из напылённого металла (ME)
, металлопорошковые ленты МЭК-II и МЭК-I
и широко распространились высококачественные феррокобальтовые ленты МЭК-I («суперферрики»)
. Качественный разрыв между лентами трёх типов сократился: лучшие ленты МЭК-I разработки 1980-х годов на равных конкурировали с металлопорошковыми лентами.
Двухслойные феррохромные ленты, стандартизованные под обозначением МЭК-III , распространения не получили контрафактных лент .
. Обозначение тип 0 , не предусмотренное МЭК-94, техническая пресса применяла для устаревших лент 1960-х годов, не соответствовавших стандарту, а также для низкокачественных некондиционных илиДля обеспечения магнитной записи в рабочем слое ленты используются магнитотвёрдые порошковые ферромагнетики или ферримагнетики — материалы, требующие значительных внешних намагничивающих воздействий и сохраняющие («записывающие») значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего воздействия . Основными магнитными характеристиками лент являются :
Основными электроакустическими характеристиками, применявшимися в оценке качества компакт-кассет, являются :
Диапазон записываемых и воспроизводимых частот сам по себе не является значимой характеристикой ленты. При малых уровнях намагниченности все качественные ленты способны записывать и воспроизводить частотный диапазон 30—16000 Гц и гарантируют неискажённую передачу звука. Однако на высоких уровнях сигнала верхняя граница сужается из-за снижения предельного уровня. На «уровне Долби» она находится в диапазоне от 8 кГц у хромдиоксидных лент до более 12 кГц у металлопорошковых лент (что, в случае хромдиоксидных лент, компенсируется низким абсолютным уровнем шума). На практике важно не столько значение верхней границы частотного диапазона, сколько трудно формализуемая гладкость АЧХ в области средних и верхних частот .
Первая спецификация лент для компакт-кассет была составлена в 1962—1963 годах компанией Philips; в то время требованиям Philips отвечали лишь три ленты производства компаний 3M, BASF и Kodak. К началу 1970-х годов на рынок вышло множество лент, не соответствовавших устоявшемуся эталону. Магнитофоны, настроенные на заводах по новейшим, улучшенным лентам, оказывались несовместимыми с «обычными», недорогими лентами . Стандартизацией характеристик лент занялись Немецкий институт по стандартизации (DIN), установивший режимы записи и воспроизведения хромдиоксидных лент, а затем Международная электротехническая комиссия — разработчик стандарта МЭК-94 (IEC 60094) . Окончательное деление компакт-кассет на четыре типа (МЭК-I, МЭК-II, MЭК-III и МЭК-IV) было установлено МЭК в 1979 году .
В стандарте МЭК-94 определены две важнейшие характеристики магнитофонных трактов:
Обязательной частью стандарта являются первичные типовые ленты МЭК. Первичные ленты МЭК-I и МЭК-II всех поколений изготовлены BASF , первичные ленты МЭК-III и МЭК-IV — Sony и TDK соответственно . Это не серийная продукция, поступавшая на рынок из года в год, а ленты из уникальных, однажды изготовленных и более не воспроизводившихся партий . Повторить характеристики партии с должной точностью было невозможно, поэтому уполномоченный электротехнической комиссией поставщик однократно производил, а затем хранил запас первичных лент в расчёте на нужды промышленности всего мира на много лет вперёд . Время от времени МЭК пересматривала набор первичных лент; последний по времени пересмотр состоялся в апреле 1994 года .
Ленты МЭК-I (IEC I, или Normal) — первый, наиболее распространённый и доступный тип лент, чаще других использовался при производстве кассет с записью. Магнитный слой ленты МЭК-I состоит из примерно 30 % синтетического связующего и 70 % магнитного порошка — продолговатых, игольчатых частиц ферримагнитного гамма-оксида железа-III длиной от 0,25 до 0,75 мкм . Частицы такого размера можно считать одиночными магнитными доменами . Масса порошка имеет коричневый цвет, а его интенсивность и оттенки определяются средним размером частиц . За рубежом оксид из синтетического гётита производили предприятия, выпускающие минеральные пигменты ; в советской промышленности, из-за невозможности обеспечить должную химическую чистоту на предприятиях лакокрасочной отрасли, оксидный порошок изготавливали непосредственно заводы-производители лент .
Стандартом IEC 60094 для типа I установлен нормальный (низкий) уровень подмагничивания и постоянная времени частотной коррекции 120 мкс. Множество выпущенных кассет МЭК-I складывается из трёх основных подтипов: ленты начального уровня, улучшенные ленты на основе гамма-оксида железа-III, и высококачественные ленты на основе гамма-оксида железа-III, легированного кобальтом . Значения остаточной индукции и коэффициента квадратности, определяющие предельные уровни записи, последовательно возрастают от подтипа к подтипу, а коэрцитивная сила остаётся неизменной (примерно 380 Э ) . Общим для всех лент МЭК-I является и небольшой относительно МЭК-II и МЭК-IV спад максимального уровня на низких частотах: уступая более дорогим лентам в уровне записи высокочастотных составляющих, они выигрывают на низких .
В основании пирамиды лежат базовые, дешёвые ленты на основе чистого, немодифицированного и нелегированного гамма-оксида железа(III). Низкие характеристики этих лент — следствие неплотной изотропной укладки крупных частиц неправильной формы в магнитном слое . Ленты этого класса, часто маркировавшиеся как «малошумящие» (Low Noise), имеют наихудший абсолютный уровень шума, низкую остаточную индукцию (≈1400 Гс ) и низкий коэффициент квадратности (≈0,75) — что задаёт относительно низкий максимальный уровень записи и узкий динамический диапазон . Чувствительность дешёвых лент, как правило, также низкая, а оптимальный уровень подмагничивания на 1−2 дБ ниже, чем у усовершенствованных лент МЭК-I .
Именно к этой группе относится и неформальный «тип МЭК-0» — сборная группа оксидных лент, не соответствующих МЭК-I . Исторически в неё входили ленты «докассетной эпохи», не адаптированные под специфические требования кассетной аппаратуры и, как правило, требовавшие меньшего по сравнению с МЭК-I тока подмагничивания . При стандартной настройке канала записи все ленты звучали тускло, и лишь немногие из них «раскрывались» при тонкой подстройке тока записи . В XXI веке вместо прежнего значения обозначение «тип МЭК-0» используется для всевозможных некачественных, некондиционных и контрафактных кассет .
По мере развития технологии ленты начального уровня крупных производителей превзошли ограничения своего подтипа и перешагнули в разряд усовершенствованных. Ленты этого подтипа ( англ. microferrics ) отличались правильной формой и меньшим размером частиц — примерно 0,3 мкм в длину . Первая компакт-кассета такого рода, TDK SD , вышла на рынок в 1971 году; в 1973 появился ставший эталоном мелкозернистый магнитный порошок компании Pfizer . Затем производители освоили анизотропную укладку магнитных частиц под воздействием мощного магнитного поля, что заметно улучшило линейность (коэффициент квадратности приблизился к 0,9) и воспроизведение высоких частот . Типичная остаточная индукция улучшенной ленты разработки 1980-х годов равна примерно 1600 Гс , максимальный уровень записи на 2 дБ выше, чем у лент начального уровня, а абсолютный уровень шума — несколько ниже . Недостаток улучшенных лент — повышенный на 3—6 дБ копирэффект .
Наиболее совершенный подтип МЭК-I — ленты на основе гамма-оксида железа(III), обогащённого кобальтом . Существовало несколько разных технологий их производства, практическое распроспространение получил экономичный и гибкий процесс низкотемпературного капсулирования оксида тонким слоем феррита кобальта(II) из водного раствора хлорида кобальта . Получающиееся частицы имеют правильную игольчатую форму и могут быть плотно упакованы в высококачественные анизотропные магнитные слои . Первые феррокобальтовые компакт-кассеты американской компании 3M появились в 1972 году и на равных состязались с хромдиоксидными лентами; комментаторы отмечали исключительно высокую чувствительность и рекордный максимальный уровень записи новых лент .
Остаточная индукция феррокобальтовых составов МЭК-I равна примерно 1750 Гс . Максимальный уровень записи на 4 дБ выше, а чувствительность на 2—3 дБ выше, чем у лент начального уровня; уровень шума примерно тот же, что у улучшенных лент . Лучшие ленты этого класса («суперферрики») по совокупности динамических и частотных характеристик не уступают лентам МЭК-IV. Это доступная альтернатива металлорошковым лентам, в особенности при записи акустической музыки с большим динамическим диапазоном . Динамический диапазон составляет 60…62 дБ, при исключительно высоком, на уровне лент МЭК-IV, максимальном уровне записи на низких частотах .
Тип МЭК-II (IEC II, или High Bias, Chrome Bias и т. п.) объединяет два основных подтипа — ленты на основе и ленты ; кроме того, существует немногочисленный подтип металлопорошковых лент МЭК-II.
Ленты МЭК-II, согласно стандарту, предназначены для записи с высоким уровнем подмагничивания (150 % от уровня МЭК-I) и воспроизведения с постоянной времени 70 мкс. Первичная типовая лента DIN , установленная до принятия МЭК-94 — BASF C401R, первичные ленты МЭК — BASF S4592A (c 1981 года ) и BASF U564W (с 1988 года).
Ленты на основе ферромагнитного модифицированного диоксида хрома , предназначенные для вычислительной техники и видеозаписи, появились в 1968 году; два года спустя начался выпуск хромдиоксидных компакт-кассет . Ранние хромдиоксидные ленты «славились» повышенной абразивностью , но уже к 1977 году эта проблема была решена . Сложность и дороговизна высокотемпературного синтеза диоксида хрома, вкупе с необходимостью уплаты роялти правообладателю — компании DuPont , — обусловила высокие розничные цены на кассеты и стимулировала поиск иных, альтернативных магнитных материалов .
Типичная хромдиоксидная лента характеризуется коэрцитивной силой в 600 Э , остаточной индукцией 1300 Гс и близким к идеалу коэффициентом квадратности петли гистерезиса (0,9) . Её главное достоинство — низкий уровень и благозвучный спектральный состав шума, в особенности модуляционного шума на высоких частотах . Рекордно низкие уровни шума среди всех кассет — у двухслойных хромдиоксидных лент ; уровень шума таких кассет не уступает характеристикам обычных лент на скорости 19,05 см/с . Заметно выше и чувствительность на высоких частотах, однако максимальные уровни записи невелики — не выше, чем у базовых лент МЭК-I, и намного ниже возможностей «микроферриков» и «суперферриков». Превышение максимального уровня абсолютно недопустимо, а приближение к нему нежелательно, так как в «красной зоне» нелинейные искажения хромдиоксидных лент нарастают быстрее, чем у лент других типов . Из-за быстрого спада максимального уровня в областях низких и верхних частот хромдиоксидные ленты не универсальны; наилучшим образом они подходят для записи энергичной музыки с ярко выраженными обертонами, но относительно малыми уровнями басов .
Хромдиоксидные компакт-кассеты — наименее долговечные, и наиболее подвержены преждевременной деградации . При нормальных условиях хранения лента остаётся пригодной к использованию, но уровень записанного сигнала медленно снижается — примерно на 2 дБ за расчётный срок хранения (10—30 лет) . При увеличении температуры хром — окислитель полиэфирных и полиуретановых связующих — запускает необратимый процесс распада макромолекул полимера . Осколки молекул дрейфуют к поверхности ленты, что вначале лишь ухудшает её фрикционные свойства , затем возрастает уровень шума, а в конце распада рабочий слой ленты превращается в непрочную вязкую массу . Сходный « синдром липкости-осыпания » наблюдался в ряде лент для катушечных магнитофонов, однако почти не свойственен компакт-кассетам МЭК-I и феррокобальтовым кассетам МЭК-II .
Вскоре после внедрения в производство хромдиоксидных кассет японские производители, не желавшие платить лицензионные отчисления DuPont, занялись поиском патентно-чистой альтернативы — ею стало всё то же капсулирование гамма-оксида железа(III) ферритом кобальта. Cвойствами феррокобальтового слоя можно управлять, дозируя долю кобальта: каждый дополнительный процент его содержания увеличивает коэрцитивную силу примерно на 133 Э . Для перехода из типа МЭК-I в тип МЭК-II было достаточно нарастить слой феррита кобальта настолько, чтобы коэрцитивная сила возросла до свойственных МЭК-II значений .
В 1974—1975 годы TDK и Maxell вывели на рынок классические феррокобальтовые «псевдохромы» TDK SA и Maxell UD-XL , и свернули производство хромдиоксидных лент. «Война» хромдиоксидных и феррокобальтовых компакт-кассет прошла относительно спокойно, оба типа лент сосуществовали до конца кассетной эпохи. Конкурентная борьба за рынок видеолент, напротив, была бурной и уже в 1976 году завершилась полной победой феррокобальтовых составов . В 1980-е годы распространились «премиальные» двуслойные феррокобальтовые ленты с особо высокими максимальными и предельными уровнями; в середине 1990-х годов была выпущена первая и единственная трёхслойная лента TDK SA-XS .
Отличить «псевдохром» от настоящих хромдиоксидных лент несложно: последние имеют характерный запах горячего воска, отсутствующий в лентах иных типов. Электроакустические характеристики феррокобальтовых лент МЭК-II близки к характеристикам высококачественных лент МЭК-I. Уровень шума ниже из-за применения постоянной времени 70 мкс, однако по той же причине снижен и предельный уровень записи на высоких частотах . Реальный динамический диапазон, по данным независимых измерений 1990 года, составляет 60…65 дБ .
Магнитные характеристики феррокобальтовых лент МЭК-II (коэрцитивная сила 580—700 Э, остаточная индукция 1300—1550 Гс ) отличаются от характеристик хромдиоксидных лент незначительно, однако этого различия достаточно, чтобы оптимальные токи подмагничивания отличались существенно. Фактически, в пределах одного типа МЭК сосуществуют ленты с несовместимыми режимами записи. Японские производители аппаратуры, следуя за лидерами рынка компакт-кассет, настраивали каналы записи магнитофонов не на первичную ленту МЭК-II, а на японские «псевдохромы» TDK SA . Несовместимость японских лент с действующим стандартом создала проблемы пользователям магнитофонов европейского производства и подорвала позиции компаний-производителей хромдиоксидных лент, прежде всего BASF. К началу 1990-х годов даже они перешли на выпуск феррокобальтовых составов . МЭК «решила» проблему совместимости, назначив новой первичной лентой МЭК-II феррокобальтовую ленту производства того же BASF, близкую по характеристикам к «псевдохромам» TDK, лишь в 1994 году .
Коэрцитивная сила порошка из железа и кобальта, осаждённых из водного раствора солей, зависит от его состава. Изменяя массовую долю кобальта от ноля до 10%, производитель может точно подбирать коэрцитивную силу в диапазоне от примерно 400 до 1300 Э ; коэрцитивная сила сплавов железо-кобальт может достигать 2200 Э . Благодаря гибкости технологии, производители могли и увеличивать, и уменьшать коэрцитивную силу металлопорошковых лент относительно уровня, установленного для лент МЭК-IV, в том числе — до уровня МЭК-II .
На практике этой возможностью воспользовались лишь японские компании Denon , (торговая марка That’s) и TDK, выпускавшие редкие и дорогие металлопорошковые кассеты МЭК-II. При высокой остаточной индукции по типу МЭК-IV (2600 Гс) эти ленты имели относительно низкую, порядка 800 Гс, коэрцитивную силу, близкую к характеристикам МЭК-II . По данным испытаний 1990 года, продукция Denon и Taiyo Yuden была в числе лучших лент МЭК-II, однако eё применение осложнялось исключительно высокой чувствительностью и нестандартным, существенно большим чем у первичной ленты МЭК-II, током подмагничивания .
В 1973 году компания Sony вывела на рынок первые двуслойные ленты, в которых базовый пятимикронный слой гамма-оксида железа был покрыт микронным слоем хромдиоксидного пигмента ; по замыслу разработчиков, двуслойная феррохромная лента должна была сочетать свойственный лентам МЭК-I высокий уровень записи на низких частотах с хорошими высокочастотными свойствами диоксида хрома. Новинка вошла в классификатор лент как тип МЭК-III, а первичной лентой типа стала Sony CS301 .
Помимо Sony, к выпуску феррохромных лент присоединились лишь BASF и AGFA . Феррохромные ленты не смогли составить конкуренцию лучшим лентам МЭК-I и МЭК-II, и быстро сошли со сцены . Производители магнитофонов, вначале обеспечивавшие их режимом записи для МЭК-III, к 1983 году перестали это делать . BASF прекратила выпуск феррохромных лент в 1984 году , Sony около 1988 года .
Первые попытки создать магнитную ленту на основе не оксидов, а чистых (не окисленных) металлов были предприняты ещё в 1946 году; в 1962 году появились опытные ленты на основе порошка сплава железа, кобальта и никеля , а в начале 1970-х годов компания Philips объявила о начале разработки металлопорошковых ( англ. Metal particle, MP ) компакт-кассет . Внедрение металлопорошковых составов в массовое производство оказалось непростой задачей; известные методы порошковой металлургии не позволяли добиться субмикронного размера частиц . Пирофорность порошков химики обуздали с помощью пассивации металлических частиц тонким слоем оксида . По замыслу разработчиков, контролируемое окисление на производстве также стабилизировало магнитные и химические свойства ленты, препятствуя дальнейшему медленному окислению в процессе экплуатации . На практике им не удалось убедить рынок: в среде любителей и профессионалов установилось мнение о неизбежной медленной деградации (окислении) металлопорошковых составов .
Серийные металлопорошковые компакт-кассеты вышли на рынок в 1979 году и были стандартизованы под обозначением МЭК-IV. Износ головок при протяжке металлопорошковых лент намного ниже, чем у лент других типов .
Постоянная времени воспроизведения 70 мкс — та же, что и у лент МЭК-II, поэтому металлопорошковые ленты могут воспроизводиться на любом магнитофоне, способном воспроизводить ленты МЭК-II . Иначе обстоит дело с режимом записи . Коэрцитивная сила типичной металлопорошковой ленты составляет 1100 Э , а остаточная индукция — 3300 Гс, в два-три раза выше чем у оксидных лент, что требует особо высокой индукции подмагничивания и стирания . Традиционные головки с ферритовыми сердечниками, имеющие относительно невысокий порог насышения, для записи металлопорошковых лент непригодны, поэтому в начале 1980-х годов на смену им пришли новые типы головок на основе сендаста , пермаллоя и комбинированные стеклоферритовые головки с заполнением магнитного зазора магнитомягким сплавом .
Металлопорошковые ленты, в особенности флагманские двуслойные ленты, отличаются рекордно высоким максимальным и предельным уровнями записи и широчайшим динамическим диапазоном при низком уровне нелинейных искажений; они лучше других лент справляются с тонкими нюансами живой, не подвергнутой агрессивной компрессии музыки . Из-за высокой цены эти ленты никогда не были массовыми; их применение было исторически оправдано лишь во флагманских, наиболее совершенных моделях магнитофонов . Другой недостаток металлопорошковых лент — медленное само размагничивание (спад уровня записанного сигнала примерно на 2 дБ за расчётный срок хранения) .
Технология ионного распыления металлов была внедрена в серийное производство магнитных лент для цифровой и видеозаписи в 1980-е годы, а первые аналоговые микрокассеты нового типа ( англ. Metal Evaporated , ME) появились в 1979 году . Процесс распыления проводится в вакуумной камере . Кобальт или кобальто- никелевый сплав нагревается мощным электронным пучком , и распыляется узко направленным конусом на охлаждаемый барабан с лентой . В зону падения атомов металла на ленту подаётся кислород, частично окисляющий осаждённый металл и способствующий формированию мелкозернистой структуры .
Магнитные слои на основе напылённого металла имеют наибольшую из всех известных носителей; в 2010-е годы конкуренцию им составляют лишь магнитные слои на основе . Однако механическая прочность напылённого слоя, толщина которого измеряется долями микрона, намного ниже, чем у традиционных оксидных слоёв [ уточнить ссылку 720 дней ] . По этой причине, а также из-за высокой (на порядок выше, чем у металлопорошковых лент [ уточнить ссылку 720 дней ] ) себестоимости распыление металлов в производстве компакт-кассет не прижилось. Единственным производителем компакт-кассет ME стал разработчик технологии — компания Panasonic . Японцам удалось довести до серийного выпуска кассеты, адаптированные к требованиям МЭК-I, МЭК-II и МЭК-IV, но производились они недолго и были практически недоступны за пределами Японии .