МАГНИТНЫЕ ЛЕНТЫ И ВИДЕОКАССЕТЫ

Опыт использования видеокассет

     Появление современной видеозаписи стало возможно только с созданием высококачественных магнитных лент, обязанных новейшим достижениям химии, физики и технологии полимеров и ферромагнитных порошков. Применяемые ленты представляют собой 3-5-слойную конструкцию, причем для предотвращения электризации магнитной ленты один из ее слоев выполнен с использованием мелкодисперсионной сажи. Магнитный материал состоит из чрезвычайно малых игольчатых частиц размером 0,2...0,4 мкм. Чем меньше размер магнитных частиц, тем выше разрешение изображения и меньше шум, так как увеличивается выходной сигнал на высоких частотах.

     Качество магнитной ленты характеризуется рядом физикомеханических свойств: прочностью на разрыв, относительным удлинением после снятия нагрузки, абразивностью, стойкостью к короблению и др.

     К основным электрическим параметрам магнитной ленты относятся: величина оптимального тока подмагничивания, средняя чувствительность, частотная характеристика, нелинейные искажения, уровень шумов, уровень стирания и др.

     В качестве рабочего слоя обычно используются порошки гамма-окиси железа, двуокись хрома, феррит кобальта, металл и их различные комбинации. Каждый из этих материалов обладает своими преимуществами и недостатками. Гамма-окись железа обладает небольшой коэрцитивной силой 20 кА/м, от которой зависит плотность записи, зато имеет стабильные физико-химические свойства и большой коэффициент прямоугольности петли гистерезиса.

     Двуокись хрома имеет вдвое большую коэрцитивную силу - 40...45 кА/м, а порошок феррита кобальта 50...80 кА/м. Использование этих материалов позволило значительно повысить плотность записи и вдвое снизить скорость транспортировки ленты в ВМ для режима LP - Long Play.

     Однако самыми лучшими характеристиками обладают ленты с тонким (2.5...3 мкм) металлическим рабочим слоем, у которых коэрцитивная сила достигает 120 кА/м. При этом достигается наилучшее качество записи изображения и звука. Недостатками металлизированных лент являются их низкая износостойкость и повышенная коррозийность.

     По сравнению с обычными ферромагнитными лентами, до сих пор используемыми в звукозаписи, только качественно новая лента с рабочим слоем из порошка двуокиси хрома позволила обеспечить качественные характеристики бытовых кассетных ВМ. Основной недостаток хромовых лент - высокая абразивность - определил сложности в их использовании в отсутствие специальных технологий полива, полировки и покрытий, доступных только ведущим химическим фирмам, обладающим специальной технологией и производственными секретами, таким как BASF. В последующие годы, когда появилась видеолента с рабочим слоем из порошка феррита кобальта, именно эта лента стала использоваться практически всеми фирмами-изготовителями. И, наконец, прогресс в технологии способствовал появлению металлопорошковых лент для Video-8 и порошковых феррокобальтовых лент для S-VHS.

     Магнитный носитель наносят на основу, в качестве которой используется в основном полиэтилентерефталатная пленка, называемая по-разному в различных странах: лавсан, майлар, хостафан и др. Качество основы, полива и полировки носителя являются важнейшими причинами ухудшения параметров записи- воспроизведения изображения. Для высококачественных лент с малым уровнем шумов и малым количеством выпадений сигнала шероховатость слоя не должна превышать 0,02 мкм и должно быть не более одной частицы крупнее 1,2 мкм на 10 см2 поверхности. Особое внимание при изготовлении магнитных лент уделяется качеству рабочего слоя для уменьшения помех в виде выпадений сигнала, проявляющихся на экране телевизора в виде искр или темных узких горизонтальных полос. Причинами выпадения сигнала могут быть также загрязнения, возникающие либо в процессе производства из-за накопления статического заряда, либо при эксплуатации из-за осыпания магнитного слоя и пыли на рабочем слое ленты.

     Интенсивность выпадений является важнейшим показателем качества видеолент, позволяющим производить сравнительную оценку новых лент и степени износа лент, находящихся в эксплуатации. Нормируются длительность и количество выпадений в минуту. Так, ленты для формата VHS по параметру "выпадения" оцениваются как "превосходные" при значении, не превышающем 10 выпадений в минуту. Причем выпадения регистрируются при уменьшении воспроизводимого сигнала на 20 дБ и длительности этого провала не менее 15 мкс. К выпадениям приводят также пыль и крупные неровности на поверхности ленты. Неровности поверхности рабочего слоя препятствуют непрерывному контакту с головкой, ухудшают частотную характеристику в области малых длин волн записи и являются причиной контактных шумов [16]. Микрошероховатость поверхности, контактирующей с головками, у современных видеолент не превышает 0,01 мкм. При малой толщине рабочего слоя резко возрастает влияние качества поверхности основы ленты, микрошероховатость которой должна быть не более 0,005...0,01 мкм. Магнитная лента с порошковым рабочим слоем представляет собой магнитодиэлектрик, обладающий высоким электрическим сопротивлением. При использовании гамма-окисла железа поверхностное сопротивление может достигать 1013 Ом. Принимаются специальные меры для уменьшения сопротивления до 10 Ом, ибо при более высоких значениях этого параметра движение видеоголовок по поверхности ленты вызывает сильную ее электризацию, а возникающие электрические разряды на воспроизводимом изображении проявляются в виде шумов и помех.

кассета вк-180 ссср     Для улучшения условий транспортирования, намотки и пылезащиты у лучших типов видеолент (например, BASF) на обратную сторону основы ленты наносится антистатический черный слой толщиной 1...4 мкм. Поверхностное электрическое сопротивление этого слоя не превышает 105 Ом. Слой, нанесенный с обратной стороны основы, выполняет две задачи: отводит статический электрический заряд и, имея повышенную шероховатость, значительно снижает межвитковое трение. Это кажется странным: чтобы снизить трение, поверхность обычно полируют. Но между очень гладкими поверхностями начинают действовать силы молекулярного притяжения, создающие большую силу трения. Толщина обратного слоя никакого значения не имеет. Для примера могу рассказать о крупной неприятности, произошедшей при выпуске советских видеокассет. В ноябре 1988 г. в продажу поступила партия видеокассет ВК-120 и ВК-180 с закупленной в Голландии лентой. У этой ленты оказалось настолько большое межвитковое сцепление за счет электризации при рабочем ходе и перемотке, что после нескольких просмотров кассету нельзя было перемотать до ее начала практически во всех ВМ. Сразу же (и в течение года гарантийного срока) эти видеокассеты принимались магазинами обратно и обменивались на кассеты с лентой BASF. С 1989 г. во всех кассетах с этой капризной лентой ставились не металлические стойки, а пластмассовые, закупленные (по крайней мере, сначала) у фирмы BASF. При любой попытке заменить такие стойки на металлические лента в кассете переставала перематываться. Именно поэтому с января 1989 г. пользоывлись спросом советские видеокассеты только с лентой BASF и до сих пор, несмотря на долгий срок эксплуатации, состояние этих лент намного лучше, чем у иных, даже "фирменных" видеокассет.

видеокассета вк-120

     Толщина рабочего слоя разных лент может иметь значительно большее отклонение - до 40%, и тут есть изюминка, о которой следует поговорить. Рабочий слой промагничивается на глубину не более микрона, и, казалось бы, нет никакой разницы, во сколько раз различается его полная толщина на лентах разного типа. Разница, однако, есть. Магнитные головки воспринимают магнитные потоки, выходящие за поверхность ленты. Именно в них содержится полезная информация - видеосигналы. Но магнитные потоки "предпочитают" проходить по пути наименьшего сопротивления - не по воздуху, а по магнитному материалу ленты. В неиспользованной части ее рабочего слоя возникают замкнутые магнитные потоки рассеяния. Они отбирают энергию у полезного сигнала и снижают уровень воспроизведения. Следовательно, уменьшение толщины рабочего слоя ведет к повышению качества воспроизведения.

     Для качественной записи звука неподвижными магнитными головками в ВМ параллельно со звуковым сигналом вводится высокочастотное подмагничивание - сигнал частотой около 60...80 кГц. Его уровень оказывает влияние на чувствительность магнитной ленты - отношение уровня воспроизводимого сигнала к току записи в головке записи. Чувствительность ленты тем выше, чем больше толщина рабочего слоя, остаточная намагниченность и ширина петли гистерезиса. Различие чувствительности в пределах одной ленты называется ее неравномерностью. Частотные характеристики лент по звуку те же, что и по видеосигналу, влияют они на качество звука аналогично. Еще одна важнейшая характеристика - нелинейные искажения. Они вносятся магнитной лентой и возникают из-за появления в звуке посторонних частот, которых не было при записи. Нелинейные искажения тем меньше, чем больше остаточная намагниченность, толщина рабочего слоя, объемная концентрация порошка и степень его ориентации и чем меньше ток записи. Существенно уменьшает их и высокочастотное подмагничивание.

видеокассета с лентой магнитной

     Следующий показатель - шум ленты. При записи звука с высокочастотным подмагничиванием различают три вида шумов: шум размагниченной ленты, шум паузы и модуляционный шум. Уровень шума размагниченной ленты определяется величиной промежутков между магнитными частицами рабочего слоя. Шум паузы возникает из-за того, что в высокочастотном токе стирания всегда имеется постоянная составляющая. Модуляционный шум появляется при записи сигнала из-за неравномерного промагничивания рабочего слоя ленты. Видеолюбитель должен знать о них и помнить, что чем выше отношение сигнал/шум, тем лента лучше.

     Копирэффект. При хранении магнитной ленты, намотанной на катушку или сердечник, сильно намагниченные ее участки намагничивают соседствующие с ними витки. При воспроизведении одиночного звукового сигнала будут слышны также сигналы-копии, похожие на эхо. Они возникают как до основного сигнала ("опережающее эхо"), так и после него ("запаздывающее эхо"). Опережающие сигналы неестественны для слуха и поэтому особенно неприятны. Уровень копирэффекта с увеличением толщины рабочего слоя вначале растет, а затем снижается. При уменьшении размера частиц копирэффект усиливается. При хранении видеокассет копирэффект растет вначале быстро, а затем все медленнее. Чем выше температура хранения, тем сильнее копирэффект. Воздействие магнитных полей также может его усилить.

     Стираемость. Магнитную ленту можно использовать многократно, стирая старую запись и делая новую. Но делать этого до бесконечности нельзя - возможное число перезаписей на одной ленте ограничено. Определяется оно в основном сроком хранения ленты, ухудшением ее физико-механических свойств и поврехщениями. Чем выше температура ленты, тем легче стирается запись. Это объясняется тем, что коэрцитивная сила рабочего слоя с ростом температуры уменьшается. На мировом рынке насчитывается огромное количество марок и типов видеокассет. Однако продукцию высокого качества, подразделяемую, в основном, на стандартную, супер- и экстракласса, выпускают не более двух десятков всемирно известных фирм. Среди всех фирм особняком выделяется старейшая мировая фирма BASF. В первую очередь, она - одна из немногих, использующих в качестве основы не лавсан, а полиэстер, характеризующийся малым остаточным удлинением 0,2%, большой прочностью на разрыв (40 и 25 Н при толщине 19 и 15 мкм соответственно), а также широким температурным интервалом использования (+5...+55°С) [14]. BASF - самый ярый приверженец только хромоксидных лент, полировка и специальное покрытие рабочей поверхности которых повышает износостойкость, понижает абразивность и способствует более равномерной протяжке и намотке во всех режимах работы. Лента BASF допускает непрерывное воспроизведение стоп-кадра в течение 60 мин и срок службы 500 прогонов. Стабильность параметров во времени позволяет использовать эти ленты без существенного снижения качества в течение длительного времени.

     Параметры лент обычно приводятся фирмами- изготовителями в проспектах, обзорных статьях, в некоторой специальной литературе. Измерение характеристик лент является сложным, трудоемким процессом, требующим специальной прецизионной аппаратуры.

     Американскими инженерами было предложено характеризовать видеоленту параметром ВЕТ - плотностью магнитных частиц в рабочем слое, определяемом в граммах магнитного вещества на квадратный метр ленты. Чем плотнее упакованы частицы, тем выше уровень сигнала и меньше уровень шума. По этому параметру ленты могут быть условно поделены на 6 основных градаций:

  • 1. Standard Grade (SG, стандартное качество). BET = 20...25.
  • 2. High Grade (HG, высокое качество). BET = 25...30.
  • 3. Library Grade (LB, библиотечное качество для архива). BET = 30...35.
  • 4. Hi-Fi Grade (Hi-Fi запись звука). BET = 35...45.
  • 5. PRO или Master Grade (профессионального использования). BET = 45.. .50.
  • 6. S-VHS (для BM формата cynep-VHS). BET = 50...55.

         Обозначение этих градаций чисто условное, так как различными фирмами используются сочетания этих названий, а также Super High Grade (SHG), Extra Grade (EG), Super Grand Extra (SGX), Super Extra Grade (SXG.

         В рассмотрены основные параметры, по которым осуществляется сертификация магнитных лент для записи видеосигналов по методике немецкого журнала "Video"".

         Шумы сигнала яркости. Измерения проводятся для пяти экземпляров каждого типа кассет. Отношение сигнал/шум в канале сигнала яркости измеряется на специальной аппаратуре с использованием компьютера. Оценка производится по отношению к типовой ленте фирмы JVC и представляет собой степень отличия испытуемой ленты от типовой. Чем меньше уровень шума, тем меньше мерцание на светлых участках и помехи на заднем плане воспроизводимого изображения. Результат выражается в децибелах со знаком "+" при малом уровне шума и со знаком "-" при большом.

         Шумы сигнала цветности. Для характеристики цветовых шумов измеряется отношение сигнал/паразитная цветовая модуляция (ПЦМ). Измерения проводятся по рекомендации № 883 МЭК. Проявляются шумы в виде мерцаний на темных сценах или на участках изображения с насыщенным красным цветом. Оценка производится относительно типовой ленты фирмы JVC и выражается в децибелах с соответствующим знаком.

         Выпадения сигнала. На воспроизводимом изображении выпадения проявляются в виде светлых блесток или искр. Измеряются выпадения специальным счетчиком выпадений. Счетчик регистрирует помехи как выпадения при провалах воспроизводимого ЧМ-сигнала более чем на 20 дБ с длительностью этих провалов 15 мкс и более. Чем ниже частота выпадений, т.е. чем меньше их произошло за одну минуту, тем меньше уровень помех.

         Уровень Hi-Fi сигнала. Чем выше уровень воспроизводимого с ленты Hi-Fi сигнала, тем выше качество звука системы Hi-Fi. На ленту записывается сигнал частотой 1 кГц на несущей частоте 1 и 8 МГц. Оценка производится в режиме воспроизведения относительно соответствующей характеристики типовой ленты фирмы JVC. Если испытуемая лента значительно уступает типовой по данному параметру, то следует переключиться в монофонический режим с воспроизведением звука с продольной звуковой дорожки.

         Частотная характеристика продольной звуковой дорожки. На продольную звуковую дорожку записываются сигналы частотой 1 и 9 кГц. Воспроизводимые сигналы частотой 1 и 9 кГц сравниваются с аналогичными сигналами типовой ленты фирмы JVC. Чем выше уровень сигнала частотой 9 кГц и чем его амплитуда ближе к амплитуде сигнала частотой 1 кГц, тем выше качество звуковоспроизведения.

    12.11.2024