Немного истории и основная концепция

Реально эра записи на магнитную ленту началась в 1935 г. с появления первого коммерческого звукового магнитофона фирмы AEG, названного просто Магнитофоном. В нем использовалась ацетатцеллюлозная лента, покрытая порошком карбонильного железа. Даже при том, что это были очень хорошие звукозаписывающие устройства для своего времени, их эксплуатационные показатели постоянно повышались на протяжении 30‑х и 40‑х годов до тех пор, пока в конце 40‑х годов радиопередачи не стали выходить в записи, не отличаясь при этом по качеству от прямого эфира.

Принципы записи на магнитную ленту известны большинству из нас по старым добрым кассетным аудиомагнитофонам. Сигнал переменного тока (АС), проходя через обмотку аудиоголовки, генерирует переменный магнитный поток сквозь магнитно‑проницаемое металлическое кольцо, называемое головкой. Для того, чтобы магнитный поток вышел из кольца (в противном случае, магнитный поток останется внутри сердечника), в сердечнике сделана небольшая прорезь.

Благодаря этой прорези формируется неоднородность для магнитного поля, которое выходит из сердечника и замыкается по воздуху, возвращаясь к другому концу прорези. Но если мы поместим магнитную ленту очень близко к головке, то поток будет проходить через ленту.

Магнитная лента сама по себе очень тонкая и покрыта магнитным порошком, микроскопические частицы которого действуют как небольшие магнитики. Если наложить внешнее магнитное поле, то эти небольшие частицы могут быть поляризованы в различных направлениях, в зависимости от силы тока и его направления.

Если магнитная лента неподвижна, то никакая информация не будет записана, за исключением последнего состояния магнитного поля.

Чтобы произвести звуковую запись, лента должна двигаться с постоянной скоростью. Эта скорость зависит от разрешения, то есть от самой высокой частоты, которую необходимо записать. Чем быстрее движется лента и чем меньше зазор в кольце, тем более высокую частоту можно записать.

По аналогии это напоминает ситуацию: в наличии имеются две авторучки, одна – с острым, другая – с обычным пером. Пользуясь острым пером, мы можем писать более мелким шрифтом и на одном и том же пространстве разместить больше информации, чем при пользовании обычным пером.

Этот пример – упрощенное описание того, как производится звуковая запись. В действительности же звуковой сигнал не записывается непосредственно в том виде, в каком он поступает, а скорее в виде амплитудно‑модулированного синусоидального сигнала. Было установлено, что при этом нелинейные искажения при записи намного ниже. Для звуковой кассеты скорость движения ленты была выбрана равной 4.75 см/с. Таким образом, получасовая запись одной стороны кассеты С‑60 занимала примерно 86 м ленты (4.75x60x30=8550 см). При хорошем качестве ленты и с чистой головкой возможная полоса пропускания записи звука составляет приблизительно от 50 Гц до 15000 Гц. Если сравнивать с сегодняшними цифровыми CD‑стандартами, то такие характеристики звуковой записи не кажутся столь внушительными. Очевидно, что с большими магнитофонами (катушечного типа) и учетверенной скоростью ленты в 19 см/с записанная и воспроизведенная полоса пропускания будет намного шире.

Первоначально была предпринята попытка применить к записи видеосигналов концепцию, подобную применяемой при аудиозаписи на магнитную ленту, когда в 50‑х годах были разработаны весьма странные устройства со скоростью протяжки ленты около 1000 см/с с необычайно большими бобинами. Теория, на основе которой построена запись на магнитную ленту, показала, что, чтобы сделать запись монохромного видеосигнала с полосой пропускания всего 3 МГц (при приемлемом качестве изображения, что соответствует только 15 кГц при аудиозаписи), требуется скорость протяжки ленты около 3 м/с (300 см/с). Легко можно вычислить, что при такой скорости только для одночасовой записи требуется 3x60x60=10800 м ленты. Качество такой продольной записи было все еще очень низким, а оборудование – чрезвычайно громоздким и неудобным в использовании.

Зная размер ленты С‑60 (86 м), можно представить себе физический размер бобин, на которых намотано 10 км ленты. Поскольку это представлялось абсолютно непрактичным, то было принято решение отыскать другой способ достижения нужной скорости ленты относительно видеоголовки. В 1950‑х годах два инженера из Атрех™ придумали систему с поперечным сканированием, которая имела 4 вращающихся видеоголовки, через которые лента проходила с невероятной скоростью – 40 м/с. Эта система была способна записывать сигнал в полосе пропускания до 15 МГц и обеспечивала качество, достаточное для телевещания. Но для коммерческого рынка и для рынка видеонаблюдения это было слишком дорогим продуктом, поэтому требовалась разработка альтернативных проектов и решений.

Рис. 8.1. Принцип магнитной записи