Шумы, помехи и искажения при магнитной записи

Шумы тракта записи-воспроизведения представляют собой результат действия различных возмущений, как электромагнитных, так и механических, возникающих из-за несовершенства отдельных элементов канала и неидеальности их работы. Можно выделить следующие источники шума и помех:

- шумы магнитной ленты (структурный шум, шум размагниченной ленты, шум паузы);

- изменение конструктивных параметров тракта в процессе записи-воспроизведения (непостоянство толщины рабочего - слоя по длине ленты, перекосы ленты, изменение условий контактирования ленты и головки);

- привнесенные (аддитивные) шумы и помехи (переходные помехи, проявление копирэффекта, собственные шумы усилителей и головок, внешние помехи и наводки);

- колебания скорости записи и воспроизведения;

- выпадения сигналов.

Шумы магнитной ленты

Основными причинами данных шумов являются неоднородность частиц магнитного порошка и неравномерность их распределения в рабочем слое ленты. Рабочий слой ленты формируется из специального магнитного лака, который состоит из мелкодиспергированных частиц магнитного материала, распределенных в немагнитном связующем веществе. Эти частицы имеют различные размеры и форму, неравномерно распределены в рабочем слое, могут образовывать конгломераты. В связи с этим, структура магнитной ленты оказывается неоднородной. Частицы в различных поперечных сечениях ленты магнитно не сбалансированы, и поэтому в обмотке воспроизводящей головки при прохождении возле нее ленты возникает ЭДС, имеющая шумовой характер. Этот шум, связанный с дискретной структурой рабочего слоя, называют структурным.

Данный шум проявляется даже тогда, когда лента полностью размагничена. Его уровень весьма мал и составляет -(55...65) дБ относительно номинального уровня сигнала. Уровень шума размагниченной ленты определяет предел, меньше которого шум сквозного тракта быть не может. Снизить шум размагниченной ленты можно только путем совершенствования самих лент.

Шум размагниченной ленты существует и при отсутствии сигнала. Если размагниченную ленту подвергнуть действию поля ВЧП, то уровень шума возрастает на 3...10 дБ. Это объясняется тем, что при действии ВЧП повышается чувствительность ленты к слабым магнитным полям и появляется паразитная намагниченность ленты из-за асимметрии поля подмагничивания, намагниченности элементов транспортирующего механизма. Эта составляющая структурного шума называется шумом паузы. Шум паузы может быть ослаблен симметрированием поля подмагничивания, тщательным размагничиванием сердечника головки и элементов лентопротяжного тракта.

Относительный уровень структурного шума зависит от ширины дорожки, увеличиваясь с ее уменьшением. Это объясняется тем, что при увеличении ширины дорожки возрастает уровень сигнала, индуцированного в обмотке головки, а уровень структурного шума остается прежним.

Аддитивные шумы и помехи

Если на одном носителе записи размещено несколько параллельных дорожек, то часть магнитного потока с одной из них может попасть в воспроизводящие головки других дорожек и создавать помеху, называемую переходной. Уровень этой помехи зависит от длины волны записи, возрастая с ее увеличением.

При хранении свернутой в рулон ленты намагниченные ее участки намагничивают соседние слои, и при воспроизведении кроме основного сигнала будут также воспроизводиться опережающие и запаздывающие сигналы, воспринимаемые как эхо. Это явление называется копир-эффектом. Копирэффект зависит от магнитных свойств ленты, ее общей толщины, толщины рабочего слоя, длины волны записи, времени хранения и температуры (с увеличением температуры эффект проявляется сильнее). Уровень копирэффекта имеет максимум при длине волны λ = 2π/d_л, где d_л - общая толщина ленты. Количественно копирэффект характеризуется его уровнем по отношению к основному копируемому сигналу. Для современных лент разность уровней основного и скопированного сигнала составляет около 60 дБ.

Магнитные головки и усилители также являются источником шума, причем этот шум при записи широкополосных сигналов (видеозапись) оказывается преобладающим. Этот шум подразделяется на несколько составляющих: собственные шумы сердечника и обмотки воспроизводящей головки, собственный шум ламп и транзисторов. Так как в усилителе воспроизведения входные сигналы имеют малый уровень, а в усилителях записи они сравнительно велики, собственные шумы усилителей и головок заметно проявляются только в тракте воспроизведения.

При воспроизведении записи электродвижущая сила в головке воспроизведения крайне мала. Поэтому одним из источников помех оказываются внешние электромагнитные поля, создаваемые двигателями магнитофонов и силовыми трансформаторами. Для их уменьшения применяют экранирование головок, причем экраны воспроизводящих головок обычно бывают двухслойными - из пермаллоя и меди. Для уменьшения собственных шумов во входных каскадах усилителей воспроизведения применяют малошумящие активные элементы.

Выпадения сигналов

Выпадениями называются глубокие уменьшения уровня воспроизводимого сигнала, вызванные дефектами ленты или нарушением контакта между лентой и головкой в результате смятия и коробления ленты, попадания пылинок и осыпавшегося рабочего слоя. При звукозаписи выпадения проявляются в виде щелчков, которые, однако, малозаметны ввиду их кратковременности и редкого появления. При видеозаписи выпадения приводят к появлению полос на изображении, что недопустимо. Для их устранения применяются специальные схемы коррекции выпадений. При цифровой записи выпадения могут привести к искажению цифровой последовательности, примем вероятность проявления дефектов без принятия специальных мер достаточна высока - 10°, что сделало бы невозможным получение высокого качества. Устранение выпадений при цифровой записи достигается за счет специальной операции - перемежения цифровой последовательности, в результате исходная последовательность цифрового кода одной выборки разбивается на участок дорожки записи длиной примерно в 11 мм.

Занятие 7

Содержание: Носители магнитной записи. Строение лент и используемые материалы. Характеристики магнитных лент. Магнитные ленты для аналоговых магнитофонов.

Задание к практическому занятию:

1. Составить логическую схему базы знаний по содержанию блока.

2. Составить терминологический словарь.

3. Выполнить все пункты, перечисленные в разделе подготовительного этапа к практическому занятию.

Практическое занятие (деловая игра)

Цели: 1. Закрепить и углубить изучаемый материал студентами.

2. Уметь изложить свою точку зрения по вопросам обработки, хранения и передачи информации.

Участники: Студенты распределены на 3 подгруппы:

1-я подгруппа – заказчики (задающие вопросы);

2-я подгруппа – специалисты (отвечающие на вопросы);

3-я подгруппа – экспертная группа (оценивающие правильность формулировки вопросов и ответов на них).

Время: 90 минут.

1. Подготовительный этап (домашняя работа):

1. Подготовить материл по ранее выданной на текущее занятие (в конце предыдущего занятия) преподавателем теме:

- составить план блока;

- составить терминологический словарь: выписать встречаемые в тексте блока термины и дать им расшифровку;

2. По содержанию блока составить до десяти вопросов.

3. Быть готовыми ответить на вопросы по рассматриваемой теме. Уметь оценить вопросы и ответы участников будучи в подгруппе экспертов.

4. Оформить домашнюю работу в виде отчета.