facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ЗАПИСИ ЗВУКА, ИЗОБРАЖЕНИЙ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ СПОСОБОМ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ЗАПИСИ ЗВУКА, ИЗОБРАЖЕНИЙ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ СПОСОБОМ
Евгений Травников, гранд-конструктор впк, кандидат технических наук, доцент

Участник конференции

ББК 32.965, Б20, УДК 681.327. 6.

В обзорной исследовательской статье рассматривается электромагнитная запись звука, изображений и цифровая на ленточный, проволочный и дисковый носители информации, их принципы и устройства динамических (механизмов) осуществления различных режимов работы, их настоящее и будущее

Ключевые слова: Магнитофоны, видеомагнитофоны, дисковые накопители           

Images and digital tape, wire and disc media, their principles and dynamic devices (mechanisms) of different modes of operation, their present and future

Keywords: tape recorders, video cassette recorders, disk drives

 

Электромагнитная запись родная мне на заре 20 века родилась,
В мощную технику регистрации информации превратилась,
Свыше 50 лет я ей отдал, много книг и монографию написал,
Свыше 140 изобретений создал и половину в ВПК повнедрял!

  ЕНИТ, гранд-конструктор, ХХ1век.

 

Введение. Электромагнитная запись-воспроизведение информации появилась в результате исследований датским физиком Поульсеном явлений электромагнетизма, датой её рождения считается 1898 год хотя раньше американский инженер Оберлин Смит в 1888 году опубликовал статью, где предлагал на магнитной стальной ленте или проволоке записывать звук. Он назвал свое устройство полным электрическим аналогом фонографа Эдисона. Так что Поульсен получил свой патент на базе идей американского инженера. И первый аппарат магнитной записи Поульсена был выполнен на основе барабанного механизма, где на немагнитном барабане была намотана виток к витку стальная проволока (рис.1,), что позволяло получить большее время звучания, чем на прямолинейной проволоке. К поверхности барабана (проволоке) был прижат рычаг с магнитной головкой, которая имела прорезь в направлении проволоки. Рычаг с магнитной головкой и цилиндрический барабан вращались через зубчатые редукторы, обеспечивающие синхронное передвижение магнитной головки и вращение барабана, т.е. магнитная головка передвигалась по проволоке вращающегося барабана с продольным шагом, равным шагу намотки стальной проволоке на барабане. Конечно, этот прибор был далек от промышленного аппарата. Однако только с появлением достойных магнитных носителе в виде магнитной пластмассовой ленты в 40-вых годах и других изобретений немецких инженеров (Пфлеймер, Шюллер, Маттиас и др.) электромагнитная запись резко шагнула вперед и заняла доминирующее место в регистрации сначала звука, а потом с 1956 г. и видеоинфор­мации и дискретной цифровой (ЭВМ).

Первым бытовым магнитофоном в СССР был аппарат «Днепр» Киевского музкомбината (1948г., рис.1,), а потом в 1952 г.- самый лучший в Союзе ламповый магнитофон «Днепр-3» (рис.1,). В этом магнитофоне был применен одномоторный механизм транспортирования ленты шириной 6,35 мм. с очень мощным электродвигателем (30 вт. на валу), что обеспечивало ускоренную перемотку ленты (со свистом)со скоростями профессиональных магнитофонов. Кроме того, появились магнитофонные приставки «Волна», «МП-!»,, механизм которых устанавливался на граммофонный диск электропроигрывающего устройства (ЭПУ) и получал от него вращение большого обрезиненного ведущего вала, который был глубоко обхвачен натянутой магнитной лентой, которая транспортировалась со скоростью 19,05 см/с. Приемная катушка получала вращение через небольшую фрикционную муфту. Между катушками размещался блок магнитных головок — стирания и универсальной (записи-воспроизведения). Приставки снабжались ламповым блоком Записи-воспроизведения, подключаемым к усилителю воспроизведения ЭПУ. С магнитофонной приставки «Волна» (1956г.) началось увлечение автора электромагнитной записью, которая потом с 1960 г. стала его профессиональной работой на п/я 231 как конструктора. До работы конструктором автор сделал магнитофонную приставку записи-перезаписи на промышленный бытовой магнитофон «Днепр-10» (рис.1), который демонстрировался от киевского радиоклуба в мае 1959 года на ежегод­ной выставке творчества радиолюбителей СССР, посвященной дню радио изобретателя А.С..Попова. Принципы и способы электромагнитной записи включают в себя продольную (непрерывную и строчную), поперечно-строчную, наклонно-строчную, круговую (концентрическую и спиральную) виды взаимодействия магнитных головок и магнитной ленты. Название «магнитная» запись, употреблявляющееся раньше не обладает строгостью терминологии поэтому многие авторы и автор статьи заменили его в своих трудах на оптимальное«электромагнитная». На обмотку магнитной головки, расположенную на сердечнике из магнитомягкого материала, но износоустойчивого против стирания с рабочим зазором шириной 0,5-2 мкм подается электрический сигнал звука (видео) или цифровой от усилителя записи. На магнитном носителе (ленте, диске) с магнитотвердым покрытием в виде кубиков с размером 1-2 мкм или магнитных игл длиной 5-8 мкм. Этот ферромагнитный материал располагается хаотически при размагниченном состоянии носителя (рис.2,в). Электрический сигнал намагни­чивает магнитотвердые частицы ферромагнитного материала (рабочего слоя) носителя слабо или нормально, что приводит к ориентации магнитных частиц в такт с переменным значением его (рис.2, в). Таким образом, на рабочем слое носителя остается «отпечаток» записываемого сигнала (рис.2,а). Применение для сердечников магнитных головок магнито мягкого материала выбирается для того, чтобы избежать «замагничивания», а на рабочем слое носителя магнитотвердого материала, чтобы оставить магнитное отражение сигнала. Без переменного электрического сигнала в рабочем зазоре головки не может быть никакой магнитной записи (подтверждение- электромагнитная запись). При воспроизведении информации намагниченные участки с магнитного носителя (рис.1,б) изменяют магнитное поле рабочего зазора головки воспроизведения, подключенной ко входу усилителя воспроизведения в такт с записанным сигналом на носителе и происходит воспроизведение сигнала. Таким образом, происходит электромагнитное воспроизведение { к термину).

При электромагнитной записи различают продольную и перпендикулярную её форму выполнения. Продольная запись - запись информации, при которой направление записи совпадает с направлением движения носителя записи или противоположном ему (ГОСТ 13699-91) и рис.2,г. При этом намагниченные участки записи располагаются вдоль движения носителя записи. При этом намагниченные участки можно рассматривать как цепочку постоянных магнитиков. Перпендикулярная запись-воспроизведение электромагнитной информации- когда направление записи-воспроизведения перпендикулярно (вертикально) направлению движения носителя информации (рис.2, д). При этом намагниченные частицы рабочего слоя расположены перпендикулярно носителю и магнитомягкому подслою, рас­положенному под магнитотвердым слоем и вдоль (продольно) основы магнитной ленты. Есть еще разновидность продольной записи вдоль плоскости вращающегося диска (магнитного или оптичес­кого)" это круговая запись: концентрическая и спиральная. Круговая концентрическая электромагнитная запись информации, когда на вращающийся магнитный диск записываются концентрические дорожки записи с определенным микрошагом (рис.3). Магнитные дорожки располагаются с двух сторон диска, а головки прерывисто перемещаются механизмом позиционирования с заданным шагом. Головки для гибких дисков имеют механический контакт с вращающимся диском с небольшой частотой до 300 об/мин, а для жестких магнитных дисков применяются так называемые «плавающие» магнитные головки с зазором 0,5 -1 мкм с частотой вращения до 7-8 тыс. об/мин. Продольная запись применяется для аппаратов аналоговой и цифровой формы регистрации информации, причем для многоканальной,от 7 до 42 каналов на магнитной ленте шириной 25,4 мм. В одном блоке магнитных головок разместить столь много каналов невозможно, поэтому применяют метод так называемого «шахматного « расположения каналов, когда в одном блоке располагается половина каналов, а в другом с сдвигом по высоте на один канал располагаются другая их половина (рис.4). Это объясняется тем, что технологически невозможно расположить все каналы в одном блоке. Поперечно-строчная запись и наклонно-строчная представлены на рис.5 и рис.6, где все ясно и без лишних комментариев. Эти виды электромагнитной записи применяются в основном для записи видео информации в бытовых (сходит уже на нет), профессиональных и специальных видеомагнитофонах (позже рассмотрю). Далее рассмотрим ещё один главный элемент (первый- магнитные головки) электромагнитной записи-носитель информации. К носителям записи относят магнитную ленту (на пластмассовой и металлической основе), магнитные диски (гибкие или жесткие), магнитную проволоку, магнитные барабаны. Первые два вида носителей информации имеют наибольшее распространение, поэтому и их рассмотрим.

В общем носитель записи - это физическое тело, используемое при электромагнитной записи для сохранения в нем или на его поверхности сигналов информации. Началась электромагнитная запись с применения магнитных лент на пластмассовой основе с покрытием специальными ферролаками (магнитотвердым составом) (рис,7,а). Толщина основы от 8 до 140 мкм в зависимости от вида ленты. Причем магнитные ленты бывают неперфорированные и перфорированные, первые широко применяются во всех видах аппаратуры электромагнитной записи, а вторые перфорированные в основном для производства кинофильмов, где необходима строгая синхронизация при монтаже звука и изображения, которая может быть создана за счет перфораций- окон на магнитной и киноленте. И если кинофильм выпускается с магнитной (не оптической) фонограммой, то дорога только для магнитной перфорированной ленты. И это одна из главных причин, что магнитная лента в ближайшие десятилетия не будет вытеснена другими носителями записи информации. Кроме того, нами магнитная перфолента применялась для кольцевых самописцев электромагнитной информации большой емкости (до 50 и более метров), устанавливаемых на подвижных объектах, например, торпедах (далее приведен будет этот пример). Для специальных целей, например для самописцев черных ящиков, широко применяют биметаллическую магнитную ленту шириной от 6,25 мм до 25,4 мм, Это объясняется тем, для магнитных лент на пластмассовой основе точка Кюри (потери магнитных свойств) не превышает 180° С, а для биметаллических лент она может достигать до 500° С и выше. Ленточные носители записи различают на одно слойные, двухслойные и п-слойные. Однослойный носитель записи содержит один рабочий слой записи (биметаллическая магнитная лента), двухслойный носитель записи - носитель записи с двумя рабочими слоями, расположенными по обе стороны основы (например магнитные диски), п- слойный носитель записи - носитель записи, который содержит п рабочих слоев носителя записи. Носитель записи содержитрабочий (рабочие) слои - которые предназначены для сохранения в нем или на его поверхности записанной информации. Рабочий слой располагается на основе, которая представляет слой носителя записи, предназначенный для придания ему механической прочности и формы. Носитель записи может содержать один или несколько защитных слоев предназначенных для защиты рабочего слоя от климатических и механических воздействий (рис.7,в). Довольно большую нишу носителей записи занимают дисковые, которые во многом уже сильно потеснили ленточ­ные носители. Диск (от греческого)- предмет, имеющий вид плоского круга. Магнитный диск-диск, имеющий с двух плоских сторон основы магнитотвердое покрытие - рабочий слой. Основа может быть гибкой -гибкие магнитные диски или жесткой немагнитной металлической-жесткие магнитные диски. Основа гибких магнитных дисков состоит из тонко листовой пластмассы толщиной 0,1-0,2 мм., а основа жестких магнитных дисков выполняется из высокостабильного листового сплава типа В95 толщиной 1,4мм. Магнитное покрытие дисков, как и для лент, имеет отличнуюадгезию (лат.)- сцепляемость с основой. Магнитные диски имеют прямой привод в механизме от электродвигателя постоянного тока коллекторного или в подавляющем большинстве-бесколлекторного и частоту вращения от 300 до 6000 об/мин. Гибкий диск (англ. Flорру диск), или дискета-носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке в виде прямоугольного плоского корпуса из двух половин, покрытых изнутри прокладками из нетканых материалов. Корпус имеет с двух сторон радиальные прорези, через которые магнитные головки имеют контакт с вращающимся гибким диском во время работы. При изъятии дискеты из механизма окна закрываются тонколистовыми металлическими шторками для предохранения диска от загрязнений и механических повреждений (рис.7,6). Жесткие магнитные диски часто в механизмах применяют в виде пакета. Пакет жестких магнитных дисков (пакет ЖМД)- представляет собой набор жестких магнитных дисков, фиксировано установленных на валу электродвигателя через металлические с определенным шагом втулки (кольца), которые обеспечивают свободное прохождение и возвратно-поступательное движение во время работы подвижных рычагов с плавающими магнитными головками (?1МГ). При этом пакет ЖМД может содержать два, три и до 10 жестких магнитных дисков (рис.7, д)

Магнитные головки - один из двух основных элементов физики записи-воспроизведения информации и представляет собой сборную магнитную цепь из двух полусердечников из магнитомягкого, но износоустойчивого материала. Между полусердечниками размещаются немагнитные прокладки, образующие передний рабочий и задний дополнительный зазоры (рис.8). С рабочим зазором маг- нитной головки взаимодействует контактно или бесконтактно носитель записи. Рабочий зазор имеет ширину- длину участка взаимодействия с носителем записи (0,3 мкм- 3 мкм), длину- высоту сердечника, определяющего ширину дорожки записи, и глубину зазора-длину носика сердечников, взаимодействующих с магнитным носителем. Дополнительный (задний) зазор необходим для исключения замагничивания полусердечников сильными электрическими сигналами, подаваемыми на головку при записи. В настоящее время используют «С» образные полусердечники, являющимися наиболее оптимальными и для длины магнитной цепи и для технологии изготовления. Магнитные головки для электромагнитной записи различают на: стирающие, записывающие, воспроизводящие, универсальные и комбинированные. Магнитные головки стирания - предназначены только для высокочастотного стирания намагниченного носителя записи для последующей новой записи информации. Магнитные головки записи - предназначены только для записи на подготовленный носитель новой информации электромагнитным способом. Магнитные головки воспроизведения - предназначены только для воспроизведения записанной ранее информации электромагнитным способом. Магнитные головки универсальные - могущие в режиме записи записывать информацию, а в режиме воспроизведения-её воспроизводить так же электромагнитным способом. Магнитные головки комбинированные, могущие одновременно в сквозном канале производить стирание, её запись иеё воспроизведение. Ясно, что в одной конструкции содержатся все три функции и имеются раздельные головки, соединенные одним конструктивным корпусом. Обычно по ходу движения магнитной ленты располагаются общая по всем каналам стирающая магнитная ферритовая головка, потом записывающая многоканальная, и воспроизводящая головки. Такие головки обычно применяются для кассетных магнитофонов цифровой записи с кассетой типа Изоэластик. Магнитные головки в аппаратуре могут быть неподвижные и подвижные, по форме выполнения различают на прямоугольные и цилиндрические (рис.8). Неподвижные магнитные головки размещаются в своих корпусах неподвижно и взаимодействуют с движущимся носителем записи. Подвижные магнитные головки могут иметь вращательное непрерывное или возвратно-поступательное поворотное или прямолинейное перемещение относительно движущегося носителя записи. Вращатнельное непрерывное движение имеют магнитные головки для продольного анализа или в видеомагнитофонах наклонно-строчной и поперечно-строчной записи информации, (рис.8). Поворотное или прямолинейное возвратно-поступательное движение имеют магнитные головки во всех дисковых механизмах, прямолинейное обычно для гибких дисков, поворотное - для жестких магнитных дисков. Существует понятие как канал записи информации и её воспроизведения (рис.9 ,а,б). Эта структурная схема показывает взаимодействие основных блоков (составляющих) устройство записи-воспроизведения информациии. По применению аппаратура электромагнитной записи на ленточном носителе информации может  быть специальная бортовая и наземная (рис. 10).,самолетная (рис.11), (космическая и ракетная (рис.12 и Рис.12,а), надводная и подводная для военно-морского флота (ВМФ) (рис.13).а также студийная (рис.14) для звукозаписи и видеозаписи, репортажная (рис.15.) и также студийная только для видеозаписи (рис.1б). Причем для подавляющего ряда аппаратуры применяется ленточный неперфорированный носитель записи и только для целей кинематографии - перфорированная магнитная лента (рис.14).

 Перейдем к самому популярному и перспективному способу регистрации информации электромагнитным видом - записи-воспроизведения её на магнитных жестких дисках, причем с применением перпендикулярной записи, коротко приведенной на рис.2,д. Этим способом японские фирмы уже достигаю фантастической емкости (сараагу)- количество данных, которые могут храниться накопителем- на сентябрь 2011 года достигает 4000 Гб (4 терабайт) и эта емкость близится к 5 Тб. Скорость вращения диска в настоящее время составляет 4200,5400, 7200 об/мин. (ноутбуки), и до 10000 об/мин персональные компьютеры. Принципы построения механизмов жестких магнитных дисков представлен на рис.18, где применяется концентрическая запись по множеству дорожек. Самый распространенный привод магнитных головок на поворотных рычагах - с помощью электромагнитного взаимодействия секторной обмотки с током и полюсов постоянных магнитов. Этот способ распространен для механизмов, работающих в нормальных кли­матических условиях без механических воздействий объекта установки. В противном случае необходимо применять зубчатый привод от шагового электродвигателя. Плавающие магнитные головки, которые могут работать с аэродинамическим воздушным зазором от 0,13 мкм., располагают на поворотных рычагах, состоящих из подружиненной гибкой подвеске, где непосредственно размеща­ются магнитные головки, и жесткой части, установленной на сверхлегких шарикоподшипниках с ось вращения на них (рис.17 и рис. 18). Пока перпендикулярная электромагнитная запись информации применяется ""Только для жёстких дисков, но можно предложить пытливым и неравнодушным мозгам новый ленто транспортирующий механизм (рис. 19), где на магнитной ленте выполнено на пластмассовой основе магнитомягкое покрытие, а на нем- известное магнитотвердое покрытие.Толщина этих покрытий составляет 2-3 мкм . каждое. Но главное состоит в том, что магнитные головки размещаются в наклонном неподвижном барабане, аналогичным барабану рис.8 ,где нет свободных участков магнитной эластичной ленты (так называемая пространственная нулевая петля), что обеспечивает сверх стабильный механический контакт головок и магнитной ленты. Запись информации -только перпендикулярная. Этого нельзя получить в механизмах со свободными участками магнитной ленты. По мнению автора, мы можем получит такие же объемы информации на ленточных механизмах, как на дисковых с перпендикулярной записью. А это означает, что ленточные устройства рано списывать с применения в электромагнитной регистрации информации. Но кто займется экспериментальной проверкой этих предположений, мне не известно! Хотя на ней можно защитить ряд полноценных и полезных научных диссертаций как доктора так и кандидата наук

Выводы:

  1. Бытовая            аппаратура электромагнитной записи на магнитной ленте сходит на нет, уже почти не выпускается, остается только в громадных архивах населения и фанатов музыковедов.
  2. Профессиональная аппаратура (студии звукозаписи, видеозаписи, кинозаписи) электромагнитной записи продолжает выпускаться и применяться, причем часто используются студийные магнитофоны на магнитную ленту шириной 25,4 и 50,8 мм. Причем, наметилась тенденция в видеозаписи переписывать с видеомагнитофонов ПСЗ (лента 50,8 мм) все фондовые записи на видеомагнитофоны НСЗ с лентой 25,4 мм и кассетные с лентой 12,7мм, а оригиналы с ПСЗ уничтожать. На всех крупных и средних телецентрах есть ещё видеомагнитофоны с ПСЗ          
  3. 3.Специальная техника электромагнитной записи продолжает широко использовать магнитную ленту шириной 25,4 мм для записей в ВВС,ВМФ, космических кораблях, посылаемых на Марс, потому что иметь запись одновременно на 42 каналах не способна пока обеспечить никакая другая техника.
  4. Без широко давно внедренной аппаратуры на магнитной ленте большие компьютерные центры финансовых и страховых компаний, НИИ, метеорологических и геофизических центров, авиаком­паний и туроператоров, а также правительственных и общественных институтов не смогут управлять огромным объемом информации, хранить их и архивировать, и быстро извлекать нужную информа­цию по необходимости
  5. Электромагнитная запись на перфорированную магнитную ленту в кинематографии не сойдет на нет ввиду невозможности заменить синхронное озвучивание изображения как перфорированной киноленты и магнитной перфорированной ленты (нет проскальзывания), монтаж и редактирование кинофильмов.
  6. Электромагнитная запись на гибких дисках сходит на нет, фирма SONY заявила о прекращении выпуска аппаратуры и гибких дисков в 2012 году. Остается только громадный архив записей на этих дисках, которые также будет переписываться, если необходимо, на жесткие магнитные диски
  7. Электромагнитная запись на жестких магнитных дисках, учитывая развитие перпендикулярной за­писи с объемом до 4 терабайт и выше, будет занимать ещё шире рынок выпуска и применения её во многих промышленных и персональных использованиях        
  8. Интересны и перспективны экспериментальные работы по применению перпендикулярной электромагнитной записи на специальной многослойной магнитной ленте, что могло бы при положительных результатах дать резкий скачок дальнейшего развития.

 

Литература:

  1. Травников Е.Н. Нужно ли написание и издание «Большая иллюстрированная энциклопедия записи-воспроизведения информации». Статья в МАНВО, XXVII конференция.28.0б.-06.07 2012г.с.84-89
  2. Травников Е.Н. Блок вращающихся магнитных головок для видеомагнитофона с поперечно- строчной записью информации. А.С, 871206. От 7,01.1980г
  3. Травников Е.Н. Лентопротяжный механизм. А.С. 364022. От 5.10.1972 г
  4. Травников Е.Н. Механизмы аппаратуры магнитной записи. «Техника», К. 1976 г. 476
  5. Травников Е.Н. Репортажное камерное видеозаписывающее устройство «ЕНИТ-86» А.С.1448361 от 02.10.1986г
  6. Е..Н.,Травников . Лентопротяжный механизм. А.С. 343297. От 25.5.1970г
  7. Травников Е.Н. Устройство для транспортирования магнитной ленты. А.С. 279097 от 3.06.1970г.
  8. Рожков Дмитрий. Технология магнитной записи. Интернет от 08.08. 2007г
  9. Накопители на жестких магнитных дисках. Интернет от 02.11.2012 г.

 

                                                                                    

Комментарии: 4

Бороненко Марина Петровна

Хорошая и актуальная статья. (Атюцкая Лилия)

Milshtein Aleksandr

Тема для исследования выбана интересная, но слишком большое описание истории развития. Описана определенная новизна.

Kasumova Rena Jumshud

Экскурс в историю возниконовения и развития техники этого направления. О-о-очень объемная работа. Может ставить ограничение на размеры представляемого материала. По содержанию это - брошюрка "Юный техник или конструктор".

Иванова Татьяна Александровна

Очень сильная,аналитически строгая статья.Автор выдвигает предложения по новшествам в области записи звуковых волн.Моя оценка конечно отлично.
Комментарии: 4

Бороненко Марина Петровна

Хорошая и актуальная статья. (Атюцкая Лилия)

Milshtein Aleksandr

Тема для исследования выбана интересная, но слишком большое описание истории развития. Описана определенная новизна.

Kasumova Rena Jumshud

Экскурс в историю возниконовения и развития техники этого направления. О-о-очень объемная работа. Может ставить ограничение на размеры представляемого материала. По содержанию это - брошюрка "Юный техник или конструктор".

Иванова Татьяна Александровна

Очень сильная,аналитически строгая статья.Автор выдвигает предложения по новшествам в области записи звуковых волн.Моя оценка конечно отлично.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.