DE1086909B - Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Signalen nach dem Magnettonprinzip mit HF-Vormagnetisierung bei der Aufzeichnung - Google Patents

Description

Bekanntlich arbeitet man heute bei der magnetischen Aufzeichnung von Signalen (Magnettonprinzip) mit einem längsgerichteten Magnetfeld, d. h. mit einem Magnetfeld, dessen Vorzugsrichtung in der Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers, meist eines Bandes, liegt. Diese Richtung des Magnetfeldes gilt sowohl für die aufzuzeichnenden Signale (NF) als auch für die Hochfrequenzvormagnetisierung (HF). Man verwendet sowohl für die Aufzeichnung als auch für die Wiedergabe einen Ringkopf, der einen Luftspalt besitzt, mit dem der Kopf einseitig am Band anliegt. Dabei wird bei der Aufzeichnung im allgemeinen die Vormagnetisierungs-HF gemeinsam mit der NF über den gleichen Aufsprechkopf dem Aufzeichnungsträger zugeführt.

Die HF-Vormagnetisierung ist für eine Aufzeichnung mit niedrigem Klirrfaktor von wesentlicher Bedeutung. Um den kleinstmöglichen Wert des Klirrfaktors zu erhalten, ist eine ganz bestimmte Stärke des Vormagnetisierungsstromes erforderlich, die jedoch bei den bekannten Aufzeichnungsverfahren im allgemeinen für die verschiedenen Bandwellenlängen der aufzuzeichnenden Signale verschieden ist. Hier ist unter Bandwellenlänge die Strecke auf dem Aufzeichnungsträger in Laufrichtung zu verstehen, auf der eine Schwingung der Signalfrequenz aufgezeichnet wird. Bei großen Bandwellenlängen, d. h. vergleichsweise tiefen Signalfrequenzen muß die Vormagnetisierungsstärke größer sein als bei kleinen Bandwellenlängen. Bemaßt man die Vormagnetisierungsstärke für die tiefen Signalfrequenzen optimal, so ist sie für die hohen Signalfrequenzen zu stark, was sich in einer Schwächung der hohen Signalfrequenzen auswirkt.

Diese Erscheinung kann folgendermaßen erklärt werden. Bei hohen Frequenzen (kleine Wellenlängen im Vergleich zur Dicke der magnetischen Pulverschicht auf dem Band) braucht die Magnetisierung nur wenig einzudringen, weil bei der Abtastung nur die aus dem Band austretenden Feldlinien wirksam sind und bei kleinen Bandwellenlängen aus tiefer liegenden Bereichen keine Feldlinien austreten. Bei großen Bandwellenlängen treten aber auch aus den tieferen Bereichen Feldlinien aus, so daß es also sinnvoll ist, tiefer in das Band hineinzumagnetisieren. Hierzu ist ein entsprechend starkes HF-Feld in der Tiefe erforderlich, um auch den Klirrfaktor klein zu halten. Wenn man zu diesem Zweck das von außen zugeführte HF-Feld stärker bemißt, so tritt bereits Sättigung an den Spaltkanten des Sprechkopfes und damit eine Kantenverbreiterung auf, die zur Schwächung der den hohen Frequenzen entsprechenden kleinen Bandwellenlängen führt. Es ist bekannt, zur Aufzeichnung auf einen bandförmigen Träger einen dreipoligen Magnetkopf zu verwenden, bei dem zwei Pole nach Art

Verfahren zur Aufzeichnung

und Wiedergabe von Signalen

nach dem Magnettonprinzip

mit HF-Vormagnetisierung

bei der Aufzeichnung

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dipl.-Ing. Werner Dziekan, Wedel (Holst.),
ist als Erfinder genannt worden

eines üblichen Ringkopfes auf der Schichtseite des Aufzeichnungsträgers direkt anliegen, während der dritte Pol auf der anderen Seite des Aufzeichnungsträgers in einem gewissen Abstand angeordnet ist. Die drei Polschenkel sind dabei mit Spulen versehen, die durch die aufzuzeichnenden Signalströme und den Hochfrequenzvormagnetisierungsstrom derart gespeist werden, daß sich an der auflaufenden Kante des durch die beiden erstgenannten Pole gebildeten Spaltes eine Versteilerung und Vergrößerung des Magnetfeldes ergibt, während an der ablaufenden Spaltkante eine Schwächung und Verflachung erzielt wird. Nach einem anderen bekannten Vorschlag (deutsche Auslegeschrift 1 013 441) soll eine in der Tiefe wirksame HF-Vormagnetisierung ohne ein zu starkes HF-Feld an der Oberfläche erzielt werden, indem das HF-Feld nicht nur über den Sprechkopf von der Oberseite des Bandes, sondern außerdem auch noch mittels eines zusätzlichen, ringförmigen, an der Unterseite des Bandes angeordneten HF-Vormagnetisierungskopfes erzeugt wird. Dieser zusätzliche Kopf soll für die optimale HF-Vormagnetisierung in der Tiefe sorgen, während der Sprechkopf nur die HF-Vormagnetisierung an der Oberfläche der ferromagnetischen Schicht bewirkt. Versuche habein jedoch gezeigt, daß die gewünschte Wirkung mit einer solchen Anordnung ebensowenig zu verwirklichen ist, wie mit einer schon langer bekannten Anordnung (deutsche Patentschrift 925 318 von Lei t η er), bei der die HF-Vormagnetisierung durch einen auf der unteren Seite des Bandes angeordneten Vormagnetisierungskopf bewirkt

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wird, um den Sprechkopf und den Vormagnetisierungskopf unabhängig voneinander in der günstigsten Weise aufbauen zu können.

Von einer Anordnung der zuletzt erwähnten Art geht die Erfindung aus, indem vorgeschlagen wird, bei einer Kopfanordnung zur Aufzeichnung von Signalen nach dem Magnettonprinzip mit Hochfrequenzvormagnetisierung auf einen bandförmigen Aufzeichnungsträger, bei der ein nur mit den aufzuzeichnenden Signalen gespeister Aüfsprechkopf auf der einen Seite und ein nur mit der Hochfrequenz gespeister Vormagnetisierungskopf auf der anderen Seite des Aufzeichnungsträgers einander dicht gegenüberliegend angeordnet sind, erfindungsgemäß einen Aufsprechkopf zu verwenden, der nur mit einem mit einer scharfen Kante versehenen Pol direkt am Aufzeichnungsträger anliegt.

Dadurch wird ermöglicht, die optimale Hochfrequenzvormagnetisierung unabhängig von der aufzuzeichnenden Signalfrequenz zu machen. Diese Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme wird vermutlich dadurch erreicht, daß eine tiefgehende, gleichmäßige Magnetisierung des Aufzeichnungsträgers senkrecht zu seiner Ebene erzielt wird. Ferner wird erreicht, daß die Aufzeichnung von Störungen, die durch die Bandoberfläche bedingt sind, verringert wird, da Bandabstandsänderungen in bezug auf die Magnetköpfe keine wesentlichen Magnetfluß änderungen im Aufzeichnungssystem hervorrufen können.

Für die Wiedergabe wird vorteilhaft nicht ein dem Aufsprechkopf gleichartiger, der Senkrechtmagnetisierung entsprechender Hörkopf benutzt, sondern ein üblicher, für Längsmagnetisierung geeigneter Hörkopf, z. B. ein Ringkopf bekannter Bauart. Daß dieses möglich ist, kann man dadurch erklären, daß zwischen den quergerichteten magnetischen Partikeln längsgerichtete Feldlinien im Band verlaufen und für die Wiedergabe nur diejenigen Feldlinien maßgebend sind, die senkrecht aus dem Band heraus und in die Pole des Hörkopfes hinein verlaufen. Die Verwendung eines derartigen Hörkopfes hat gegenüber einem Hörkopf für Senkrechtmagnetisierung den Vorteil, daß wegen des nur bei einseitig anliegendem Kopf anwendbaren sehr schmalen Luftspaltes (genügend klein gegen die kürzeste Wellenlänge) auch bei den hohen Frequenzen eine genügend große Spannung im Hörkopf induziert wird. Beim Sprechkopf braucht der Spalt dagegen nicht so schmal zu sein, weil nur der steile Abfall der Feldstärke an der ablaufenden Kante maßgebend ist.

Gemäß Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine solche Dimensionierung der Köpfe (Aufsprechkopf und Vormagnetisierungskopf) und des Hochfrequenzstromes im Vormagnetisierungskopf, daß das Hochfrequenzfeld im Bereich des am Aufzeichnungsträger anliegenden Pols des Aufsprechkopfes (Aufsprechspaltbereich) den Aufzeichnungsträger scharf gebündelt in zu der Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers senkrechter Richtung durchsetzt und eine solche Stärke hat, daß es in dem in Laufrichtung kurz davorliegenden Bereich (Löschspaltbereich) eine Löschung der auf dem Träger etwa noch vorhandenen Aufzeichnungen bewirkt. Dadurch ergibt sich auch eine weitere Verbesserung der Aufzeichnung, da, wie sich gezeigt hat, ein Band, das unmittelbar vor dem Aufzeichnungsvorgang mit Hochfrequenz gelöscht wurde, eine höhere remanente Magnetisierung durch das aufgezeichnete Signal aufweist. Diese Wirkung kann man sich etwa dadurch erklären, daß die Elementarmagnete der Schicht bei der Aufzeichnung noch von der vorherigen HF-Magnetisierung in Bewegung sind und sich daher leichter in das quasistatische Niederfrequenzfeld einstellen.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in Fig. 2 Meßergebnisse aus einem Vergleich der bekannten Aufzeichnungsverfahren mit Aufzeichnungen, die mit einer Kopfanordnung gemäß der Erfindung durchgeführt wurden.

In Fig. 1 ist beiderseits eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers \j der als beschichteter Aufzeichnungsträger dargestellt ist, ein Vormagnetisierungskopf 2 und ein Aufsprechkopf 3 angeordnet. Die Wicklung des Vormagnetisierungskopfes 2 wird von einem HF-Strom durchflossen, während an die Wicklung des Aufsprechkopfes 3 eine Spannung entsprechend dem aufzuzeichnenden Signal gelegt ist. Der Aufzeichnungsträger läuft von links nach rechts in Richtung des Pfeiles 4 an den Polen der Köpfe vorbei. Die Köpfe 2 und 3 sind zweckmäßig aus einem möglichst verlustarmen Kernmaterial hergestellt und sind in üblicher Weise an einem gemeinsamen Kopfträger (nicht dargestellt) befestigt.

Gemäß der Erfindung liegt der Aufsprechkopf 3 nur mit seinem einen Pol 3' direkt am Aufzeichnungsträger 1, und zwar an dessen Schichtseite an. Dieser Pol 3' ist mit einer scharfen Kante versehen, deren eine Fläche, und zwar die der Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers 1 abgewandte, etwa senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 1 steht, während die andere Fläche gerundet ist und sich allmäh-Hch von dem Aufzeichnungsträger entfernt. Der andere an der auflaufenden Seite des Aufzeichnungsträgers liegende Pol 3" des Aufsprechkopfes 3 liegt nicht am Aufzeichnungsträger 1 an, sondern muß um mindestens 0,5 mm zurückgesetzt sein. Der Vormagnetisierungskopf 2 ist nach Art der üblichen Löschköpfe als Ringkopf ausgebildet und so angeordnet, daß seine ablaufende Kante der aufzeichnenden Kante des Pols 3' gegenüber und parallel zu ihr steht.

Bei einer praktischen Ausführung beträgt die Spaltbreite des Vormagnetisierungskopfes 2, der sich in etwa 100 μΐη Abstand vom Aufzeichnungsträger 1 befindet, etwa 200 bis 400 μπα. Das ist eine sehr leicht einzuhaltende Spaltbreite. Die Pole des Aufsprechkopfes 3 haben einen Abstand von etwa 2 mm voneinander, der Pol 3" ist um etwa 0,5 mm vom Aufzeichnungsträger 1 zurückgesetzt.

Die erfindungsgemäße Anordnung erreicht die maximale Magnetisierung in Unabhängigkeit von der Bandwellenlänge dadurch, daß am ablaufenden Pol 3' das vorhandene Feld den Aufzeichnungsträger 1 steil durchdringt und somit eine einwandfreie Magnetisierung für alle Bandwellenlängen erzeugt. Es ergibt sich für alle aufzuzeichnenden Bandwellenlängen der gleiche optimale Vormagnetisierungsarbeitspunkt.

Die bei bekannten Aufzeichnungsköpfen bei Wellenlängen von etwa ³A der Aufsprechspaltbreite auftretenden Aufzeichnungsnullstellen bzw. Einsattelungen im Magnetisierungsverlauf werden vermieden, weil der Pol 3" an der auflaufenden Seite des Aufzeichnungsträgers 1 so weit zurückgesetzt ist, daß eine Doppelaufzeichnung nicht auftritt.

Die Grenze der kleinsten noch aufzuzeichnenden Bandwellenlängen ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung von der mechanischen Bearbeitung der Aufzeichnungskante abhängig. Durch unsachgemäße, zu grobe mechanische Schleifvorgänge bzw. Verdrückungen, Stoß oder Schlag wird der Permeabilitätswert der Kante vermindert und somit die Aufzeichnungskante elektrisch zu breit. Die elektrische Verbreiterung der Kante beträgt erfahrungsgemäß

etwa 0,5 bis 1 μπι bei Feinstbearbeitung. Die Güte des Aufzeichnungskopfes bzw. der μ-Wert der ablaufenden Kante des Pols 3' muß groß sein, damit der durch den Vormagnetisierungskopf 2 hervorgerufene Vormagnetisierungsfluß definiert an dieser Kante ein- und austritt und die Verkettung mit dem NF-Fluß einwandfrei erfolgt.

Bei der Erfindung sind die bei der Erzielung der erforderlichenVormagnetisierungsfeldausbildung zwangläufig auftretenden Verluste in einen vom Aufsprechkopf getrennten HF-Kopf verlegt worden, der nur mittelbar zur Aufzeichnung dient. Der bei diesem Kopf an den Spaltkanten austretende Fluß ruft zwar eine Sättigung hervor und damit einen diffusen Austritt der Feldlinien, der aber auf der Gegenseite, wo die Feldlinien steil in den Pol 3' eintreten, nicht stört, da dort keine Sättigung mehr auftritt und daher eine genaue Aufzeichnung gewährleistet ist.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung beruht darauf, daß bei dem aufgezeigten neuen Aufzeichnungsverfahren ein erhöhter Klirrgrad durch niederfrequente Übersteuerung des Bandes, wie er bei der bekannten magnetischen Aufzeichnung von Signalen mit einem längsgerichteten Magnetfeld vorhanden ist, nicht mehr auftreten kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist z. B. ein dem Aufzeichnungskopf zugeführtes sinusförmiges Signal bis zur Vollaussteuerung des Bandes dem aufgezeichneten amplitudenproportional. Bei weiterer Erhöhung des Signalpegels bleibt das aufgezeichnete Signal unverzerrt, wird jedoch je nach dem Übersteuerungsgrad in seiner Amplitude kleiner. Dieser Vorgang ist dadurch zu erklären, daß das NF-Feld den Aufzeichnungsträger weiterhin steil durchdringt und erst sehr große Signalamplituden eine elektrische Verbreiterung der Aufzeichnungskante bewirken, was zu einer verringerten magnetischen Aufzeichnung an der ablaufenden Aufzeichnungskante führt. Diese Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt, daß auch bei einer für eine Aufzeichnung nach dem Magnettonverfahren zu großen Dynamik des Signals die Aufnahme unverzerrt bleibt.

Fig. 2 zeigt in drei Kurven a, b und c in Abhängigkeit von der aufzuzeichnenden Bandwellenlänge X die für die Aufzeichnung der betreffenden Bandwellenlängen optimale Durchflutung in Ampere-Windungen (AW), und zwar in Kurve α für einen Ringkopf üblicher Bauart mit einer Spaltbreite von 25 μΐη, in Kurve b für einen Ringkopf mit einer Spaltbreite von liehen Aufzeichnungsverfahren ist erfahrungsgemäß weiterhin zur Durchmagnetisierung der Magnetschicht eine Aufzeichnungsspaltbreite von mindestens 25 μΐη erforderlich. Bei dieser Spaltbreite tritt bei Durchmagnetisierung eine Sättigung der Polschuhkanten auf, die an der ablaufenden Aufzeichnungskante zur Verbreiterung des austretenden Feldes führt und die Aufzeichnung kleiner Bandwellenlängen sehr stark herabsetzt. Aus diesem Grunde wird die Aufzeichnungsspaltbreite für den kleineren Bandwellenbereich bei den üblichen Verfahren verkleinert. Wird eine Spaltbreite mit 5 μπι gewählt, so ist zwar eine optimale Magnetisierung bei Aufzeichnung sehr kleiner Bandwellenlängen möglich, es ist jedoch keine Durchmagnetisierung der Magnetschicht mehr gegeben, und damit wird die Magnetisierung der größeren Bandwellenlängen klein. Die Kurve c, die mit der neuen Anordnung ermittelt ist, sagt aus, daß die Vormagnetisierung über den zu übertragenden Bandwellenbereich bei optimaler Einstellung für jede Bandwellenlänge konstant ist.

Die Wirkung der Erfindung kommt durch das Zusammentreffen mehrerer Faktoren zustande:

1. Infolge der steilen Ausrichtung des HF-Feldes an der Aufzeichnungskante des NF-Kopfes bleibt die Feldstärke auf den für die Durchmagnetisierung des Aufzeichnungsträgers erforderlichen Wert beschränkt. Der magnetische Fluß an der Aufzeichnungskante wird gegenüber dem üblichen Verfahren auf den 3,5-ten Teil herabgesetzt. Die Aufzeichnungskante liegt im Bereich der praktisch auftretenden Feldstärken unterhalb der Sättigung.

2. Der Aufzeichnungsträger wird optimal über den Frequenzbereich bzw. über den ganzen aufzuzeichnenden Bandwellenbereich ausgesteuert, daher ist eine große Dynamik anwendbar.

3. Die Aufzeichnungsspaltbreite ist in ihrer Wirkung bei dem Erfindungsgegenstand größer als die Grenzwellenlänge für die kleinste Frequenz. Die Aufzeichnungsspaltbreite ist hier unkritisch entgegen den üblichen Aufzeichnungsverfahren, das für die Aufzeichnung kleinster Bandwellenlängen schmälste Aufzeichnungsspalte erfordert.

4. Übersteuerungen des Aufzeichnungsträgers werden unverzerrt begrenzt, da die Steilheit der Magnetisierungsfelder auch bei großen NF-Aufzeichnungsamplituden erhalten bleibt.

Die erfindungsgemäße Anordnung, wie sie in Fig. 1 und hinsichtlich ihrer Wirkung in Fig. 2 c dar-

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5 μηι und in Kurve c für eine Kopfanordnung gemäß 50 gestellt ist, erreicht eine magnetische Aufzeichnung der Erfindung, wie sie an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde. Für die Bandgeschwindigkeiten 4,75 cm/sec sind außerdem in Fdg. 2 die dem Frequenzbereich von 100 bis 10 000 Hz entsprechenden Bandwellenlängenbereiche eingezeichnet. 55

Die Kurven α und b zeigen, daß bei den üblichen Aufzeichnungsverfahren mit für NF-Signal und HF-Vormagnetisierung gemeinsamem Sprechkopf eine wesentliche Änderung der optimalen HF-Vormagnetisierungsfeldstärke mit der aufzuzeichnenden Bandwellenlänge einhergeht, die mit geringer werdender Spaltbreite größer wird. Das bedeutet für die üblichen Verfahren, daß jede eingestellte HF-Vormagnetisierung eine Kompromißlösung darstellt. Wird die Vormagnetisierung für die größeren aufzuzeichnenden Bandwellenlängen optimal eingestellt, so ist die Magnetisierung der kleinen Bandwellenlängen gering. Stellt man die HF-Vormagnetisierung für die kleinen Bandwellenlängen optimal ein, so ist die Magnetisierung der großen Bandwellenlängen klein. Bei den übauf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger, die gegenüber den üblichen Verfahren eine optimale Magnetisierung bei geringem Klirrgrad für alle Frequenzbereiche darstellt, wie sie in Magnettonheimgeräten, Studiogeräten und technischen Geräten benötigt wird, um eine bessere Dynamik zu erzielen.

Der erreichte Dynamikgewinn durch höhere Bandmagnetisierung gegenüber den bekannten Aufzeichnungsverfahren beträgt bei einer Bandgeschwindigkeit von 4,75 cm/sec (mit einem Bezugsleerband für kleine Geschwindigkeiten gemessen) bei 10 000 Hz 1 :1,8 =5 db, bei 2000 Hz 1: 2,22=7 db, bei 100 Hz 1: 2,65 = 8,5 db. Diese Werte zeigen, daß eine echte Verbesserung gegenüber den bekannten Aufzeichnungsverfahren erzielt wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kopfanordnung zur Aufzeichnung von Signalen nach dem Magnettonprinzip mit Hoch-

frequenzvormagnetisierung auf einen bandförmigen Aufzeichnungsträger, bei der ein nur mit den aufzuzeichnenden Signalen gespeister Aufsprechkopf auf der einen Seite und ein nur mit der Hochfrequenz gespeister Vormagnetisierungskopf auf der anderen Seite des Aufzeichnungsträgers einander dicht gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufsprechkopf (3) verwendet ist, der nur mit einem mit einer scharfen Kante versehenen Pol (3') direkt an dem Aufzeichnungsträger (1) anliegt.

2. Kopfanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Dimensionierung der Köpfe (Aufsprechkopf 3 und Vormagnetisierungskopf 2) und des Hochfrequenzstromes im

Vormagnetisierungskopf (2), daß das Hochfrequenzfeld im Bereich des am Aufzeichnungsträger (1) anliegenden Pols des Aufsprechkopfes (3) (Aufsprechspaltbereich) den Aufzeichnungsträger (1) scharf gebündelt in zu der Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers (1) senkrechter Richtung durchsetzt und eine solche Stärke hat, daß es in dem in Laufrichtung kurz davorliegenden Bereich (Löschspaltbereich) eine Löschung der auf dem Aufzeichnungsträger (1) etwa noch vorhandenen Aufzeichnungen bewirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Journ. of the SMPTE, Januar 1952, S. 61 bis 66, April 1951, S. 407 bis 410.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen