Введение

Компонент, используемый для считывания магнитной ленты.

Альбом группы King's X.

Магни́тная головка — это тип преобразователя, используемый в магнитофонах для преобразования электрических сигналов в магнитные колебания и наоборот. Их также можно использовать для считывания кредитных/дебетовых/подарочных карт, поскольку магнитная полоса на обратной стороне кредитной карты хранит данные тем же способом, что и другие магнитные ленты. Кассеты, ленты на катушках, 8-трековые ленты, VHS-кассеты и даже дискеты и ранние жесткие диски используют один и тот же принцип физики для хранения и последующего считывания информации. Носитель намагничивается по определенному шаблону. Затем он движется с постоянной скоростью над электромагнитом. Поскольку движущаяся лента несет с собой изменяющееся магнитное поле, она индуцирует переменное напряжение на головке. Это напряжение затем может быть усилено и подключено к динамикам в случае аудио, или измерено и преобразовано в единицы и нули в случае цифровых данных.

Принципы работы

Электромагнитная структура магнитной головки обычно схожа для всех типов, хотя физическая конструкция значительно варьируется в зависимости от применения. Например, в видеомагнитофонах (VCR) используются вращающиеся головки, реализующие геликоидальное сканирование, в то время как большинство аудиомагнитофонов имеют фиксированные головки. Головка состоит из сердечника из магнитного материала, выполненного в форме тора или кольца, в котором имеется очень узкий зазор. Этот зазор заполняется диамагнитным материалом, таким как золото. Это заставляет магнитный поток выходить из зазора на магнитную ленту сильнее, чем если бы там был воздух, а также заставляет магнитный поток из магнитной ленты возвращаться в зазор. Таким образом, поток намагничивает ленту или индуцирует ток в катушке в этой точке. Катушка провода, обмотанная вокруг сердечника напротив зазора, обеспечивает интерфейс с электрической частью устройства. Базовая конструкция головки полностью обратима: переменное магнитное поле в зазоре индуцирует электрический ток в катушке, а электрический ток в катушке индуцирует магнитное поле в зазоре.

Возвратность

Хотя головка в принципе обратима и часто используется таким образом на практике, существуют желательные характеристики, различающиеся для фаз воспроизведения и записи. Одной из таких характеристик является импеданс катушки: для воспроизведения предпочтителен высокий импеданс, а для записи – низкий. В самых качественных магнитофонах используются отдельные головки, чтобы не ухудшать эти желательные характеристики. Использование отдельных головок для записи и воспроизведения дает и другие преимущества, например, возможность мониторинга записанного сигнала во время записи.

Ширина промежутка между головой

Ширина зазора между головками также критична: чем уже зазор, тем лучше будет работать головка. Узкий зазор обеспечивает значительно лучшую запись в магнитной области (что эквивалентно большему выходному сигналу на высоких частотах в случае с головками воспроизведения). Стремление к узкому зазору означает, что большинство практических головок изготавливаются путем формирования узкой V-образной канавки на задней поверхности сердечника и последующей шлифовки передней поверхности до момента, когда V-образная канавка будет едва затронута. Таким образом, удается достичь зазоров порядка микрометров. Головка записи, напротив, имеет зазор, как правило, в шесть раз больше, чем у головки воспроизведения, что обеспечивает больший магнитный поток для намагничивания ленты. Оптимальный размер зазора в кассетном магнитофоне – широкий зазор для головки записи и узкий для головки воспроизведения. Больший зазор не влияет на частотную характеристику, поскольку "изображение" формируется в основном задней кромкой зазора. Комбинированная головка записи/воспроизведения имеет компромиссный размер зазора, обычно в три раза превышающий зазор головки только воспроизведения. Существуют также негативные аспекты узких зазоров, особенно при магнитной записи. Чем уже зазор головки, тем больший сигнал смещения необходимо использовать для поддержания линейности сигнала на ленте, что, в свою очередь, снижает динамический запас на высоких частотах или SOL (уровень насыщения), особенно при более низких скоростях ленты. Поэтому производители должны искать компромисс между предполагаемыми скоростями ленты и размерами зазоров головок.

Типы

Физическая конструкция головки зависит от того, является ли она фиксированной или вращающейся. В любом случае, поверхность головки, где расположен зазор, должна быть износостойкой и очень гладкой, чтобы избежать чрезмерного износа головки. Также очевидно, что из-за способа формирования зазора головки, износ головки будет приводить к его расширению, что со временем снижает эффективность головки. Вертикальное выравнивание головок (азимут) также должно совпадать при записи и воспроизведении для обеспечения высокой точности, а зазор должен быть максимально близок к строго вертикальному для достижения наивысшей частотной характеристики. Большинство механизмов транспортировки ленты позволяют выполнять точную механическую регулировку азимута головок. Иногда этого можно добиться с помощью автоматической схемы, при этом фактическая механическая регулировка азимута осуществляется за счет пьезоэлектрического эффекта определенных типов кристаллов.

Ротационные головки

Ротационные записывающие/воспроизводящие головки, применяемые в видеомагнитофонах, цифровых аудиокассетах и других устройствах, используются для достижения высокой относительной скорости движения головки и ленты при сохранении низкой общей скорости транспортировки ленты. Один или несколько преобразователей устанавливаются на вращающийся барабан под углом к ленте. Барабан вращается значительно быстрее, чем скорость движения ленты, в результате чего преобразователи описывают на ленте полосатую траекторию, а не линейную, как в случае с неподвижной головкой. Характеристики износостойкости таких головок с геликоидальным сканированием особенно важны, поэтому требуются высокополированные головки и ленты. Электрические сигналы от ротационных головок связываются индуктивным или емкостным способом – прямого подключения к катушкам головок не предусмотрено.

Главы стирания

Голова стирания конструктивно аналогична записывающей или воспроизводящей головке, но имеет значительно больший зазор или, чаще, два больших зазора. Во время записи головка стирания питается от источника высокой частоты (обычно от того же генератора, который обеспечивает АС-смещение). В некоторых недорогих кассетных магнитофонах головка стирания представляет собой постоянный магнит, который механически подводится к движущейся ленте только во время записи. Постоянные магнитные головки также иногда используются в аппаратах, работающих на DC-смещении.

Кроссовые головки

Вместо подачи как сигнала смещения, так и аудиосигнала в одну и ту же записывающую головку, некоторые производители магнитофонов, в частности Tandberg, Akai и американская компания Roberts, использовали отдельную головку смещения, расположенную на противоположной стороне ленты от записывающей головки; эта система получила название "перекрестное поле".

Материалы головки

Головы записи и воспроизведения традиционно изготавливаются из мягкого железа (мягкость – необходимое условие для хороших характеристик записи и воспроизведения). Этот материал обладает превосходными электроакустическими свойствами, но достаточно быстро изнашивается, что приводит к ухудшению качества работы. В некоторых более дорогих магнитофонах использовались головки из феррита, который сочетает в себе отличные электроакустические свойства и высокую твердость, обеспечивающую устойчивость к износу. Его два основных недостатка – хрупкость и подверженность повреждениям, а также более высокий уровень шума, вызванный эффектом Баркхаузена. В последние годы появились более экзотические материалы, в том числе на основе керамики, которые сочетают в себе преимущества обоих традиционных материалов.

Уборка

При использовании головка загрязнится от осыпающейся ленты. Очиститель видеоголовок можно использовать для очистки видео-, аудио-, стирающей или управляющих головок.