Устройство для аналоговой магнитной записи

(56) 1.Сухов Н.Е, Система динамического подмагничивания. - "Радио", М. 5, 1983, с.36 - 40.2.Алейнов А,В. Параметрическое динамическое подмагничивание, - "Радиоежегодник", ДОСААФ, 1989, с,93-116, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛОГОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ(57) Изобретение относится к накоплению информации, а именно к устройствам для аналоговой магнитной записи сигналов, Цель изобретения - уменьшение погрешности результата записи. Устройство а логовой магнитной записи содерж частотно-корректирующий усилитель 1, ротно-импульсный модулятор 5, соедин ни наит ши- енГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИД-Ы 1737503 ный входом несущей с выходом генератора 10 частоты дискретизации, выход широтно-импульсного модулятора 5 через последовательно соединенные элемент 6 оптимизации связи и элемент 7 полосовой фильтрации с максимумом прозрачности на частоте дискретизации соединен с записывающей магнитной головкой 8, За счет наличия связи между выходом частотно-корректирующего усилителя 1 и записывающей магнитной головкой 8 через согласующий резонансный параллельный контур 9, а также включения последовательно соединенных взвешивающего фильтра 3 верхних частот и элемента 4 аппроксимации с нелинейной амплитудной . характеристикой сжимателя обеспечивается снижение дополнительных составляющих в спектре записываемого сигнала и достижение тождественности амплитудно- частотных характеристик сквозного канала запись в воспроизведен для различных уровней записываемого сигнала. 4 ил.10 20 25 30 40 50 55 Изобретение относится к накоплению информации, а именно к устройствам для аналоговой магнитной записи сигналов,Известно устройство магнитной записи 1, содержащее частотно-корректирующий усилитель, выход которого соединен с входом узла широтно-импульсного модулятора, имеющего в своем составе генератор частоты дискретизации, а выход узла широтно-импульсного модулятора через элемент оптимизации связи подключен к магнитной головке записи.При работе устройства в записывающую магнитную головку(ЗМГ) подается полный спектр продуктов широтно-импульсной модуляции. Суммарная мощность составляющих комбинационных частот и частоты дискретизации, которая помимо мощности записываемого сигнала поступает в ЗМГ, выполняет функцию высокочастотного подмагничивания по отношению к записывающему сигналу,Недостатком устройства является большой уровень дополнительных составляющих в записанной фонограмме и малая перегрузочная способность системы головка-носитель в области высоких частот.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству для аналоговой магнитной записи является устройство магнитной записи 2, содержащее частотно-корректирующий усилитель, вход которого подключен к входной шине аналогового сигнала, а выход соединен с входом узла широтно-импульсного модулятора, вход несущей которого соединен с генератором частоты дискретизации, выход узла широтно-импульсного модулятора через элемент оптимизации связи соединен с полосовым частотным фильтром с максимумом прозрачности на частоте дискретизации, выход которого подключен к ЗМГ,При работе устройства записываемый сигнал и комбинационные частоты, далеко отстоящие от частоты дискретизации, поступают в ЗМГ без изменения амплитуды, а составляющие с частотой дискретизации и прилежащие комбинационные частоты увеличиваются по амплитуде благодаря резонансным явлениям в полосовом частотном фильтре, что позволяет увеличить степени адаптации мощности подмагничивания к записываемому сигналу. В целом устройство позволяет реализовать адаптивное (динамическое) подмагничивание параметрическим путем, а не с помощью следящего устройства. Недостатком известного устройства магнитной записи является погрешность результата записи, вызываемая следующими причинами;- подача в ЗМГ тока полного спектра ШИМ-модуляции приводит к дополнительным составляющим в записанной фонограмме вследствие того, что спектры записываемого сигнала и комбинационных частот в составе продуктов ШИМ-модуляции перекрываются;- отсутствие аппроксимации необходимой зависимости мощности подмагничивания от входного сигнала приводит к тому, что амплитудно-частотная характеристика сквозного канала для сигналов различных уровней имеет разную форму Целью изобретения является снижениепогрешности результата записи, Цель достигается тем,. что в известномустройстве магнитной записи, содержащем частотно-корректирующий усилитель, подсоединенный входом к входной шине аналогового сигнала. широтно-импульсный модулятор, соединенный входом несущей к выходу генератора частоты дискретизации и подключенный выходом к входу элемента оптимизации связи, выход которого соединен через элемент полосовой фильтрации с максимумом прозрачности на частоте дискретизации с входом записывающей магнитной головки, введены соединенные последовательно взвешивающий фильтр верхних частот, элемент аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой сжимателя, включенные между выходом частотно-корректирующего усилителя и модулирующим входом широтно-импульсного модулятора, и согласующий резонансный параллельный контур, включенный междувыходом частотно-корректирующего усилителя и входом записывающей магнитной головки,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство имеет новые блоки, связи и структурно отличается от прототипа, В прототипе между частотно-корректирующим усилителем и записывающей магнитной головкой существует один канал связи из последовательно соединенных широтно-импульсного модулятора, элемента оптимизации связи и элемента полосовой фильтрации, а в заявляемом устройстве между частотно- корректирующим усилителем и записывающей магнитной головкой существуют два канала связи.Первый, как и в прототипе, образован последовательно соединенными широтно- импульсным модулятором, элементом оптиНа фиг.1 представлена блок-схема уст 55ройства аналоговой магнитной записи; нафиг.2 а - в показана спектральная диаграмма амплитуды А продуктов ШИМ-модуляциидля нескольких значений амплитуды и/или частоты входного сигнала, Видно перекрымизации связи и элементом полосовойфильтрации, однако, в отличие от прототипа, между выходом частотно-корректирующего усилителя и входом широтно-импульсного модулятора введены последовательно соединенные взвешивающий фильтр верхних частот и элемент аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой сжимателя,Второй канал связи образован согласующим параллельным резонансным контуром.Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".Сравнение с другими техническими решениями в области магнитной записи показывает, что использование в устройствах магнитной записи взвешивающего фильтра верхних частот и элемента аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой известно, Широко известно также использование согласующего параллельного резонансного контура между выходом частотно-корректирующего усилителя и записывающей магнитной головкой, Однако использование в заявляемом техническом решении указанных известных узлов с указанными связями обеспечивает получениенового положительного эффекта - получение безынерционного адаптивно изменяющегося сигнала подмагничивания, не содержащего дополнительных составляющих, лежащих в спектре записываемого сигнала, причем адаптация сигнала подмагничивания к записываемому сигналу является оптимальной в широком диапазоне изменений мгновенных значений частот и амплитуд записываемого сигнала. Указанные свойства сигнала подмагничивания обеспечивают выполнение поставленной цели - уменьшение погрешности результата записи и позволяет расширить область использования заявляемого устройства, например, для высококачественной перезаписи фонограмм на повышенных скоростях тиражирования, для регистрации аналоговых, цифровых (дискретных) и цифроаналоговых сигналов с повышенной плотностьюодним устройством магнитной записи.Учитывая изложенное выше, можно сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию изображения "существенныеые отличия",5 10 15 20 2530 35404550 тие спектра комбинационных частот с полосой пропускания записи в случае интенсивного высокочастотного сигнала (фиг,2 в). Для наглядности записываемый сигнал представлен однотональным. Показана полоса используемых частот продуктов широтно- импульсной модуляции,На фиг.3 показан пример конкретного выполнения устройства аналоговой магнитной записи. На фиг,4 а - в показано семейство АЧ 1 сквозного канала для записываемых сигналов различных уровней при фиксированной на оптимальном уровне мощности подмагничивания, на фиг.4 б - семейство АЧ 1 сквозного канала с адаптивным подмагничиванием без аппроксимации оптимальной зависимости мощности подмагничивания от уровня записываемого сигнала; на фиг,4 в - то же с аппроксимацией мощности подмагничивания,Устройство аналоговой магнитной записи (фиг.1) содержит частотно-корректирующий усилитель 1, подсоединенный входом к входной шине 2 аналогового сигнала, а выход подключен к последовательно соединенным взвешивающему фильтру 3 верхних частот, элементу 4 аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой сжимателя, широтно-импульсному модулятору 5, элементу б оптимизации связи, элементу 7 паласовой фильтрации с максимумом прозрачности на частоте дискретизации и записывающей магнитной головкой (ЗМГ) 8, а также согласующий резонансный параллельный контур 9, включенный между выходом частотно-корректирующего усилителя 1 и входом записывающей магнитной головки 8, генератор 10 частоты дискретизации, выход которого соединен с входом несущей широтно-импульсного модулятора 5,Устройство работает следующим образом,В отсутствие записываемого сигнала, либо при его малой амплитуде или низкой частоте, сигнал на выходе взвешивающего фильтра 3 верхних частот отсутствует или незначителен и, пройдя через элемент 4 аппроксимации на вход ШИМ-модулятора 5, не вызывает существенного изменения скважности прямоугольного напряжения с частотой дискретизации на выходе ШИМ- модулятора 5, В этом случае скважность сигнала на выходе ШИМ-модулятора 5 составляет 50% и в его спектре преобладающей является первая гармоника частоты дискретизации (фиг.2 а), которая, пройдя элемент б оптимизации связи и будучи выделена элементом 7 полосовой фильтрации с максимумом прозрачности на частоте дискретизации, образует максимально мощ5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный сигнал подмагничивания, поступающий в ЗМГ 8, в которую также поступает, при его наличии, записываемый сигнал с выхода частотно-корректирующего усилителя 1 через согласующий параллельный резонансный контур 9. Таким образом запись низкочастотных сигналов любого уровня, слабых средне- и высокочастотных сигналов, а также импульсных, либо музыкальных сигналов с оговоренным распределением спектральных составляющих, производится при фиксированной на максимальном уровне мощности подмагничивания.С ростом амплитуды и/или частоты входного сигнала все большая его часть, пройдя через взвешивающий фильтр 3 верхних частот и элемент 4 аппроксимации, поступает на вход ШИМ-модулятора 5, вызывая все более значительное изменение скважности сигнала на его выходе,При этом происходит перераспределение энергии в спектре продуктов ШИМ-модуляции - растут комбинационные частоты и высшие гармоники частоты дискретизации, уровень 1-й гармоники, а затем и прилегающих комбинационных частот начинает падать, а удаленных расти, все более перемещаясь в обе стороны по частотной оси от 1-й гармоники частоты дискретизации, как показано на фиг.2 б,в,Использование в качестве сигнала подмагничивания первой гармоники дискретизации с выхода ШИМ-модулятора 5 реализует основной принцип адаптивного подмагничивания - уменьшение мощности подмагничивания с ростом интенсивности высокочастотных составляющих в записываемом сигнале.Таким образом запись интенсивных средне- и высокочастотных сигналов, а также импульсных и музыкальных сигналов с интенсивными высокочастотными составляющими спектра происходит с понижением мощности подмагничивания. Частотная селекция составляющих мощности подмагничивания в элементе 7 полосовой фильтрации с максимумом прозрачности на частоте дискретизации позволяет предотвратить проникновение в ЗМГ 8 комбинационных частот вида 1 д-п 1, где 13 - частота первой гармоники дискретизации;з.с. - частота записываемого сигнала; п - целочисленный коэффициент (равный 1,2,3, и т д)которые при наличии интенсивных среднеи высокочастотных составляющих в спектре записываемого сигнала вызывают значительные дополнительные составляющие в полосе записываемого сигнала (фиг,2 в),Элемент 4 аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой сжимателя компенсирует нелинейность системы устройства, что позволяет добиться тождественности амплитудно-частотн ых хара ктеристик для записываемого сигнала различных уровней в рабочем диапазоне частот, На фиг,4 а показано семейство АЧ 1 сквозного канала для записываемых сигналов различных уровней при фиксированной мощности подмагничивания, Заштрихованная часть характеристики является областью неоптимального подмагничивания, т.е. той областью, где для коррекции хода АЧ 1 необходима адаптация мощности подмагничивания к входному сигналу. Штрихпунктирной линией обозначена граничная зона адаптации, она является нелинейной, следовательно, для достижения тождественности АЧ 1 для различных уровней сигналов порог начала уменьшения (адаптации) мощности подмагничивания является нелинейной функцией от амплитуды и частоты записываемого сигнала, В случае отсутствия элемента аппроксимации граничная зона адаптации мощности подмагничивания линейно зависит от частоты и амплитуды записываемого сигнала (фиг.4 а,жирная пунктирная линия), При этом добиться оптимальной адаптации мощности подмагничивания на всей площади амплитудно-частотных значений записываемого сигнала невозможно, что не позволяет добиться тождественности характеристик АЧ 1 . записанного сигнала разных уровней (фиг,4 б),Анализируя ход кривой граничной адаптации на фиг.4 а; можно сделать вывод, что для более достоверного приближения к необходимому закону аппроксимации мощности подмагничивания необходимо преобразование динамического диапазона сигнала на входе ШИМ-модулятора, а именно его сжатие, Именно этой цели и служит элемент И аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой типа сжиматель, На фиг,4 в показано семейство АЧ 1 сквозного канала для различных уровней записываемого сигнала при наличии узла аппроксимации с оговоренной амплитудной характеристикой, Видно, что АЧ 1 различных уровней сигнала тождественны в рабочем диапазоне частот. Устройство аналоговой магнитной записи может быть выполнено, например, как это показано на фиг,3,1737503 10 45 50 Блоки 1,8,9 особенностей не имеют. Взвешивающий фильтр 3 верхних частот - однозвенная дифференцирующая ВС-цепь, элемент 4 аппроксимации 4 - логарфмический делитель, нижнее плечо которого составлено из встречно-параллельно включенных диодов 11, с целью подбора необходимой нелинейности участка вольтамперной характеристики диодов 11 верхнее плечо делителя представляет собой подстроечный резистор 12, узел широтно- импульсного модулятора 5 и генератор 10 частоты дискретизации особенностей не имеют, возможно применение аналогичных узлов, например, из 1, элемент 6 оптимизации связи представляет собой конденсатор. Емкость конденсатора элемента 6 оптимизации связи с одной стороны не должна значительно шунтировать элемент 7 полосовой фильтрации, а с другой стороны, величина связи должна быть достаточна для получения необходимой мощности подмагничивания, которая отбирается в записывающую головку 8,Используемые детали: дифференцирующая ВС-цепь взвешивающего фильтра 3 верхних частот - 2,2 к, 3300 пф, подстроечн ы й резистор 12-10 к, диоды 11 - КД 522, емкость элемента 6 оптимизации связи 180 и Ф, частота генератора 10 дискретизации и центральная частота настройки элемента полосовой фильтрации 7 - 100 кГц,Экспериментальные исследования заявляемого устройства для аналоговой магнитной записи в составе магнитофона показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототипом) заявляемое устройство обеспечивает уменьшение погрешности записи в области высоких частот, в среднем в 4-10 раз снижается уровень комбинационных частот в записанной фонограмме, Достигается независимость АЧ 1 сквозного канала от уровня сигнала в рабочей полосе частот, вплоть до 5 уровня записи - 3 дБ от стандартного, соответствующего потоку короткого замыкания записанной фонограммы 250 нВБ/м.Измерения проводили на кассетноммагнитофоне 1 группы сложности, оснащен ном универсальной магнитной головкой типа ЗД 24.081 на типовой магнитной ленте Ре 20 з (МЭК 1). Формула изобретения 15Устройство для аналоговой магнитнойзаписи, содержащее частотно-корректирующий усилитель, подсоединенный входом к входной шине аналогового сигнала, широт но-импульсный модулятор, соединенныйвходом несущей с выходом генератора частоты дискретизации и подключенный выходом к входу элемента оптимизации связи, подсоединенного через элемент полосовой 25 фильтрации с максимумом прозрачности начастоте дискретизации к входу записывающей магнитной головки, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью уменьшения погрешности результата записи, в него введены 30 соединенные последовательно взвешивающий фильтр верхних частот и элемент аппроксимации с нелинейной амплитудной характеристикой сжимателя, включенные между выходом частотно-корректирующего 35 усилителя и модулирующим входом широтно-импульсного модулятора, и согласующий резонансный параллельный контур, включенный между выходом частотно- корректирующего усилителя и входом запи сывающей магнитной головки.1737503 Составитель А.Алейновдактор Т.Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор М.Максимиши Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро гарина, 10 аказ 1895 ВНИИП Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5