Magnetiske bånd til kompakte kassetter er opdelt i tre hovedtyper, der adskiller sig i niveauet af bias under optagelse og tidskonstanten for frekvenskorrektionskredsløb under afspilning.
Karakteristika og betegnelser for typer bånd er reguleret af IEC-94- standarden (IEC-60094). Historisk set omfattede IEC-I- typen (IEC I) bånd baseret på gammajernoxid ,
IEC-II- typen - bånd baseret på chromdioxid og ferrokoboltbånd tæt på dem i magnetiske egenskaber , mest avancerede og dyreste type IEC-IV - metalforsynede bånd . I 1980'erne dukkede bånd op med ultratynde arbejdslag af sprøjtet metal (ME) , metaltrådede bånd MEK-II og MEK-I blev udbredt. Kvalitetsgabet mellem de tre typer bånd mindskedes: De bedste IEC-I-bånd, der blev udviklet i 1980'erne, konkurrerede på lige fod med metaltærede bånd.
To-lags ferrokrom tape, standardiseret under betegnelsen IEC-III , er ikke blevet distribueret . Betegnelsen type 0 , der ikke er fastsat i IEC-94, blev brugt af den tekniske presse til forældede bånd fra 1960'erne, der ikke levede op til standarden, samt for lavkvalitets substandard eller falske bånd [1] .
For at sikre magnetisk optagelse i båndets arbejdslag, anvendes hårde magnetiske pulverferromagneter eller ferrimagneter - materialer, der kræver betydelige eksterne magnetiseringseffekter og bevarer (“optager”) betydelig restmagnetisering efter fjernelse af den ydre påvirkning [3] . De vigtigste magnetiske egenskaber ved båndene er [komm. 1] :
De vigtigste elektroakustiske egenskaber, der bruges til at vurdere kvaliteten af kompakte kassetter, er [komm. 3] :
Omfanget af optagede og gengivede frekvenser er ikke i sig selv et væsentligt kendetegn ved båndet. Ved lave niveauer af magnetisering [komm. 6] alle bånd af høj kvalitet er i stand til at optage og gengive frekvensområdet 30-16000 Hz og garantere uforvrænget lydtransmission. Men ved høje signalniveauer indsnævres den øvre grænse på grund af sænkning af grænsen. På Dolby-niveau spænder det fra 8 kHz for kromdioxidbånd til over 12 kHz for metalforsynede bånd (hvilket i tilfælde af kromdioxidbånd kompenseres af det lave absolutte støjniveau). I praksis er det ikke så meget værdien af den øvre grænse af frekvensområdet, der er vigtig, men den svære at formalisere glathed af frekvensresponsen i området mellem og høje frekvenser [17] .
Den første specifikation for kompakte kassettebånd blev udarbejdet i 1962-1963 af Philips; på det tidspunkt opfyldte kun tre bånd fra 3M, BASF og Kodak Philips' krav. I begyndelsen af 1970'erne kom der mange bånd på markedet, som ikke levede op til den etablerede standard. Båndoptagere tunet på fabrikken til de seneste, forbedrede bånd viste sig at være uforenelige med "almindelige", billige bånd [19] . Standardiseringen af båndenes karakteristika blev taget op af det tyske standardiseringsinstitut (DIN), som etablerede optage- og afspilningstilstandene for kromdioxidbånd, og derefter af den internationale elektrotekniske kommission , udvikleren af IEC-94-standarden (IEC) 60094) [komm. 7] . Den endelige opdeling af kompakte kassetter i fire typer (IEC-I, IEC-II, IEC-III og IEC-IV) blev etableret af IEC i 1979 [21] .
IEC-94-standarden definerer to vigtige karakteristika ved tapebaner:
En obligatorisk del af standarden er primære standardbånd [komm. 3] IEC. IEC-I og IEC-II primære bånd af alle generationer fremstilles af BASF , IEC-III og IEC-IV primære bånd af henholdsvis Sony og TDK [24] . Det er ikke masseproducerede produkter, der kom på markedet fra år til år, men bånd fra unikke, engang fremstillede og ikke længere reproducerede partier [24] [17] . Det var umuligt at gentage partiets egenskaber med passende nøjagtighed, så den leverandør, der er godkendt af den elektrotekniske kommission, producerede én gang og holdt derefter et lager af primære bånd baseret på behovene i industrien rundt om i verden i mange år fremover [24] . Fra tid til anden har IEC revideret sættet af primære bånd; den seneste revision fandt sted i april 1994 [17] .
Bånd IEC-I (IEC I eller Normal) - den første, mest almindelige og overkommelige type bånd, der oftest bruges til produktion af kassetter med optagelse. Det magnetiske lag af MEK-I-båndet består af omkring 30 % syntetisk bindemiddel og 70 % magnetisk pulver- aflange, nåleformede partikler af ferrimagnetisk jern-III gammaoxid med en længde på 0,25 til 0,75 mikron . Partikler af denne størrelse kan betragtes som enkelte magnetiske domæner [25] . Pulverets masse har en brun farve, og dets intensitet og nuancer bestemmes af den gennemsnitlige partikelstørrelse [25] . I udlandet blev oxid fra syntetisk goethit fremstillet af virksomheder, der producerede mineralske pigmenter [25] ; i den sovjetiske industri blev oxidpulver produceret direkte af tapeproducenter på grund af manglende evne til at sikre korrekt kemisk renhed i virksomhederne i maling- og lakindustrien .
IEC 60094-standarden for type I specificerer et normalt (lavt) bias-niveau og en frekvenskorrektionstidskonstant på 120 µs. Sættet af IEC-I-kassetter, der produceres, består af tre hovedundertyper: startniveautape, avancerede gamma-jern-III-oxidtape og højkvalitets kobolt -doteret gamma-jern-III-oxidtape . Værdierne af den resterende induktion og kvadratfaktoren, som bestemmer de begrænsende niveauer for registrering, stiger konsekvent fra undertype til undertype, og tvangskraften forbliver uændret (ca. 380 Oe ) [27] . Fælles for alle IEC-I-bånd er et lille fald i det maksimale niveau ved lave frekvenser sammenlignet med IEC-II og IEC-IV: ved at give efter for dyrere bånd i optageniveauet for højfrekvente komponenter, vinder de ved lave [13 ] .
I bunden af pyramiden findes basiske, billige bånd baseret på rent, umodificeret og udopet jern(III) gamma-oxid. Disse bånds lave karakteristika er en konsekvens af den løse isotrope stabling af store uregelmæssigt formede partikler i det magnetiske lag [8] . Bånd af denne klasse, ofte mærket som "lav støj" (Low Noise), har det dårligste absolutte støjniveau, lav restinduktans ( ≈1400 gauss ) og en lav kvadratfaktor (≈0,75) - hvilket sætter et relativt lavt maksimalt optageniveau og smalt dynamisk område [27] [28] . Følsomheden af billige bånd er normalt også lav, og det optimale niveau af bias er 1-2 dB lavere end for forbedrede IEC-I-bånd [28] .
Det er til denne gruppe, at den uformelle "IEC-0-type" tilhører - en kombineret gruppe af oxidbånd, der ikke overholder IEC-I [1] . Historisk set omfattede det bånd fra "pre-cassette-æraen", der ikke var tilpasset de specifikke krav til kassetteudstyr og som regel krævede mindre forspændingsstrøm sammenlignet med IEC-I [1] [29] . Med standardindstillingen af optagekanalen lød alle bånd matte, og kun få af dem "afslørede" ved finjustering af optagestrømmen [1] . I det 21. århundrede bruges betegnelsen "type IEC-0" i stedet for den tidligere betydning for alle slags lavkvalitets, understandard og forfalskede kassetter [30] .
Efterhånden som teknologien har udviklet sig, har de store producenters entry-level bånd overgået begrænsningerne for deres undertype og trådt ind i den avancerede kategori. Bånd af denne undertype ( eng. microferrics [28] ) adskilte sig i den korrekte form og mindre partikelstørrelse - omkring 0,3 mikron i længden [27] . Den første kompakte kassette af sin art, TDK SD [komm. 9] , kom på markedet i 1971; i 1973 dukkede Pfizers finkornede magnetiske pulver [32] op, som blev standarden . Derefter mestrede producenterne den anisotropiske stabling af magnetiske partikler under påvirkning af et kraftigt magnetfelt, hvilket signifikant forbedrede lineariteten (kvadratfaktor nærmede sig 0,9) og højfrekvent reproduktion [27] [28] [33] . Den typiske resterende induktion af det forbedrede bånd udviklet i 1980'erne er ca. 1600 gauss , det maksimale optageniveau er 2 dB højere end for entry-level-bånd, og det absolutte støjniveau er noget lavere [28] . Ulempen ved forbedrede bånd er kopieffekten øget med 3–6 dB [28] [komm. 10] .
Den mest avancerede IEC-I undertype er tape baseret på jern(III) gammaoxid beriget med kobolt . Der var flere forskellige teknologier til deres produktion, og en økonomisk og fleksibel proces med lavtemperaturindkapsling af oxid med et tyndt lag cobalt(II)ferrit fra en vandig opløsning af cobaltchlorid [35] [25] er blevet udbredt . De resulterende partikler har en regelmæssig nåleform og kan pakkes tæt ind i højkvalitets anisotrope magnetiske lag [25] [27] . De første ferrocobalt kompakte kassetter fra det amerikanske firma 3M dukkede op i 1972 og konkurrerede på lige vilkår med kromdioxidbånd; kommentatorer bemærkede en usædvanlig høj følsomhed og et rekordhøjt optageniveau for nye bånd [19] .
Den resterende induktion af MEK-I ferrocobalt-sammensætninger er ca. 1750 gauss [28] . Det maksimale optageniveau er 4 dB højere, og følsomheden er 2-3 dB højere end bånd på startniveau; støjniveauet er omtrent det samme som for forbedrede bånd [28] . De bedste bånd i denne klasse ("superferrics") er ikke ringere end IEC-IV-bånd med hensyn til kombinationen af dynamiske og frekvenskarakteristika. Det er et overkommeligt alternativ til bånd med metalkerne, især når man optager akustisk musik med et højt dynamisk område [36] . Det dynamiske område er 60 ... 62 dB, med en usædvanlig høj, på niveau med IEC-IV-bånd, det maksimale optageniveau ved lave frekvenser [37] .
Type IEC-II (IEC II, eller High Bias, Chrome Bias, etc.) kombinerer to hovedundertyper - kromdioxid- baserede tape og ferrocobalt tape [1] ; derudover er der en lille undertype af IEC-II metalforsynede bånd.
IEC-II-bånd er ifølge standarden designet til optagelse med et højt biasniveau (150 % af IEC-I-niveauet) og afspilning med en tidskonstant på 70 µs. Den primære standard DIN -tape installeret før vedtagelsen af IEC-94 er BASF C401R, de primære IEC-tape er BASF S4592A (siden 1981 [24] ) og BASF U564W (siden 1988).
Bånd baseret på ferromagnetisk [38] modificeret chromdioxid , beregnet til computerteknologi og videooptagelse, dukkede op i 1968; to år senere begyndte produktionen af chromdioxid kompakte kassetter [39] . Tidlige kromdioxidbånd var "berømt" for øget slibeevne , men i 1977 var dette problem løst [40] . Kompleksiteten og de høje omkostninger ved højtemperatursyntese af chromdioxid, kombineret med behovet for at betale royalties til copyright-indehaveren, DuPont , førte til høje detailpriser på kassetter og stimulerede søgningen efter andre alternative magnetiske materialer [38] [41] .
Et typisk kromdioxidtape er karakteriseret ved en tvangskraft på 600 Oe , en resterende induktion på 1300 gauss og en næsten ideel hysterese loop kvadratfaktor (0,9) [27] . Dens største fordel er det lave niveau og harmoniske spektrale sammensætning af støj, især modulationsstøj ved høje frekvenser [42] . Rekord-lave støjniveauer blandt alle kassetter - til tolags kromdioxidbånd [42] ; støjniveauet for sådanne kassetter er ikke ringere end karakteristikaene for konventionelle bånd ved en hastighed på 19,05 cm/s [40] . Følsomheden ved høje frekvenser er mærkbart højere, dog er de maksimale optageniveauer ikke høje - ikke højere end for IEC-I-basebånd og meget lavere end mulighederne for "microferrics" og "superferrics". At overskride det maksimale niveau er absolut uacceptabelt, og at nærme sig det er uønsket, da de ikke-lineære forvrængninger af kromdioxidbånd i den "røde zone" vokser hurtigere end for andre typer bånd [42] . På grund af det hurtige fald af det maksimale niveau i lav- og højfrekvensområderne er kromdioxidbånd ikke universelle; de er bedst egnede til at optage energisk musik med stærke overtoner, men relativt lave basniveauer [42] .
Chromdioxid kompakte kassetter er de mindst holdbare og mest modtagelige for for tidlig nedbrydning [43] . Under normale opbevaringsforhold forbliver båndet brugbart, men niveauet af det optagede signal falder langsomt - med omkring 2 dB over den estimerede lagringsperiode (10-30 år) [43] [44] . Med en stigning i temperaturen starter chrom , et oxidationsmiddel for polyester- og polyurethanbindemidler , en irreversibel proces med nedbrydning af polymermakromolekyler . Fragmenter af molekyler driver til overfladen af båndet, hvilket først kun forværrer dets friktionsegenskaber , derefter stiger støjniveauet, og ved slutningen af henfaldet bliver båndets arbejdslag til en ustabil tyktflydende masse [45] [ 44] . Et lignende " stickiness-shedding-syndrom " blev observeret i en række bånd til spole-til-spole-båndoptagere, men det er næsten ikke karakteristisk for MEK-I kompakte kassetter og MEK-II ferrocobalt-kassetter [46] .
Kort efter introduktionen af chromdioxid-kassetter i produktionen, begyndte japanske producenter, som ikke ønskede at betale licensafgifter til DuPont, at lede efter et patentfrit alternativ - det var den samme indkapsling af jern(III) gammaoxid med koboltferrit . Egenskaberne af ferrokoboltlaget kan kontrolleres ved at dosere andelen af kobolt: hver yderligere procentdel af dets indhold øger tvangskraften med omkring 133 Oe [48] . Til overgangen fra MEK-I-typen til MEK-II-typen var det tilstrækkeligt at opbygge et lag af koboltferrit, så tvangskraften steg til de værdier, der er karakteristiske for MEK-II [49] .
I 1974-1975 bragte TDK og Maxell de klassiske ferrocobalt "pseudochromes" TDK SA [komm. 11] og Maxell UD-XL [komm. 12] og indskrænkede produktionen af chromdioxidbånd. "Krigen" mellem chromdioxid og ferrocobalt kompakte kassetter forløb forholdsvis glat, begge typer bånd eksisterede sammen indtil slutningen af kassetteæraen. Konkurrencen om videobåndmarkedet var derimod stormfuld og endte allerede i 1976 med ferrokoboltkompositionernes fuldstændige sejr [52] [25] . I 1980'erne voksede "premium" to-lags ferrocobalt-tape med særligt høje maksimum- og grænseværdier; i midten af 1990'erne udkom det første og eneste trelags TDK SA-XS [47] [53] bånd .
Det er ikke svært at skelne "pseudokrom" fra ægte kromdioxidbånd: sidstnævnte har en karakteristisk lugt af varm voks, som er fraværende i andre typer bånd. De elektroakustiske egenskaber af MEK-II ferrocobalt tapes er tæt på dem af høj kvalitet MEK-I tapes. Støjniveauet er lavere på grund af brugen af en tidskonstant på 70 µs, men af samme grund er det maksimale optageniveau ved høje frekvenser også reduceret [28] . Det reelle dynamiske område ifølge uafhængige målinger i 1990 er 60...65 dB [54] .
De magnetiske egenskaber af MEK-II ferrokoboltbånd (tvangskraft 580–700 Oe, restinduktion 1300–1550 G [55] ) afviger en smule fra karakteristikaene for kromdioxidbånd, men denne forskel er tilstrækkelig til, at de optimale forspændingsstrømme kan afvige væsentligt . Faktisk eksisterer bånd med inkompatible optagetilstande samtidig inden for den samme IEC-type. Japanske udstyrsproducenter, som fulgte lederne af markedet for kompakte kassetter, indstillede optagekanalerne på båndoptagere ikke til det primære IEC-II-bånd, men til japanske "pseudochromes" TDK SA [komm. 13] . Japanske bånds uforenelighed med den nuværende standard skabte problemer for brugere af europæisk fremstillede båndoptagere [57] og underminerede positionerne for virksomheder, der producerer kromdioxidbånd, primært BASF. I begyndelsen af 1990'erne gik selv de over til produktion af ferrokoboltsammensætninger [58] . IEC "løste" problemet med kompatibilitet ved først i 1994 at tildele den nye MEC-II primære tape et ferrocobalt tape produceret af samme BASF, tæt på "pseudokromerne" i TDK [28] .
Tvangskraften af et pulver af jern og kobolt udfældet fra en vandig opløsning af salte afhænger af dets sammensætning. Ved at variere massefraktionen af kobolt fra nul til 10% kan producenten finjustere tvangskraften i området fra omkring 400 til 1300 Oe ; tvangskraften af jern-kobolt-legeringer kan nå 2200 Oe [59] . På grund af teknologiens fleksibilitet kunne producenterne både øge og mindske tvangskraften af metalforsynede bånd i forhold til niveauet fastsat for IEC-IV-bånd, herunder op til IEC-II-niveau [59] .
I praksis var det kun japanske virksomheder Denon , Taiyo Yuden (det er varemærke) og TDK, som producerede sjældne og dyre IEC-II metalpulverkassetter, der benyttede sig af denne mulighed . Med en høj restinduktion af IEC-IV-typen (2600 G) havde disse bånd en relativt lav, omkring 800 G, tvangskraft tæt på IEC-II-karakteristikaene [60] . Ifølge test i 1990 var Denon- og Taiyo Yuden-produkter blandt de bedste IEC-II-bånd, men deres brug blev kompliceret af usædvanlig høj følsomhed og ikke-standard forspændingsstrøm, betydeligt højere end den for det primære IEC-II-bånd [61 ] .
I 1973 introducerede Sony de første to-lags tape på markedet, hvor et basislag på fem mikron gammajernoxid blev belagt med et mikronlag af kromdioxidpigment [ 62] ; Som udtænkt af udviklerne, skulle to-lags ferrochrombåndet kombinere det høje niveau af lavfrekvent optagelse, der er karakteristisk for IEC-I-bånd, med de gode højfrekvente egenskaber af kromdioxid. Nyheden kom ind i klassificeringen af bånd som IEC-III-typen, og Sony CS301 blev det primære bånd af typen [24] .
Ud over Sony kom kun BASF og AGFA med i produktionen af ferrokrombånd . Ferrokromiske bånd kunne ikke konkurrere med de bedste IEC-I og IEC-II bånd og forsvandt hurtigt fra scenen [28] [24] . Båndoptagerproducenter, som oprindeligt forsynede dem med IEC-III optagetilstand, holdt op med det i 1983 [24] . BASF stoppede med at producere ferrokrombånd i 1984 [63] , Sony omkring 1988 [64] .
De første forsøg på at skabe et magnetbånd baseret ikke på oxider, men på rene (ikke oxiderede) metaller blev lavet så tidligt som i 1946; i 1962 dukkede eksperimentelle bånd baseret på en legering af jern, kobolt og nikkel op [55] , og i begyndelsen af 1970'erne annoncerede Philips starten på udviklingen af metal-pulver ( English Metal particle, MP ) kompakte kassetter [57] . Introduktionen af metalpulverformuleringer i masseproduktion har vist sig at være en vanskelig opgave; kendte metoder til pulvermetallurgi gjorde det ikke muligt at opnå submikron partikelstørrelse [65] . Kemikere bremsede pulverets pyroforicitet ved at passivere metalpartikler med et tyndt lag oxid [65] . Ifølge udviklernes hensigt stabiliserede kontrolleret oxidation i produktionen også de magnetiske og kemiske egenskaber af båndet, hvilket forhindrede yderligere langsom oxidation under drift [65] . I praksis lykkedes det ikke at overbevise markedet: blandt amatører og professionelle blev der etableret en mening om den uundgåelige langsomme nedbrydning (oxidation) af metalpulversammensætninger [55] .
Serielle metal pulver kompakte kassetter kom på markedet i 1979 [55] og blev standardiseret under IEC-IV betegnelsen. Slid på hovederne, når man trækker i metaltrådsbånd, er meget lavere end på andre typer bånd [5] .
Afspilningstidskonstanten på 70 µs er den samme som for IEC-II-bånd, så metalbånd kan afspilles på enhver båndoptager, der er i stand til at afspille IEC-II-bånd [17] . Situationen er anderledes med optagetilstanden [17] . Tvangskraften for en typisk MFC-tape er 1100 Oe , og den resterende induktion er 3300 G, to til tre gange højere end den for oxidbånd, hvilket kræver en særlig høj bias- og sletteinduktion [28] [55] [17] . Traditionelle hoveder med ferritkerner , som har en relativt lav mætningstærskel, er uegnede til optagelse af metalforsynede bånd, derfor blev de i begyndelsen af 1980'erne erstattet af nye typer hoveder baseret på sendust- , permalloy- og kombinerede glas- ferrithoveder med at udfylde det magnetiske hul med en blød magnetisk legering [66] .
Bånd med metalkerne, især flagskibet med dobbeltlagsbånd, er kendetegnet ved rekordbrydende maksimale og maksimale optageniveauer og det bredeste dynamiske område med et lavt niveau af ikke-lineær forvrængning; de klarer bedre end andre bånd de subtile nuancer af levende musik , der ikke har været udsat for aggressiv komprimering [67] . På grund af den høje pris blev disse bånd aldrig masseproduceret; deres brug var kun historisk begrundet i flagskibet, mest avancerede modeller af båndoptagere [67] . En anden ulempe ved bånd med metalkerne er den langsomme selvdemagnetisering (faldet i niveauet af det optagede signal med ca. 2 dB over den estimerede lagringsperiode) [43] [68] .
Teknologien til metalionforstøvning blev introduceret i masseproduktion af magnetbånd til digital- og videooptagelse i 1980'erne, og de første analoge mikrokassetter af en ny type ( Eng. Metal Evaporated , ME) dukkede op i 1979 [69] . Sputteringsprocessen udføres i et vakuumkammer [70] . Kobolt eller kobolt - nikkel - legering opvarmes af en kraftig elektronstråle og sprøjtes med en snævert rettet kegle på en afkølet båndtromle [70] . Ilt tilføres til den zone, hvor metalatomer falder ned på båndet, hvilket delvist oxiderer det aflejrede metal og bidrager til dannelsen af en finkornet struktur [71] .
Sputterede metalbaserede magnetiske lag har den højeste informationstæthed af alle kendte bærere; i 2010'erne konkurrerer kun magnetiske lag baseret på bariumferrit [69] med dem . Den mekaniske styrke af det aflejrede lag, hvis tykkelse er målt i brøkdele af en mikron, er dog meget lavere end traditionelle oxidlags [72] [73] [ tjek link (allerede 272 dage) ] . Af denne grund, og også på grund af de høje omkostninger (en størrelsesorden højere end for metalforsynede bånd [73] [ tjek linket (allerede 272 dage) ] ) var omkostningerne ved metalsprøjtning i produktionen af kompakte kassetter ikke slå rødder. Den eneste producent af ME kompaktkassetter var udvikleren af teknologien, Panasonic . Japanerne formåede at bringe til masseproduktion af kassetter tilpasset kravene i IEC-I, IEC-II og IEC-IV, men de blev produceret i kort tid og var praktisk talt utilgængelige uden for Japan [74] .