Magnetband för kompakta kassetter är indelade i tre huvudtyper, som skiljer sig i nivån av förspänning under inspelning och tidskonstanten för frekvenskorrigeringskretsar under uppspelning.
Egenskaper och beteckningar för typer av band regleras av IEC-94- standarden (IEC-60094). Historiskt har IEC-I- typen (IEC I) inkluderat band baserade på gammajärnoxid ,
IEC-II- typen - band baserade på kromdioxid och ferrokoboltband nära dem i magnetiska egenskaper , mest avancerade och dyrbara typ IEC-IV - tejp med metallkärna . På 1980-talet dök det upp tejper med ultratunna arbetslager av sprutad metall (ME) , tejp med metallkärna MEK-II och MEK-I blev utbredd. Kvalitetsgapet mellan de tre typerna av band minskade: de bästa IEC-I-banden som utvecklades på 1980-talet konkurrerade på lika villkor med tejp med metallkärna.
Tvålagers ferrokromband, standardiserade under beteckningen IEC-III , har inte fått distribution . Beteckningen typ 0 , som inte tillhandahålls av IEC-94, användes av den tekniska pressen för föråldrade band från 1960-talet som inte uppfyllde standarden, samt för lågkvalitativa undermåliga eller förfalskade band [1] .
För att säkerställa magnetisk inspelning i bandets arbetsskikt, används hårdmagnetiska pulverferromagneter eller ferrimagneter - material som kräver betydande externa magnetiseringseffekter och behåller (”registrerar”) betydande restmagnetisering efter att den yttre påverkan tagits bort [3] . De huvudsakliga magnetiska egenskaperna hos banden är [komm. 1] :
De huvudsakliga elektroakustiska egenskaperna som används för att bedöma kvaliteten på kompakta kassetter är [komm. 3] :
Omfånget av inspelade och återgivna frekvenser är inte i sig en betydande egenskap hos bandet. Vid låga magnetiseringsnivåer [komm. 6] alla högkvalitativa band kan spela in och återge frekvensområdet 30-16000 Hz och garanterar oförvrängd ljudöverföring. Men vid höga signalnivåer smalnar den övre gränsen på grund av att gränsen sänks. På Dolby-nivå sträcker det sig från 8 kHz för kromdioxidband till över 12 kHz för metallkärna band (vilket, när det gäller kromdioxidband, kompenseras av den låga absoluta brusnivån). I praktiken är det inte så mycket värdet på den övre gränsen för frekvensområdet som är viktigt, utan den svårformaliserade jämnheten hos frekvenssvaret i området mellan och höga frekvenser [17] .
Den första specifikationen för kompakta kassettband sammanställdes 1962-1963 av Philips; vid den tiden uppfyllde endast tre band från 3M, BASF och Kodak Philips krav. I början av 1970-talet kom många band in på marknaden som inte uppfyllde den etablerade standarden. Bandspelare som ställts in på fabriken till de senaste, förbättrade banden visade sig vara oförenliga med "vanliga", billiga band [19] . Standardiseringen av bandens egenskaper togs upp av German Standards Institute (DIN), som fastställde inspelnings- och uppspelningslägena för kromdioxidband, och sedan av International Electrotechnical Commission , utvecklaren av IEC-94-standarden (IEC) 60094) [komm. 7] . Den slutliga uppdelningen av kompaktkassetter i fyra typer (IEC-I, IEC-II, IEC-III och IEC-IV) fastställdes av IEC 1979 [21] .
IEC-94-standarden definierar två viktiga egenskaper för bandbanor:
En obligatorisk del av standarden är primära standardband [komm. 3] IEC. IEC-I och IEC-II primärband av alla generationer tillverkas av BASF , IEC-III och IEC-IV primära band av Sony respektive TDK [ 24] . Det är inte massproducerade produkter som kommit in på marknaden från år till år, utan band från unika, en gång tillverkade och inte längre reproducerade partier [24] [17] . Det var omöjligt att upprepa partiets egenskaper med vederbörlig noggrannhet, så leverantören som auktoriserats av den elektrotekniska kommissionen producerade en gång och höll sedan ett lager av primärband baserat på behoven hos industrin runt om i världen i många år framöver [24] . Från tid till annan har IEC reviderat uppsättningen av primära band; den senaste översynen ägde rum i april 1994 [17] .
Band IEC-I (IEC I, eller Normal) - den första, vanligaste och prisvärda typen av band, som oftast används vid produktion av kassetter med inspelning. Magnetskiktet på MEK-I-tejpen består av cirka 30 % syntetiskt bindemedel och 70 % magnetiskt pulveravlånga, nålformade partiklar av ferrimagnetisk järn-III gammaoxid med en längd på 0,25 till 0,75 mikron . Partiklar av denna storlek kan betraktas som enstaka magnetiska domäner [25] . Pulvrets massa har en brun färg, och dess intensitet och nyanser bestäms av den genomsnittliga partikelstorleken [25] . Utomlands producerades oxid från syntetisk goetit av företag som tillverkade mineralpigment [25] ; i den sovjetiska industrin, på grund av oförmågan att säkerställa korrekt kemisk renhet vid företagen inom färg- och lackindustrin, producerades oxidpulver direkt av tejptillverkare [26] .
IEC 60094-standarden för typ I specificerar en normal (låg) biasnivå och en frekvenskorrigeringstidskonstant på 120 µs. Uppsättningen av IEC-I-kassetter som tillverkas består av tre huvudsakliga undertyper: nybörjartejper, avancerade gamma-järn-III-oxidtejper och högkvalitativa koboltdopade gamma-järn-III-oxidtejper . Värdena på den kvarvarande induktionen och kvadratfaktorn, som bestämmer de begränsande nivåerna för registrering, ökar konsekvent från subtyp till subtyp, och tvångskraften förblir oförändrad (ca 380 Oe ) [27] . Gemensamt för alla IEC-I-band är en liten minskning av maxnivån vid låga frekvenser jämfört med IEC-II och IEC-IV: genom att ge efter för dyrare band i inspelningsnivån för högfrekventa komponenter vinner de på låga [13 ] .
I basen av pyramiden finns enkla, billiga tejper baserade på ren, omodifierad och odopad järn(III) gammaoxid. De låga egenskaperna hos dessa band är en konsekvens av den lösa isotropiska staplingen av stora oregelbundet formade partiklar i det magnetiska lagret [8] . Band av denna klass, ofta märkta som "lågt brus" (Low Noise), har den sämsta absoluta brusnivån, låg restinduktans ( ≈1400 gauss ) och en låg kvadratfaktor (≈0,75) - vilket sätter en relativt låg maximal inspelningsnivå och smalt dynamiskt område [27] [28] . Känsligheten för billiga band är vanligtvis också låg, och den optimala biasnivån är 1-2 dB lägre än för förbättrade IEC-I-band [28] .
Det är till denna grupp som den informella "IEC-0-typen" tillhör - en kombinerad grupp av oxidband som inte överensstämmer med IEC-I [1] . Historiskt sett inkluderade det band från "förkassetteran" som inte var anpassade till de specifika kraven för kassettutrustning och som regel krävde mindre förspänningsström jämfört med IEC-I [1] [29] . Med standardinställningen för inspelningskanalen lät alla band tråkiga, och endast ett fåtal av dem "avslöjade" när man finjusterade inspelningsströmmen [1] . På 2000-talet, istället för den tidigare betydelsen, används beteckningen "typ IEC-0" för alla typer av lågkvalitativa, undermåliga och förfalskade kassetter [30] .
I takt med att tekniken har utvecklats har de stora tillverkarnas nybörjarband överträffat begränsningarna för sin undertyp och kliver in i den avancerade kategorin. Band av denna undertyp ( eng. microferrics [28] ) skilde sig åt i korrekt form och mindre partikelstorlek - cirka 0,3 mikron i längd [27] . Den första kompakta kassetten i sitt slag, TDK SD [komm. 9] , kom in på marknaden 1971; 1973 dök Pfizers finkorniga magnetiska pulver [32] , som blev standard, upp . Sedan bemästrade tillverkarna den anisotropiska staplingen av magnetiska partiklar under påverkan av ett kraftfullt magnetfält, vilket avsevärt förbättrade linjäriteten (kvadratfaktor närmade sig 0,9) och högfrekvent reproduktion [27] [28] [33] . Den typiska restinduktionen av det förbättrade bandet som utvecklades på 1980-talet är cirka 1600 gauss , den maximala inspelningsnivån är 2 dB högre än den för nybörjarband, och den absoluta brusnivån är något lägre [28] . Nackdelen med förbättrade band är kopieringseffekten ökad med 3–6 dB [28] [komm. 10] .
Den mest avancerade IEC-I subtypen är tejper baserade på järn(III) gammaoxid berikad med kobolt . Det fanns flera olika teknologier för deras produktion, och en ekonomisk och flexibel process av lågtemperaturinkapsling av oxid med ett tunt lager av kobolt(II)ferrit från en vattenlösning av koboltklorid [35] [25] har blivit utbredd . De resulterande partiklarna har en regelbunden nålform och kan packas tätt i högkvalitativa anisotropa magnetiska skikt [25] [27] . De första kompakta ferrokoboltkassetterna från det amerikanska företaget 3M dök upp 1972 och konkurrerade på lika villkor med kromdioxidband; kommentatorer noterade exceptionellt hög känslighet och en rekordhög inspelningsnivå för nya band [19] .
Den återstående induktionen av MEK-I ferrokoboltkompositioner är cirka 1750 gauss [28] . Den maximala inspelningsnivån är 4 dB högre, och känsligheten är 2-3 dB högre än för nybörjarband; ljudnivån är ungefär densamma som för förbättrade band [28] . De bästa banden i denna klass ("superferrics") är inte sämre än IEC-IV-banden när det gäller kombinationen av dynamiska och frekvensegenskaper. Det är ett prisvärt alternativ till band med metallkärnor, speciellt när man spelar in akustisk musik med ett högt dynamiskt omfång [36] . Det dynamiska omfånget är 60 ... 62 dB, med en exceptionellt hög, på nivån för IEC-IV-band, den maximala inspelningsnivån vid låga frekvenser [37] .
Typ IEC-II (IEC II, eller High Bias, Chrome Bias, etc.) kombinerar två huvudsubtyper - kromdioxidbaserade tejper och ferrokobolttejper [1] ; dessutom finns det en liten undertyp av IEC-II - tejper med metallkärna.
IEC-II-band, enligt standarden, är designade för inspelning med en hög nivå av bias (150 % av IEC-I-nivån) och uppspelning med en tidskonstant på 70 µs. Den primära standard DIN -tejpen som installerades innan IEC-94 togs i bruk är BASF C401R, IEC-primärtejpen är BASF S4592A (sedan 1981 [24] ) och BASF U564W (sedan 1988).
Band baserade på ferromagnetisk [38] modifierad kromdioxid , avsedda för datorteknik och videoinspelning, dök upp 1968; två år senare började produktionen av kompakta kromdioxidkassetter [39] . Tidiga kromdioxidtejpar var "kända" för ökad nötningsförmåga , men 1977 hade detta problem lösts [40] . Komplexiteten och de höga kostnaderna för högtemperatursyntes av kromdioxid, tillsammans med behovet av att betala royalties till upphovsrättsinnehavaren, DuPont , ledde till höga återförsäljningspriser för kassetter och stimulerade sökandet efter andra alternativa magnetiska material [38] [41] .
En typisk kromdioxidtejp kännetecknas av en koercitivkraft på 600 Oe , en restinduktion på 1300 gauss och en nästan idealisk hysteresloopkvadratfaktor (0,9) [27] . Dess främsta fördel är den låga och harmoniska spektrala sammansättningen av brus, särskilt moduleringsbrus vid höga frekvenser [42] . Rekordbrytande låga brusnivåer bland alla kassetter - för tvålagers kromdioxidband [42] ; ljudnivån för sådana kassetter är inte sämre än egenskaperna hos konventionella band vid en hastighet av 19,05 cm/s [40] . Känsligheten vid höga frekvenser är märkbart högre, dock är de maximala inspelningsnivåerna inte höga - inte högre än för IEC-I-basband och mycket lägre än kapaciteten för "microferrics" och "superferrics". Att överskrida den maximala nivån är absolut oacceptabelt, och att närma sig det är oönskat, eftersom i den "röda zonen" växer de olinjära förvrängningarna av kromdioxidband snabbare än de hos andra typer av band [42] . På grund av det snabba sönderfallet av den maximala nivån i låg- och högfrekvensområdena är kromdioxidband inte universella; de är bäst lämpade för inspelning av energisk musik med starka övertoner men relativt låga basnivåer [42] .
Kompaktkassetter av kromdioxid är de minst hållbara och mest mottagliga för för tidig nedbrytning [43] . Under normala lagringsförhållanden förblir bandet användbart, men nivån på den inspelade signalen minskar långsamt - med cirka 2 dB under den beräknade lagringsperioden (10-30 år) [43] [44] . Med en ökning av temperaturen startar krom , ett oxidationsmedel för polyester- och polyuretanbindemedel , en irreversibel process för nedbrytning av polymermakromolekyler . Fragment av molekyler driver till tejpens yta, vilket först bara försämrar dess friktionsegenskaper , sedan ökar ljudnivån, och i slutet av sönderfallet förvandlas tejpens arbetsskikt till en instabil viskös massa [45] [ 44] . Ett liknande " stickiness-shedding syndrome " observerades i ett antal band för rull-till-rulle-bandspelare, men det är nästan inte karakteristiskt för MEK-I kompaktkassetter och MEK-II ferrokoboltkassetter [46] .
Kort efter introduktionen av kromdioxidkassetter i produktion började japanska tillverkare, som inte ville betala licensavgifter till DuPont, leta efter ett patentfritt alternativ – det var samma inkapsling av järn(III)gammaoxid med koboltferrit . Egenskaperna hos ferrokoboltskiktet kan kontrolleras genom att dosera andelen kobolt: varje ytterligare procentandel av dess innehåll ökar tvångskraften med cirka 133 Oe [48] . För övergången från MEK-I-typ till MEK-II-typ räckte det att bygga upp ett lager av koboltferrit så att tvångskraften ökade till de värden som är karakteristiska för MEK-II [49] .
1974-1975 lanserade TDK och Maxell de klassiska ferrokobolt "pseudochromes" TDK SA [komm. 11] och Maxell UD-XL [komm. 12] , och inskränkte produktionen av kromdioxidtejper. "Kriget" mellan kromdioxid och ferrokobolt kompaktkassetter gick relativt smidigt, båda typerna av band samexisterade fram till slutet av kassetteran. Konkurrensen om videobandmarknaden var tvärtom stormig och slutade redan 1976 med ferrokoboltkompositionernas totalseger [52] [25] . På 1980-talet spred sig "premium" tvåskikts ferrokoboltband med särskilt höga max- och gränsnivåer; i mitten av 1990-talet släpptes det första och enda trelagrade TDK SA-XS [47] [53] bandet .
Det är inte svårt att skilja "pseudokrom" från riktiga kromdioxidband: de senare har en karakteristisk lukt av varmt vax, som saknas i andra typer av band. De elektroakustiska egenskaperna hos MEK-II ferrokoboltband är nära de hos högkvalitativa MEK-I-band. Brusnivån är lägre på grund av användningen av en tidskonstant på 70 µs, men av samma anledning har den maximala inspelningsnivån vid höga frekvenser också reducerats [28] . Det verkliga dynamiska området, enligt oberoende mätningar 1990, är 60…65 dB [54] .
De magnetiska egenskaperna hos MEK-II ferrokoboltband (koercitivkraft 580–700 Oe, restinduktion 1300–1550 G [55] ) skiljer sig något från egenskaperna hos kromdioxidband, men denna skillnad är tillräcklig för att de optimala förspänningsströmmarna ska skilja sig markant. . Faktum är att band med inkompatibla inspelningslägen samexisterar inom samma IEC-typ. Japanska utrustningstillverkare, som följde ledarna på marknaden för kompakta kassetter, ställde in inspelningskanalerna på bandspelare inte till det primära IEC-II-bandet, utan till japanska "pseudokromer" TDK SA [komm. 13] . Japanska bands oförenlighet med den nuvarande standarden skapade problem för användare av europeiskt tillverkade bandspelare [57] och undergrävde positionerna för företag som tillverkar kromdioxidband, främst BASF. I början av 1990-talet gick till och med de över till tillverkning av ferrokoboltkompositioner [58] . IEC "löste" problemet med kompatibilitet genom att tilldela den nya MEC-II primära tejpen en ferrokobolttejp som producerats av samma BASF, nära egenskaper som "pseudokromerna" av TDK, först 1994 [28] .
Tvångskraften hos ett pulver av järn och kobolt som utfällts från en vattenlösning av salter beror på dess sammansättning. Genom att variera massfraktionen av kobolt från noll till 10 % kan tillverkaren finjustera koercitivkraften i intervallet från cirka 400 till 1300 Oe ; tvångskraften hos järn-koboltlegeringar kan nå 2200 Oe [59] . På grund av teknikens flexibilitet kan tillverkarna både öka och minska tvångskraften hos metallkärna band i förhållande till den nivå som fastställts för IEC-IV-band, inklusive upp till IEC-II-nivån [59] .
I praktiken var det bara japanska företag Denon , Taiyo Yuden (det är varumärket) och TDK, som tillverkade sällsynta och dyra IEC-II-metallpulverkassetter, som utnyttjade denna möjlighet . Med en hög restinduktion av IEC-IV-typ (2600 G) hade dessa band en relativt låg, cirka 800 G, koercitivkraft nära IEC-II-egenskaperna [60] . Enligt tester 1990 var produkterna från Denon och Taiyo Yuden bland de bästa IEC-II-banden, men deras användning komplicerades av exceptionellt hög känslighet och icke-standardiserad förspänningsström, betydligt högre än den för den primära IEC-II-tejpen [61 ] .
1973 introducerade Sony de första tvåskiktsbanden på marknaden, i vilka ett basskikt på fem mikron av gammajärnoxid belades med ett mikronskikt av kromdioxidpigment [ 62] ; Som utvecklarna tänkt på, var det tvåskiktiga ferrokrombandet tänkt att kombinera den höga nivån av lågfrekvent inspelning som är karakteristisk för IEC-I-band med de goda högfrekventa egenskaperna hos kromdioxid. Nyheten kom in i klassificeringen av band som IEC-III-typen, och Sony CS301 blev det primära bandet av typen [24] .
Förutom Sony var det bara BASF och AGFA som gick med i produktionen av ferrokromband . Ferrokromiska band kunde inte konkurrera med de bästa IEC-I och IEC-II banden och försvann snabbt från scenen [28] [24] . Tillverkarna av bandspelare, som till en början försåg dem med IEC-III-inspelningsläge, slutade göra det 1983 [24] . BASF slutade tillverka ferrokromband 1984 [63] , Sony omkring 1988 [64] .
De första försöken att skapa ett magnetband baserat inte på oxider, utan på rena (ej oxiderade) metaller gjordes så tidigt som 1946; 1962 dök det upp experimentband baserade på en legering av järn, kobolt och nickel [55] , och i början av 1970-talet tillkännagav Philips starten av utvecklingen av kompakta kassetter med metallpulver ( English Metal particle, MP ) [57] . Införandet av metallpulverformuleringar i massproduktion har visat sig vara en svår uppgift; kända metoder för pulvermetallurgi gjorde det inte möjligt att uppnå submikron partikelstorlek [65] . Kemister dämpade pulvers pyroforicitet genom att passivera metallpartiklar med ett tunt lager av oxid [65] . Enligt utvecklarnas avsikt stabiliserade kontrollerad oxidation i produktionen också de magnetiska och kemiska egenskaperna hos tejpen, vilket förhindrade ytterligare långsam oxidation under drift [65] . I praktiken lyckades de inte övertyga marknaden: bland amatörer och proffs etablerades en åsikt om den oundvikliga långsamma nedbrytningen (oxidationen) av metallpulverkompositioner [55] .
Seriella kompaktkassetter av metallpulver kom in på marknaden 1979 [55] och standardiserades under IEC-IV-beteckningen. Slitaget på huvudena vid dragning av tejp med metallkärna är mycket lägre än för andra typer av tejper [5] .
Uppspelningstidskonstanten på 70 µs är densamma som för IEC-II-band, så band med metallkärna kan spelas på vilken bandspelare som helst som kan spela IEC-II-band [17] . Situationen är annorlunda med inspelningsläget [17] . Koercitivkraften för en typisk MFC-tejp är 1100 Oe , och restinduktionen är 3300 G, två till tre gånger högre än den för oxidband, vilket kräver en särskilt hög förspännings- och raderingsinduktion [28] [55] [17] . Traditionella huvuden med ferritkärnor , som har en relativt låg mättnadströskel, är olämpliga för inspelning av metallkärnade band, därför ersattes de i början av 1980-talet av nya typer av huvuden baserade på sendust- , permalloy- och kombinerade glas- ferrithuvuden med att fylla det magnetiska gapet med en mjuk magnetisk legering [66] .
Band med metallkärna, i synnerhet flaggskeppsbanden med dubbla lager, kännetecknas av rekordstora maximala och maximala inspelningsnivåer och det bredaste dynamiska omfånget med en låg nivå av icke-linjär distorsion; de klarar bättre än andra band med subtila nyanser av livemusik som inte har utsatts för aggressiv komprimering [67] . På grund av det höga priset massproducerades dessa band aldrig; deras användning var historiskt motiverad endast i flaggskeppet, mest avancerade modeller av bandspelare [67] . En annan nackdel med band med metallkärnor är den långsamma självavmagnetiseringen ( minskningen av nivån på den inspelade signalen med cirka 2 dB under den beräknade lagringsperioden) [43] [68] .
Tekniken för metalljonsputtering introducerades i massproduktion av magnetband för digital- och videoinspelning på 1980-talet, och de första analoga mikrokassetterna av en ny typ ( Eng. Metal Evaporated , ME) dök upp 1979 [69] . Sputtringsprocessen utförs i en vakuumkammare [70] . Kobolt eller kobolt - nickellegering värms upp av en kraftfull elektronstråle och sprutas med en smalt riktad kon på en kyld bandtrumma [70] . Syre tillförs den zon där metallatomer faller på tejpen, vilket delvis oxiderar den avsatta metallen och bidrar till bildandet av en finkornig struktur [71] .
Sputtrade metallbaserade magnetiska skikt har den högsta informationstätheten av alla kända bärare; på 2010-talet är det bara magnetiska skikt baserade på bariumferrit [69] som konkurrerar med dem . Den mekaniska hållfastheten hos det avsatta skiktet, vars tjocklek mäts i bråkdelar av en mikron, är dock mycket lägre än för traditionella oxidskikt [72] [73] [ kolla länk (redan 272 dagar) ] . Av denna anledning, och även på grund av den höga (en storleksordning högre än den för tejp med metallkärna [73] [ kolla länken (redan 272 dagar) ] ) blev kostnaden för metallsprutning vid tillverkning av kompaktkassetter inte slå rot. Den enda tillverkaren av ME kompaktkassetter var utvecklaren av tekniken, Panasonic . Japanerna lyckades ta till massproduktion av kassetter anpassade till kraven i IEC-I, IEC-II och IEC-IV, men de tillverkades under en kort tid och var praktiskt taget otillgängliga utanför Japan [74] .