Magnetofony kasetowe: Różnice pomiędzy wersjami

Wersja z 21:29, 24 mar 2015

Magnetofony kasetowe wstęp historyczno-techniczny

Wstęp

Temat magnetofonów kasetowych pojawił się przy okazji przedłużania ich życia przy zastosowaniu nośników cyfrowych, co zostało opisane tutaj. Piszemy więc historię rozpoczynając ją od końca. Co istotne udało nam się prześledzić tę historie na żywo, na własne oczy, rozpoczynając od pojawienia się pierwszych magnetofonów kasetowych, aż do zagłady tej techniki zapisu dźwięku. Może zagłada nie jest całkowita, ale magnetofony kasetowe stały się raczej ciekawostką, sprzętem bardziej sentymentalnym i egzotycznym niż użytkowym.

Ewolucja magnetofonów kasetowych potoczyła się takim torem, jakim zwykle losy sprzętów „powszechnego użytku” się nie toczą. Weźmy pierwszy przykład z brzegu, chociażby zegarek...

Przecież nie było tak, że ktoś skonstruował zegarek na rękę, a po jego upowszechnieniu się ludzie nie doszli do wniosku, że konstrukcja jest na tyle udana, że została przekształcona w zegar stacjonarny z czasem coraz lepszej jakości, o coraz wyższych parametrach... Jakby się lepiej przyjrzeć, to z magnetofonem kasetowym właśnie tak było.

Początki

Holenderski gigant na rynku elektroniki, firma Philips, zaprezentowała w roku 1963 nowy magnetofon, który oszczędzał użytkownikowi fatygi w zakładaniu szpul z taśmą i prowadzenia jej wokół głowic rolek i kołków prowadzących.

Produkt nazywał się Compact Cassette. Na początku, z założenia, był sprzętem przenośnym, bateryjnym. Philips nie oczekiwał od kaset, że będą służyły do zapisu i odtwarzania muzyki z jakością Hi Fi. Aby rozmiary kasety były niewielkie użyto taśmy o połowę węższej w stosunku do standardowej ćwierć calowej taśmy wykorzystywanej w magnetofonach szpulowych, a ponadto o połowę zmniejszono prędkość jej przesuwu.

W związku z tym jakość dźwięku pochodzącego z kasety z założenia była proporcjonalnie gorsza z powodu mniejszej prędkości i węższej szerokości ścieżki zapisu. Podstawową funkcją magnetofonu kasetowego miała być możliwość nagrywania przez mikrofon - stąd funkcja uruchamiania magnetofonu przełącznikiem umieszczonym na mikrofonie. Tak naprawdę, to dźwięk z kasety miał spełniać wymagania konieczne do rejestracji mowy, co do rejestracji muzyki uzyskiwany efekt pozostawiał wiele do życzenia.

Philips zrezygnował z opłat licencyjnych co zaowocowało tym, że produkcja zarówno kaset jak i magnetofonów zaczęła kwitnąć. Zainteresowanie kasetą rynku Hi Fi było już tylko kwestią czasu.

• Najpopularniejszy i w zasadzie jedyny magnetofon kasetowy jaki był popularny w Polsce jeszcze w latach 70 - tych.

• 
• 
• 

  Charakterystyczny mechanizm obsługiwany jednym klawiszem - znak rozpoznawczy tego modelu

• 
• 
• 
• 

• Popularny Philips miał oczywiście brata imieniem Sputnik 401.

• Jak widać z porównania, Sputnik nie tylko Philipsowi dorównywał ale nawet go przewyższał (na pewno gabarytami).

Magnetofon kasetowy wkracza do Hi Fi

Na skutek postępu technologii z czasem uzyskiwano coraz to lepszą jakość zapisanego dźwięku. Pojawiły się także kasetowe magnetofony stereofoniczne, które powoli stawały się elementem zestawu Hi Fi. Początek był taki, że magnetofony przenośne zamieszkały w większych obudowach i rozgościły się na półkach słuchaczy. Początek był jak zwykle trudny, ponieważ dla entuzjastów samodzielnego zapisywania dźwięku jedynym prawdziwym rozwiązaniem były magnetofony szpulowe. Wydawało się, że pojedynek „szpulaka” z „kaseciakiem” musi być przez tego drugiego sromotnie przegrany. Rzeczywistość okazała się jednak inna...

Wydawało się to niemożliwe, a jednak się stało. Zadziałała reguła, na którą się lubię powoływać: „będzie tylko trochę gorzej, ale za to dużo taniej”. Tym razem w nieco odmienionej formie: „będzie tylko trochę gorzej, ale za to dużo wygodniej”. To niestety prawda. Wygoda użytkowania magnetofonu kasetowego w porównaniu z tradycyjnym jest nieporównywalna, no i nośniki zajmują zdecydowanie mniej miejsca. Kaseta stała się też tańsza od szpuli taśmy. Pewien czas zajęło osiągnięcie parametrów, które mogłyby zaspokoić ludzi o wyrafinowanych wymaganiach.

Najpoważniejszą przeszkodą w realizacji tego celu była oczywiście fizyka.

Nie chcę na tym etapie za mocno wnikać w fizykę samego zapisu na taśmie magnetycznej. Posłużę się prostym porównaniem. Powiedzmy, że chcemy zapisać jakąś informację i mamy do dyspozycji papier i ołówek... Aby informacja była czytelna, kreska musi być odpowiednio gruba, a i ołówek trzeba odpowiednio docisnąć. Jak to jednak zrobić jeśli papier jest cienki i chropowaty jak kawiarniana serwetka? Taśma w magnetofonie szpulowy mknie z prędkością typowo 19cm/s (w studio 38cm/s, w zastosowaniach domowych 9,5 cm/s). W magnetofonie kasetowym zdecydowanie wolniej - 4,75 cm/s. Taśma jest węższa (0,15cala), a co za tym idzie szerokość śladu zapisu też jest zdecydowanie mniejsza. Czy można to jakość obejść? Można, dzięki zastosowaniu odpowiedniej korekcji zapisu i odczytu. To jest tak, jakby dźwięk zapisany słabo poprawiać przez podbijanie odpowiednich częstotliwości korektorem graficznym (equalizerem). Tu drobna dygresja: pamiętam bardzo wyrafinowany test equalizerów w jakimś amerykańskim czasopiśmie. Nie pamiętam za dobrze nazw testowanych sprzętów, pamiętam za to konkluzję: „Jeśli chcesz wydać pieniądze na equalizer to wykorzystaj tę kwotę i kup sobie lepsze kolumny”. Z zapisem dźwięku na kasecie jest trochę podobnie. Wyciskanie lepszej jakości dźwięku odbywa się na podobnej zasadzie jak wymuszanie brzmienia przy pomocy equalizera. Wbrew pozorom występuje trudność w utrwalaniu dźwięku tonów niskich, zwłaszcza impulsów o dużej amplitudzie.

Nic dziwnego. W końcu wracając do naszej kawiarnianej analogii, jak chcemy coś zapisać bardzo wyraźnie na serwetce i przyciśniemy w tym celu ołówek, to po prostu przedziurawimy papier. Może zatem testując magnetofon kasetowy warto przysłuchać się uważniej odtwarzaniu impulsów.

Co do prędkości przesuwu taśmy możemy się posłużyć trochę zmodyfikowaną analogia zapisu na papierze. Załóżmy, że stawiamy kreski na przesuwającej się taśmie papierowej. Chodzi o to, aby zapisać w czytelny sposób jak najwięcej kresek w jednostce czasu. Jeśli taśma przesuwa się wolno, to kreski będą tak gęsto obok siebie, że mogą zacząć się zlewać i zapis stanie się nieczytelny. Ponadto w pewnym momencie może się okazać, że nie jesteśmy już w stanie szybciej ruszać ołówkiem. Przy zapisie na magnetofonie szpulowym oba wskazane problemy nie występują ponieważ taśma jest szersza, szerszy zapis, a i prędkość przesuwu większa od 2 do 8 razy... Oczywiście analogia, która się posłużyłem jest „grubymi nićmi szyta”, ale i cel ćwiczenia miał polegać na próbie wyjaśnienia zjawiska w maksymalnie uproszczony sposób bez wnikania w zagadnienia związane z elektromagnetyzmem.

Co ciekawe w magnetowidach stereofonicznych VHS także zapisywano dźwięk nieruchomą głowicą przy taśmie przesuwającej się o połowę wolniej niż w kasecie magnetofonowej. To dlatego w tamtych czasach oglądaniu koncertów z kaset VHS towarzyszył dźwięk, łagodnie mówiąc, nie najlepszej jakości. Dopiero zapis dźwięku w magnetowidach oznaczanych jako "stereo Hi Fi" był realizowany wirująca głowicą i rozprawił się z trudnościami zapisu wysokich tonów przy akceptowalnym poziomie szumów.

No właśnie... pojawiło się magiczne słowo "szum" nieodłącznie towarzyszące kasecie magnetofonowej. To jedno z dwu zasadniczych ograniczeń tej technologii nagrywania. Po pierwsze wszechobecny syk taśmy towarzyszący muzyce zwłaszcza klasycznej, gdzie więcej jest fragmentów cichych lub wręcz ciszy. Po drugie brak dynamiki, czyli mówiąc inaczej zakresu miedzy dźwiękami głośnymi a cichymi. Głośnymi z powodu ograniczenia przesterowaniem zapisu, któremu towarzyszyły kompletnie nieakceptowalne zniekształcenia, albo cichymi, które przy niskim poziomie zapisu po prostu chowały się w szumie taśmy.

Ten stan to logiczna konsekwencja rozważanych wcześniej zjawisk. Jeśli bowiem z powodu małej prędkości zapisu nie możemy zapisać wysokich częstotliwości na przyzwoitym poziomie sygnału, a usiłujemy je mimo wszystko wydobyć, to rzecz jasna wydobywamy przy okazji wszelkie szumy towarzyszące zapisanemu dźwiękowi. Aby mimo wszystko usłyszeć wysokie tony nasz equalizer musi je podbić i przy okazji podbija wszystko. I tu zaczyna się cały wielki rozdział dotyczący heroicznej walki z szumem towarzyszącym słuchaniu muzyki z kaset magnetofonowych. Jak zrealizować dwa sprzeczne cele: mieć wysokie tony i nie mieć szumów.

Tradycyjnie mamy do wyboru dwie drogi zapobiegać lub leczyć. Przyjrzyjmy się im po kolei. Wrócimy do analogii pisania ołówkiem na papierze...

Co zatem może poprawić skuteczność tego zapisu, to proste: albo lepszy ołówek albo lepszy papier, albo i jedno i drugie. Naszym papierem jest nośnik, czyli taśma w kasecie. W przypadku zapisu na szpuli taśma musi po prostu być. Przy zapisie 38cm/s nawet spore ubytki taśmy będą ledwie zauważalne. Grubość taśmy będzie kompromisem między jej trwałością, własnościami magnetycznymi i ilością taśmy jaka zmieści się na szpuli, a co za tym idzie przewidywanym czasem zapisu. Im cieńsza taśma tym gorzej z punktu widzenia zapisu. Lepszy papier czyli lepsza taśma.

I tu pojawił się przeznaczony dla magnetofonów kasetowych asortyment innych nośników CrO2 lub FeCr oraz pewnie wiele innych oznaczanych symbolami często marketingowo zastrzeżonymi dla ich producentów. Na razie sygnalizujemy temat i powrócimy do niego przy okazji poszukiwania sposobów poprawy jakości dźwięku w magnetofonach kasetowych.

No, a jak wygląda kwestia lepszego ołówka? Temat ten został w zasadzie rozstrzygnięty przy okazji magnetofonów szpulowych. Jak się bowiem okazuje przed głowicami służącymi do zapisu i do odczytu stoją sprzeczne wymagania. Z naszego punktu widzenia znaczy to tyle, że posługiwanie się dla zapisu i dla odczytu ta sama głowicą powoduje, że żaden z tych procesów nie przebiega w sposób optymalny. W magnetofonach szpulowych wykonanie mostka z głowicami mieszczącego trzy głowice: kasowanie, zapis i odczyt nie stanowi żadnego problemu. Gdyby chcieć postawić kolejne to też da się to zrealizować. W przypadku kasety nie jest to już takie proste. Zanim udało się osiągnąć pewien standard w postaci tzw. „głowicy podwójnej” zapis i odczyt w jednym korpusie, ale z oddzielnymi szczelinami, próbowano wielu dziwnych by nie powiedzieć egzotycznych rozwiązań, wykorzystując bardzo skromne pole manewru jakie daje front kasety magnetofonowej typu Compact. Nie mniej udało to się zrobić i można uznać regułę, że wysokie modele magnetofonów kasetowych są trzygłowicowe.

Co jeszcze można było zrobić? Źródłem szumów są poprzeczne drgania taśmy, bardzo im sprzyja ten kawałek filcu, który mieszka na stałe w kasecie i dociska taśmę do głowic. Proszę zwrócić uwagę, że w magnetofonach szpulowych (za wyjątkiem ZRK) tego elementu po prostu nie ma. Można sobie wyobrazić takie prowadzenie taśmy, gdzie analogicznie do przyzwoitego magnetofonu szpulowego taśma opina głowice na skutek odpowiedniego skonfigurowania toru prowadzenia taśmy i mechanizmu napędowego. W tym celu musi być element, który wprzódy zdemobilizuje szkodliwy filc, czyli go odsunie i coś, co wytworzy napięcie taśmy. To pierwsze da się uzyskać przez odpowiedni element na głowicy, a to drugie dzięki podwojeniu wałków napędowych z których jedna będzie stała przed, a druga za głowicą podwójną. Takie rozwiązanie znane jest jako dual capstan.

Pojawia się tu jeszcze jeden mały problem. W magnetofonach dual capstan może dojść do sytuacji, gdy taśma jest już przyciśnięta do wałków napędowych rolkami, ale jeszcze nie dotyka głowic. Wtedy dalszy ruch mostka z głowicami odbywa się kosztem nadwyrężania (naciągnięcia) taśmy. Występuje to tym mocniej im szybszy jest ruch mostka przy przechodzeniu do funkcji zapis/odczyt. Właściwie niezależnie od tego, czy sterowanie jest czysto mechaniczne czy oparte na elektromagnesie trudno jest ten ruch zoptymalizować. Spowolnienie ruchu mostka zapewnia postawienie dodatkowego silnika, który przez odpowiednią przekładnię spowoduje stosunkowo wolne jego przesuwanie, bez szkodliwego wpływu na rozciąganie taśmy. W przeciwieństwie do elektromagnesu, układem silnik + przekładnia można precyzyjnie sterować. Takie rozwiązania można było spotkać np. w magnetofonach kasetowych Nakamichi.

Kolejną metodą walki z szumem są kolejne generacje systemów redukcji szumów. Generalnie chodzi o to, aby tak zmodyfikować charakterystykę zapisu i odczytu, aby ograniczyć poziom szumów. Jest jeszcze jeden warunek: system musi zapewnić kompatybilność z magnetofonami pozbawionymi systemu redukcji szumów, czyli innymi słowy kaseta powinna się dać odtwarzać w akceptowalny sposób także na innym sprzęcie. Nie chce na tym etapie rozważać szczegółowo działania wszystkich systemów redukcji szumów, bowiem często różnice między nimi z punktu widzenia słuchacza są minimalne, a różne nazwy czasem mają swoje źródło w kwestiach ominięcia opłat patentowych. Mamy więc Dolby B, Dolby C, Hi-COM, DBX, ANRS, CNRS itd. W tani sposób można było też podnieść jakoś zapisu na kasecie przez wykorzystanie układów redukcji szumów skonstruowanych i stosowanych do odszumiania połączeń telefonicznych. Takie układy nazywano czasem pseudo - DBX-em.

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo niektórym z układów ograniczenia szumów.

System ograniczenia szumów Dolby

Najpopularniejszym systemem ograniczenia szumów mającym na celu zwiększenie możliwości kasety, jako nośnika zapisu, jest wynaleziony pod koniec lat 60-tych przez Raya Dolby system redukcji szumów Dolby B.

Dolby zastosował wcześniej profesjonalny układ redukcji szumów znany jako Dolby A, który był jednak zbyt kosztowny do masowego zastosowania w sprzęcie powszechnego użytku. Dolby B stanowił jego uproszczenie wykorzystujące tę samą zasadę działania. A jest ona następująca: działa na sygnał zarówno w czasie zapisu jak i odczytu dokonując jego „kodowania” i „dekodowania”.

Przy zapisie system wzmacnia sygnały wysokich tonów o niskim poziomie, nie ingerując w kwestie zapisu tonów niskich. Kiedy więc sygnał dźwiękowy dotrze do taśmy poziom najbardziej zagrożonych szumem dźwięków nagrany jest na poziomie dużo wyższym od poziomu szumów.

Podczas odtwarzania proces zostaje odwrócony. Sygnałom wysoko tonowym zostaje przywrócony ich „normalny” poziom, co oznacza, że szum taśmy także ulega obniżeniu. Standardowo dobrze działające Dolby B może obniżyć poziom szumów o 9-10dB, co oznacza praktycznie likwidację denerwującego szumu taśmy przez sprowadzenie go do poziomu praktycznie niesłyszalnego.

Dolby B na przykładzie magnetofonu ZRK M9010

Dolby B stało się w magnetofonach kasetowych standardem i zostało następnie zmodernizowane do standardu Dolby C. To z kolei wykorzystując tę samą zasadę koduje i dekoduje dźwięk dwukrotnie silniej, dając dwukrotnie większy efekt ograniczenia szumów, co zdecydowanie zwiększa możliwy do wykorzystania zakres dynamiki sygnału.

Dalszy rozwój

Po wprowadzeniu Dolby B, magnetofony kasetowe stały się na scenie Hi Fi poważnym graczem. Pomimo że wynalazek Philipsa narodził się w Europie, to tak naprawdę dopiero Japończycy podnieśli poziom techniki kasetowej na wysoki poziom. W latach 70-tych japońscy producenci wysunęli się do przodu na tyle, że podjęli próbę, aby efekty uzyskane przy pomocy magnetofonu kasetowego stały się porównywalne z tymi, które osiągały magnetofony szpulowe. Postęp w tej dziedzinie z biegiem czasu był szybki, a magnetofony kasetowe stawały się coraz lepsze i co ważne coraz tańsze. Przepaść dzieląca „kasetowce” od „szpulaków” stawała się coraz węższa i płytsza.

Należy wspomnieć, że prawdziwemu postępowi towarzyszyło pojawianie się także urządzeń, które po dokładnym zbadaniu ich działania okazały się jedynie gadżetami. Niektóre magnetofony kasetowe z założenia sprzęt prosty i wygodny stały się skomplikowanymi urządzeniami z duża ilością przełączników, wskaźników i lampek kontrolnych. To, co stanowiło atrakcję dla entuzjastów, dla użytkowników bez technicznego zacięcia, mimo zastosowania licznych ułatwień przekształciło się w koszmar.

Były to chociażby skomplikowane funkcje służące do sprawnego wyszukiwania początku kolejnego utworu. Zwykle sprowadza się to do wyszukiwania przerwy podczas przewijania taśmy, ale można tez spotkać układy podpierane mikroprocesorem służące do bardziej wyrafinowanych zadań w tej dziedzinie. Oczywiście jest to kwestia potrzeb i gustu konkretnego użytkownika. Mikroprocesorowej technice zawdzięczamy jedną bardzo pożyteczna i wygodna funkcję polegająca na tym, że magnetofon może sam rozpoznać taśmę i ustawić takie parametry zapisu, aby w pełni wykorzystać jej własności. Tego typu rozwiązanie było stosowne w szeregu japońskich magnetofonów.

Dla dalszych rozważań musimy na chwile zapomnieć o używanej wcześniej analogii z zapisem ołówkiem na papierze i jednak przyjrzeć się zapisowi magnetycznemu.

Jak działa zapis na taśmie?

Sygnał dźwiękowy jest zapisywany na taśmie jako ślad magnetyczny ciągnący się wzdłuż taśmy. Sama taśma to pasek tworzywa sztucznego pokrytego warstwą magnetyczną. Warstwa ta zawiera zwykle cząstki tlenku żelaza, ale lepsze taśmy mogą zawierać dwutlenek chromu, albo wręcz cząstki jakiegoś metalu lub stopu metali. Zapis odbywa się przez przesuwanie taśmy ze stała prędkością przed głowicą, która jest de facto elektromagnesem. Prąd płynący przez uzwojenie tego elektromagnesu wytwarza pole elektromagnetyczne w rdzeniu głowicy.

Rdzeń ukształtowany jest w taki sposób, że występuje w nim niewielka szczelina.

W tej szczelinie następuje koncentracja pola magnetycznego. To zjawisko magnesuje przesuwającą się taśmę. Sygnał dźwiękowy doprowadzony do głowicy powoduje zatem ciągłe zmiany pola, co oznacza różne namagnesowanie taśmy. Stopień namagnesowania jest więc analogowym zmagazynowaniem sygnału dźwiękowego na nośniku magnetycznym, jakim jest taśma.

Do odtworzenia dźwięku można wykorzystać tę sama głowicę. W tym wypadku jednak przesuwanie się namagnesowanej taśmy indukuje sygnał w uzwojeniu głowicy. Sygnał ten trzeba wzmocnić i zamienić z powrotem w dźwięk dobywający się z głośników lub słuchawek.

Przed głowicą zapisującą znajduje się głowica kasująca, która „ściera” wszystkie zapisane wcześniej sygnały. Może to zrealizować dzięki poddaniu taśmy silnemu zmiennemu polu magnetycznemu o częstotliwości zdecydowanie wyższej niż najwyższe częstotliwości pasma akustycznego zapisywane na taśmie. Zwykle jest to częstotliwość rzędu 80kHz. Skutkiem jest chaotyczne zorientowanie cząsteczek magnetycznych taśmy.

Większość magnetofonów kasetowych, poniżej klasy Hi Fi, ma dwie głowice, z których jedna służy do realizacji funkcji zapisu i odczytu, a druga oddzielna do kasowania. Lepszy rezultat uzyskuje się, jak to już było powiedziane wcześniej, przez zastosowanie oddzielnych głowic do zapisu i odczytu, co występuje w tzw. magnetofonach trzygłowicowych.

Prąd podkładu

Gdyby zapis na taśmie odbywał się wprost przez podanie sygnału dźwiękowego byłby bardzo silnie zniekształcony. Generalnie chodzi o to, że zależność między prądem na wejściu i amplitudą namagnesowania taśmy jest nieliniowa. Oznacza to, że wykres tej zależności nie jest linią prostą lecz ma kształt litery S. Aby poradzić sobie z ta nieliniowością zastosowano prąd podkładu nałożony na zapisywany sygnał. Zwykle jest to precyzyjnie dawkowany zmienny sygnał używany także do kasowania. To pozwala na podniesienie poziomu zapisywanego sygnału tak, aby znalazł się w zakresie liniowej zależności krzywej magnesowania w funkcji sygnału wejściowego.

Zjawisko ilustrują wykresy:

Po co potrzebny jest podkład ?

• Po lewej to, co stałoby się gdyby charakterystyka namagnesowania w funkcji sygnału wejściowego była liniowa.

Przypadek ten nie występuje w realu.

• W środku to, co ma miejsce bez prądu podkładu na skutek „zagięcia” charakterystyki.

Sygnał wyjściowy jest zniekształcony.

• Po prawej widać jak prąd podkładu o wysokiej częstotliwości przesuwa zapis do zakresu liniowości.

Prąd podkładu jako taki nie zapisuje się na taśmie

Tak więc zastosowanie prądu podkładu służy przeciwdziałaniu nieliniowościom charakterystyki magnesowania taśmy. Częstotliwość prądu podkładu leży wysoko ponad częstotliwościami słyszalnymi, pozostaje, zatem bez wpływu na odczyt.

Powyższy proces w zasadzie nie obchodzi użytkownika. Tłumaczy jednak różnice w dawkowaniu prądu podkładu w zależności od rodzaju wykorzystywanej taśmy w celu optymalnego wykorzystania jej własności. Dlatego wszystkie magnetofony (w zależności od okresu znalezienia się na rynku) mają dwu lub więcej położeniowy przełącznik wyboru prądu podkładu stosownie do rodzaju taśmy np. normal, chrome i metal.

Oczywiście w ramach tej samej grupy taśm prąd podkładu jest jakoś uśredniony, co może lepiej pasować do jednych taśm, a mniej do innych. Jeżeli prąd podkładu jest niewłaściwy to zazwyczaj słychać to w postaci wpływu na przenoszone pasmo — za mały prąd podkładu podnosi poziom wysokich tonów i czyni brzmienie „jaśniejszym”, za dużo podkładu przynosi efekt odwrotny, zanik wysokich tonów i dźwięk wyraźnie ”przytłumiony”.

Wpływ prądu podkładu na wysokie częstotliwości wg instrukcji do MDS 411.

Opisane zjawisko można wykorzystać i manipulować prądem podkładu. Cześć magnetofonów posiadała wyprowadzoną na panel przedni możliwość regulacji prądu podkładu. Ba!, był nawet jeden model Pioneera, gdzie obok dwu tradycyjnych wskaźników był trzeci pokazujący wielkość prądu podkładu.

Skoro to takie dobre i jednocześnie proste rozwiązanie, to można by postawić pytanie: dlaczego producent tego nie zoptymalizował? Pytanie jest niestety z gruntu nie na miejscu, bowiem owszem producent to zoptymalizował, a pokrętło regulacji służy psuciu tej optymalizacji. Celowe ograniczanie prądu podkładu powoduje podniesienie poziomu wysokich tonów przy jednoczesnym wzroście zniekształceń. To pierwsze daje poczucie subiektywnej poprawy, to drugie, mało prawdopodobne, że ktokolwiek usłyszy, choć z cała pewnością da się zmierzyć. Można spróbować wykorzystać zjawiska towarzyszące zmianie prądu podkładu i zautomatyzować je w celu ograniczenia szumów i generalnie podniesieniu jakości zapisu.

Korekcje

Termin korekcji (equalisation lub 'eq' jak to zwykle głosi napis przy przełączniku na płycie czołowej) oznacza generalnie korekcję odczytu. Dotyczy to dostosowania pasma przenoszenia we wzmacniaczu odczytu do przyjętego standardu, który przy właściwie dokonanym zapisie powinien zapewnić płaską charakterystykę przenoszenia magnetofonu.

Przełącznik korekcji jest zwykle oznaczony następująco '120us' (dla taśm zwykłych) i '70us' (dla taśm chromowych, pseudochromowych i metalowych). Złe ustawienie przełącznika korekcji uczyni dźwięk zbyt ostrym lub zbyt przytłumionym. I tak odtwarzanie taśmy zwykłej na korekcji 70us obetnie wysokie tony czyniąc dźwięk przymulonym.

W praktyce często jest tak, że obydwa nastawy prąd podkładu i korekcja są w jednym przełączniku opisanym, jako przełącznik wyboru taśmy (tape selector) wybierany przy odczycie mimo tego, że przełączanie prądu podkładu ma znaczenie tylko przy zapisie. Można wspomnieć o magnetofonach, które maja bardziej zawiłe regulacje, w tym objęte nadzorem mikroprocesora, ale są to nieliczne wyjątki.

Przykładowe charakterystyki wzmacniaczy zapisu i odczytu dla magnetofonu ZRK M 9010.

Dostosowanie taśmy do magnetofonu

Optymalne wykorzystanie konkretnej taśmy na konkretnym magnetofonie wymaga kilku regulacji. Używanie taśm o charakterystyce bardzo różniącej się od tej, do której magnetofon był wyregulowany, lub używanie magnetofonu słabo wyregulowanego fabrycznie zaowocuje niewystarczająca, jakością nagrań, będzie za mało lub za dużo wysokich tonów lub pojawią się słyszalne zniekształcenia.

W większości magnetofonów nie ma możliwości precyzyjnej regulacji podkładu lub korekcji wzmacniacz zapisu, dlatego najprostszą droga do uzyskania dobrych efektów jest po prostu dobranie taśm i ich ustawień droga prób i błędów, rozpoczynanych jednak zwykle od ustawień zarekomendowanych fabrycznie. Dlatego istotne przy przeglądaniu testów magnetofonów jest wnikliwe przyjrzeniem się rekomendacjom producenta, co do taśm, co z kolei da wskazówki, do jakich taśm strojony był, (jeśli był) dany magnetofon.

Dolby HX

W procesie nagrywania na taśmę potrzebny jest kompromis przy doborze prądu podkładu, który zapewni dobre parametry przy zapisie 315Hz i jednocześnie rozsądny zakres zapisu wysokich częstotliwości. Lepsze niskie częstotliwości da wyższy prąd podkładu, ale spowoduje ograniczenie zapisu wysokich i ułatwi przesterowania. Jeśli trzeba poprawić wysokie częstotliwości, to można to uzyskać ograniczając prąd podkładu, ale kosztem zwiększenia zniekształceń przy zapisie tonów niskich.

Ideałem byłoby zatem takie sterowanie prądem podkładu, które odpowiadałoby chwilowej strukturze częstotliwościowej sygnału. Pomysł nie był nowy, ale nigdy wcześniej jego realizacja nie zapewniła właściwych efektów. Sposób realizacji tego zadania zaproponował Kenneth Gundry z Dolby Laboratories. Jego system to Dolby HX, a skrót oznacza Headroom Extension. Sygnał sterujący DC pobierany jest z wyjścia Dolby B i wykorzystany, jako sterujący w obwodzie prądu podkładu. Dodatkowy układ obsługuje korekcje nagrywania. Przy bardzo słabych sygnałach Dolby HX pozwala na uzyskanie bardzo płaskiej charakterystyki przenoszenia dzięki wysokiemu prądowi podkładu, czyli silnemu przemagnesowaniu taśmy. To zapewnia “dziarski” dźwięk i utrudnia przypadkowe “podkasowanie”. Gdy zawartości wysokich częstości w sygnale rośnie, prąd podkładu spada do optymalnej wartości pozwalając na nagranie z mniejszą kompresją i zniekształceniami.

Zwłaszcza silne impulsy wysokich częstotliwości dają się utrwalić na taśmie dzięki ograniczeniu prądu podkładu, co ma to oczywiście wpływ także na niskie częstotliwości.

System Dolby HX został opatentowany, a Dolby Laboratories udziela licencji na jego stosowanie tylko w magnetofonach, które już mają Dolby B. Po raz pierwszy został zaprezentowany w czerwcu 1979 na Chicago CES Show.

Kilku producentów zakupiło licencję i pierwsze magnetofony pojawiły się już w roku 1980. Prawdę mówiąc to kasety pseudo-chromowe w HX potrafiły dać, jakość dźwięku taką, jak dobre kasety Metal bez HX. Być może największym atutem tego systemu było uzyskanie możliwości obniżenia prędkości zapisu na kasecie.

Dolby HX nie przyjęło się jednak w zakresie, który mógł być oczekiwany. Zadecydowały trzy powody:

• Trudno było przekonać potencjalnych klientów ponieważ, aby pokazać wszystkie atuty systemu od sprzedawców wymagane były pełniejsze kompetencje niż te które zwykle posiadali.
• Dobór odpowiedniej taśmy stawał się coraz bardziej niejasny. Z różnych względów wielu producentów nie chciało stosować się do ścisłych zaleceń, co do taśmy, a ci, którzy używali taśm słabo kompatybilnych z systemem po prostu nie widzieli efektu jego działania i najprościej w świecie byli nim zawiedzeni.
• System wymagał od producentów daleko lepszej kontroli jakości wykonanych regulacji magnetofonów wyposażonych w HX, podczas, gdy oni zazwyczaj i tak słabo sobie radzili ze standardową kontrolą jakości.

Dolby HX Professional

Drogą na skróty realizującą zasady Dolby HX okazał się obwód opatentowany przez Bang & Olufsen i wprowadzony w modelach 8002 i 9000. W tym rozwiązaniu działanie HX jest automatycznie sterowane przez sumaryczny prąd sygnału i podkładu przepływający przez uzwojenie głowicy. Dzięki temu różnica szczytowych wartości (peak-to-peak) zawsze pozostaje stała. W przeciwieństwie do Dolby HX, gdzie przewiduje się zachowanie taśmy, system HX Professional firmy B & O działa w sprzężeniu zwrotnym, co nie wymaga zmiennych korekcji podczas obróbki impulsów wysokich częstotliwości.

Wstępnie dobiera się prąd podkładu do rodzaju taśmy i system jest mniej wrażliwy na właściwości taśm. Uzyskiwany rezultat jest co najmniej równie dobry, jak w systemie HX. Ponadto system jest kompatybilny przy powielaniu kaset z większa prędkością zapisu, co we współpracy z Dolby ze znakomitym rezultatem wdrożył jeden z amerykańskich producentów nagranych kaset. System zapewniał też drastyczną poprawę jakości przy nagraniach z obniżona prędkością przesuwu taśmy.

Przy okazji prądu podkładu jest jeszcze jedno pole manewru, a mianowicie częstotliwość. Zwykle kwestie podkładu i kasowania obsługuje ten sam generator. W konstrukcjach wysokiego lotu są dwa oddzielne generatory o różnych częstotliwościach.

Dolby C

Oficjalna prezentacja nowego systemu redukcji szumów firmy Dolby nastąpiła w Listopadzie 1980. Dolby C zasadniczo zawiera po dwa obwody scalone Dolby B po stronie zapisu I odczytu, o tak zmodyfikowanych stałych czasowych, że ograniczenie szumów sięga poniżej 350 Hz. Dolby zawsze miało problem z przesterowaniem kaset, a więc po raz pierwszy zastosowano przycięcie wysokich tonów przed "zakodowaniem", i wzmocnieniem po "zdekodowaniu" podczas odtwarzania, czemu towarzyszyła znaczna zmiana w stałych czasowych korekcji. Te zmiany pozwoliły na całkowite, w porównaniu z Dolby B, wyeliminowanie szumów powyżej 15kHz i przyniosły radykalna poprawę w kwestii przesterowania taśm w zakresie wysokich częstotliwości. To wszystko zaowocowało praktycznym brakiem szumów i czystym dźwiękiem, nawet przy znacznych poziomach sygnału. Efekt "pompowania" jak i inne szkodliwe efekty zostały zminimalizowane do praktycznie niezauważalnego stopnia.

Wprowadzenie Dolby C wymogło na konstruktorach magnetofonów kasetowych ponowne przemyślenie zagadnienia ograniczenia szumów w ich konstrukcjach. Dolby C, podobnie jak Dolby HX zachęcało do zmniejszenia prędkości taśmy i wprowadzenia mikrokaset także do świata Hi Fi.

Wbrew pozorom kasety fabrycznie nagrane z użyciem Dolby C były lepiej „tolerowane” przez odtwarzacze bez systemu redukcji szumów, np. samochodowe, niż te nagrane z Dolby B. Zawdzięczamy to faktowi, że Dolby C sięga niższych częstotliwości.

Dolby C bardzo szybko stało się dominującym standardem także dzięki temu, że nie podnosiło znacząco kosztów produkcji magnetofonów kasetowych.

DNL

Jeśli nie powiodło się zapobieganie, to pozostaje jeszcze możliwość leczenia... Rozumiem przez to sytuację, gdzie mamy do czynienia z nagraną kasetą i chcemy ograniczyć poziom szumów towarzyszących zapisanemu dźwiękowi. Do tego celu mogą służyć systemy typu DNL, bramki szumowe lub po prostu filtry dolnoprzepustowe. Działaniu tych układów zwykle towarzyszą jakieś skutki ujemne, ich wykorzystanie jest więc kwestia subiektywnych odczuć słuchacza.

Inne próby poprawienia jakości zapisu

Prędkości zapisu

Oryginalny opis patentowy Philipsa odnośnie formatu Compact Cassette narzuca tylko jedną prędkość 4,8cm/s, ale w większości krajów wygasł on już dość dawno. Nie ma więc zasadniczo żadnego sposobu na wyegzekwowanie tego ograniczenia. Podobnie zresztą było z magnetofonami szpulowymi gdzie prędkość malała od standardowej niegdyś 19cm/s do 9,5, a później do 4,8cm/s, a nawet 2,4cm/s, w pewnym ograniczonym zakresie zastosowań.

Wracając do kaset, to działania poszły w obu kierunkach, firma BIC wprowadziła większą prędkość (9,5cm/s) w przeciwieństwie do Nakamichi, które postąpiło dokładnie odwrotnie.

Producenci magnetofonów zaczęli się przymierzać do maszyn o dwu, a nawet trzech prędkościach.

Rozwój technologii taśm.

Rozwój technologii taśm to oczywiście dalszy rozwój taśm typu “metal” oraz zastosowanie cienkiej warstwy dwutlenku chromu dla poprawy kontaktu taśma-głowica. Ma to z lekka negatywny wpływ na wysokie częstotliwości, ale generalnie poprawia trwałość taśm. Rozważano także stosowanie „kosmicznych” materiałów takich jak rod lub pierwiastki ziem rzadkich.

Prowadzono też badania nad koercyjnością pokrycia taśm. (Koercyjność - to natężenie pola magnetycznego potrzebne do rozmagnesowania do zera materiału ferromagnetycznego, po uprzednim jego nasyceniu.)

Inne formaty kaset

Elcaset

W zastosowaniach bardziej profesjonalnych próbowano wprowadzić standard Elcaset wykorzystujący inną kasetę zaopatrzona w szerszą 1/4 calową taśmę. Ten standard wprowadzony przez firmę Sony pozostał jednak egzotyką gatunku.

Kasety "Elcaset" w porównanu do kasety "Compact Cassette".

Trochę szkoda, bowiem nie mieliśmy w przypadku tego standardu tak dalekiej sprzeczności z prawami fizyki jak przy kasecie Compact.

Rozkład ścieżek na tasmie Elcaset i ich szerokości.

Kaseta Elcaset.

Przykładowe magnetofony Elcaset Sony (z czasów debiutu tej technologii).

Dane techniczne przykładowych magnetofonów Elcaset firmy Sony.

Wykorzystanie Elcaset jako magnetofonu reporterskiego wysokiej klasy

Wbrew pozorom Elcaset nie występował wyłącznie jako produkt Sony... Oto reklama Elcaset produkcji Technics na runek francuski pochodząca z roku 1978.

Dla pełnego obrazu należałoby wspomnieć jeszcze o istnieniu dwu standardów: Mikrokaset stosowanych głównie w dyktafonach i popularnego tylko w USA standardu 8-track.

Mikrokasety

Mikrokasety (system Microcassette) miały zasadniczo służyć w dyktafonach i automatycznych sekretarkach. Został opracowany przez firmę Olympus ok 1969r. Taśma w tym systemie była przesuwana z prędkością 2,4 oraz 1,2cm/s. Z uwagi na małe rozmiary magnetofony pracujące w tym systemie były także wbudowywane w przenośne komputery 8-mio bitowe (np. Epson HX-80). Pojawiły się również stereofoniczne magnetofony wyposażone w systemy redukcji szumów oraz "decki" wykorzystujące mikrokasety. Przy zastosowaniu Dolby C lub HX Professional uzyskano całkiem akceptowalne wyniki. System mikrokaset był bardzo popularny w urządzeniach przeznaczonych do rejestracji mowy i w niszowych zastosowaniach jest używany do dziś.

Kasety "Compact Cassette" (po lewej) i "Microcassette" (po prawej). Skala w cm.

Minikasety

Mini Compact Cassette (MC) to system opracowany przez firmę Philips w 1967r. Kaseta była zbliżona rozmiarami do kaset typu Microcasette. Taśma była przesuwana ze średnią prędkością ok. 2,4 cm/s. Napęd taśmy był realizowany wyłącznie przez rolkę nawijającą taśmę (bez kapstana). System był przeznaczony do urządzeń rejestrujących mowę. Urządzenia pracujące w tym systemie były produkowane co najmniej do połowy lat 80-tych. Jak donosi Wikipedia, w filmie "Elektryczna pomarańcza" pokazano deck klasy Hi-Fi pracujący w tym systemie. Kasety systemów Mikro-cassette i Mini-cassette nie były zamienne (trochę więcej o różnicach tu).

Picocassette

System opracowany w 1985r. przez firmy Dictaphone i JVC. Kasety były mniej więcej o połowę mniejsze niż w wypadku w/w miniaturowych systemów kaset. Taśma miała ok. 2 mm szerokości i przesuwała się z prędkością 0,9 cm/s. Na kasecie mieściło się 60 minut nagrania. System był przeznaczony w zasadzie wyłącznie dla miniaturowych dyktafonów.

System 8-track

Taśma w kasetach systemu 8-track była zapętlona. W kasecie znajdowała się tylko jedna "szpulka" z taśmą. Kasety 8-track można było przewijać tylko w jedną stronę - do przodu. Niewątpliwie utrudniało to wyszukiwanie określonego utworu. Jak wynika z nazwy systemu, na taśmie było fizycznie umieszczonych 8 ścieżek. Mogły być one zorganizowane w 8 ścieżek monofonicznych lub 4 stereofoniczne. Wariant stereofoniczny systemu można przyjąć za standardowy. Długość odtwarzania taśmy zwykle oscylowała w granicach 10-15 minut. Dzięki zapisowi wielościeżkowemu na kasecie można było zmieścić 4-ro lub 8-mio krotnie więcej muzyki. Ograniczenie ilości taśmy wynikało z faktu, że poszczególne zwoje taśmy przy odtwarzaniu lub przewijaniu ślizgały się po sobie. Taśma była odwijana ze środka "szpulki" i jednocześnie nawijana na zewnątrz. Zbyt duża ilość taśmy (jej zwojów) powodowała znaczne opory przy odtwarzaniu i przewijaniu taśmy. Mimo obiecujących parametrów nagrania ulegały dość szybkiej degradacji na skutek uszkodzeń nośnika w wyniku obcierania o siebie sąsiednich zwojów taśmy. System był szeroko rozpowszechniony w USA w latach 70-90, głównie w odtwarzaczach samochodowych. Na rynku były także dostępne stacjonarne magnetofony wykorzystujące ten system kaset.

Przykładowe stacjonarne magnetofony 8 track.

Dane techniczne przykładowych stacjonarnych magnetofonów 8 track.

Na rynku istniały również inne systemy audio wykorzystujące podobne kasety (ang. cartridge) z zapętloną taśmą. Przykładem może być NAB Broadcast Cartridge (występujący również pod nazwami NAB Standard Cartridge lub Fidelipac). System opracowano na początku lat 50-tych. Był stosowany przez rozgłośnie radiowe (domyślnie w Ameryce Północnej i ew. Europie Zachodniej). Na kasecie mieściło się zwykle tylko jedno nagranie, za to dość wysokiej jakości. Taśma przesuwała się typowo z prędkością 7,5 cala/s (19 cm/s). Zresztą w celu zwiększenia pojemności kasety opracowano co najmniej 4 jej warianty różniące się rozmiarem. Taśma oprócz ścieżek z dźwiękiem zawierała również dodatkową ścieżkę z informacjami kontrolnymi takimi jak znaczniki rozpoczęcia i zakończenia nagrania. Wg niektórych źródeł system Fidelipac był komercyjnie wykorzystywany prawie do końca lat 90-tych. Należy go uznać za bardzo niszowe rozwiązanie, które nigdy nie trafiło na rynek konsumencki. Osoby zainteresowane systemami kaset przeznaczonymi na rynek zastosowań profesjonalnych powinny zajrzeć tutaj.

Można też zwrócić uwagę, że kolejny z tego typu systemów przeznaczonych na rynek konsumencki, 4-track (występujący czasem pod nazwą Stereo-Pak), miał technicznie więcej wspólnego z systemem Fidelipac niż z 8-track.

Podobną zasadę pracy (zapętlenie taśmy w kasecie) wykorzystywały również systemy pamięci komputerowej. Najbardziej znanym z nich jest chyba "Microdrive" zaproponowany przez Sinclair Research dla komputerów typu ZX Spectrum i QL. W systemie Microdrive zastosowano wąską taśmę magnetyczną o szerokości 1,9mm i prędkości przesuwu 76cm/s(!). Taśmy te zawierały tylko jedną ścieżkę. Kasety wymagały sektorowania, tzn. musiały być formatowane przez użytkownika przed użyciem. Zasada ich pracy nie przypominała zasady pracy pamięci magnetofonowych. Raczej był to rodzaj pojedynczej ścieżki, jak na dysku elastycznym, ale nagranej nie na "foliowym krążku" (dyskietce) tylko na długiej zapętlonej taśmie. Niewątpliwie było to znacznie tańsze rozwiązanie i niewiele wolniejsze niż ówczesne stacje dysków w komputerach 8-mio bitowych (mówimy o pierwszej połowie lat 80-tych). Systemy tego typu były jednak obarczone trudnymi do usunięcia wadami (chyba główną było stopniowe rozciąganie się taśmy podczas eksploatacji). Ponieważ urządzenia te nie zapisywały sygnałów audio ich opis pozostawimy na inną okazję.

Ewolucja w konstrukcji mechanizmów

Wróćmy teraz do kwestii realizacji pomysłu, aby magnetofon kasetowy stał się elementem zestawu Hi Fi...

Jak już wspominałem, pierwsze magnetofony o takim przeznaczeniu były oparte o mechanizmy magnetofonów przenośnych. Oznacza to, że był to spory, dość płaski przedmiot, do którego kasetę wkładano od góry. Wcześniej z magnetofonami szpulowymi i później z magnetowidami VHS było podobnie. Wiąże się to z faktem, że pojęcie „wieży” wówczas jakby nie istniało. W wielu wypadkach podstawowym elementem zestawu był amplituner (receiver). Stopniowe przeksztalacanie się konstrukcji magnetofonu kasetowego widać ładnie na przykładzie produktów koncernu Matsushita.

Magnetofon oparty o konstrukcje magnetofonu przenośnego obudowanego dużą stacjonarną obudową-lepsza elektronika, lepsze głowice, stereofonia i poważny wygląd.

Magnetofon udaje front-load tyle że nazywa się front-controls :) i może stać na szczycie wieży.

Magnetofon front load ale jak widać kaseta leży skośnie co może wzbudzać podejrzenia, że mechanizm leży wciąż blisko magnetofonu przenośnego.

Najwyższy stopień ewolucji "skośnego" mechanizmu ale sterowanego elektrycznie.

Prawdziwy topowy model front-loaded bez kieszeni na kasetę w wydaniu Pioneer. Reklama na rynek amerykański.

Uzasadnieniem była mocno jeszcze tkwiąca tradycja posiadania radioodbiornika zwłaszcza w firmach o długiej tradycji w dziedzinie ich produkcji np. Tandberg (oferował jeden typ wzmacniacza i w ogóle nie miał w ofercie tunera). Zresztą w Polsce było podobnie. Łatwiej było o radio stereofoniczne niż o wzmacniacz...

Jakby się przyjrzeć dokładnie to te amplitunery budowa przypominały radia (werk w „meblowej” skrzynce). Rozdzielenie na wzmacniacz i tuner dopiero się zaczynało, a w Polsce ze względu na skromną ofertę programów stereofonicznych generalnie miało mało sensu. Dlatego też „wieża” składała się z jednego, no góra dwu elementów.

Obok tego na honorowym miejscu stał gramofon, a po drugiej stronie magnetofon szpulowy, kasetowy lub obydwa. To wszystko wymagało miejsca. Dlatego powoli magnetofon kasetowy musiał zmienić wygląd. W pierwszym ruchu można go było postawić pionowo, co nie stanowiło problemu jak w przypadku magnetofonu szpulowego... Pomocne było to, że sprzęt był zaprojektowany jako przenośny. W ten sposób powstała grupa magnetofonów stojących pionowo. W zasadzie były to magnetofony „leżące” tyle, że pracujące w pionie. Na bazie wyrobów niektórych firm można zobaczyć ewolucję mechanizmów od wykorzystania prymitywnego mechanizmu magnetofonu przenośnego do w pełni skonstruowanego na potrzeby standardowego wieżowego wyglądu mechanizmu wielo silnikowego.

Ponieważ na rynek magnetofonów kasetowych wkraczały firmy wyspecjalizowane w magnetofonach szpulowych, to pojawiła się tez grupa mechanizmów zrobionych zgodnie z regułami sztuki obowiązującymi wśród „szpulowców”. Najlepszym tego przykładem są magnetofony firmy Tandberg TCD 310 i TCD 330

Mechanizm transportu taśmy oparty o trzy silniki jak w rasowym szpulowcu.

Mostek z głowicami na razie z jedną głowicą uniwersalna zapis-odczyt.

TCD 310 na żywo i ze szczegółami:

Rozwinięcie TCD 310 czyli TCD 330 - magnetofon już w wersji trzygłowicowej.

Układ automatycznej regulacji ustawienia głowic w TCD 330.

Pewną ciekawostkę stanowi wczesny magnetofon firmy Yamaha. Otóż w czasach kiedy rodziły się magnetofony kasetowe Hi Fi Yamaha, producent m.in. instrumentów muzycznych, czy motocykli, postanowiła wejść na rynek audio. Ponieważ nie bardzo było wiadomo jak ma wyglądać magnetofon kasetowy jego wystrój zlecono styliście samochodowemu Belliniemu. Bellini zaprojektował dla Yamahy magnetofon kasetowy i słuchawki. Magnetofon stoi ukosem dzięki specjalnej podstawce, ale równie dobrze może być użytkowany w pozycji leżącej. Tak czy inaczej jest to chyba jedyna sytuacja gdzie specjalista od nadwozi samochodowych zrobił „nadwozie” do magnetofonu.

Kolejnym krokiem było wykonanie magnetofonu front czyli w układzie, który obowiązywał praktycznie do końca, choć warto zauważyć pojawienie się magnetofonów z leżącymi mechanizmami typu „szuflada”. Celem wprowadzenia szuflad było obniżenie konstrukcji, bowiem pojawił się trend obniżania wysokości wież (slim line). Myślę, że nie należy specjalnie podkreślać, iż nie miało to nic wspólnego z jakością dźwięku.

Istnienie magnetofonu kasetowego, a ściślej rzecz ujmując kasety magnetofonowej jako nośnika informacji pokryło się dość dokładnie w czasie z pojawieniem się pierwszych tanich mikrokomputerów ośmiobitowych. W zdecydowanej większości z nich programy można było utrwalać przy pomocy magnetofonu kasetowego. Mógł on być wyspecjalizowany do tego zadania (np. Commodore, Atari) lub najzwyklejszy w świecie (np. Sinclair). Nie oznacza to, że nie pokuszono się o próbę bardziej profesjonalnego wykorzystania magnetofonu kasetowego do gromadzenia analogowych wyników pomiarów lub przechowywania sygnałów cyfrowych. Przykładem takiego wykorzystania jest np. wersja flagowego modelu ZRK czyli magnetofonu Marcin jako magnetofonu pomiarowego. Drugim przykładem jest pamięć K1, w moim przekonaniu najbardziej eleganckiego konstrukcyjnie mechanizmu wykorzystującego kasetę typu compact. Warto nadmienić, że K1 nie był prostym rejestratorem danych jak magnetofony używane wraz z mikrokomputerami osobistymi, ale w pełni funkcjonalna pamięcią taśmową, tyle, że wykorzystująca do pracy kasety magnetofonowe zamiast szpul z taśmą. Stąd prawdopodobnie wzięła się całkowicie oryginalna konstrukcja mechaniczna tego urządzenia.

Magnetofony przenośne

Oczywiście cały czas istniały magnetofony przenośne, które w międzyczasie przyjęły formę radiomagnetofonu z wbudowanym mikrofonem, z czasem także stereofonicznego o monstrualnych czasem wymiarach. Wtedy też nastąpił dość gwałtowny zwrot w postaci pojawienia się Walkmana firmy Sony. Historia zatoczyła koło i magnetofon kasetowy został zminiaturyzowany do granic możliwości (były konstrukcje mniejsze od kasety) i pozbawiony możliwości nagrywania. Odsłuch umożliwiało wyjście na słuchawki. To bardzo przedłużyło życie magnetofonów kasetowych. Z czasem nazwa Walkman, oficjalnie zastrzeżona przez firmę Sony stała się synonimem odtwarzacza osobistego...

Byliśmy na granicy rewolucji cyfrowej w odtwarzaniu dźwięku, lada moment miała się pojawić płyta kompaktowa, zwiastowana już w końcówce lat siedemdziesiątych. Kiedy już się pojawiła ujawnił się cud marketingu: kaseta magnetofonowa wielokrotnie droższa w produkcji od płyty CD była w sprzedaży zdecydowanie tańsza...

Zanim jednak pojawiły się nowoczesne nośniki próbowano zapisu cyfrowego z wykorzystaniem... magnetowidów.

Początki nagrań cyfrowych

PCM

Powszechnie dostępne nagrania cyfrowe na taśmie mają początek gdzieś w roku 1981, gdy udostępniono przetwornik cyfrowy Sony PCM 100 pozwalający zapisywać dźwięk na profesjonalnym magnetowidzie Sony Betamax. Używano 14-bitowego kodowania, a wyniki były na poziomie zapisu analogowego z prędkością 76cm/s, bez znaczenia czy używano, czy nie systemu redukcji szumów.

W roku 1982 pokazały się dwie maszyny brytyjskie także oparte o magnetowidy. Okazały się konkurencyjne do najlepszych maszyn analogowych używanych studyjnie. Mimo sceptycyzmu tradycjonalistów, zgłaszane mankamenty okazały się niezauważalne przy normalnym słuchaniu muzyki... Większe zniekształcenia przy niskich poziomach sygnału okazały się leżeć w ogóle na granicy słyszalności. Zalety zaś okazały się być bezsporne.

Charakterystyka przenoszenia w zasadzie płaska od infradźwięków do 15kHz i w zakresie 1dB do 20kHz. Problem kołysania dźwięku przestał istnieć w ogóle, a zniekształcenia na wysokich częstotliwościach stanowiły 1% tego, co przy zapisie analogowym. Jedynym mankamentem (do czasu) była praktycznie niemożliwa edycja nagrań. Należy pamiętać, że technika cyfrowa postawiła wyższe wymagania odnośnie jakości sygnału wejściowego.

Początki cyfrowych nagrań są nierozerwalnie związane z magnetowidami jako nośnikami informacji. Fanatyk, który w latach 80-tych chciał korzystać z takich rozwiązań miał do wyboru system NTSC/VHS lub PAL/Betamax. Przetwornik Sony PCM F1 mógł pracować z każdym magnetowidem PAL, choć dla ideału lepiej, jeśli występowała możliwość odłączenia automatyki poziomu zapisu. W zastosowaniach profesjonalnych lepiej było zastosować także profesjonalny magnetowid np. standardu U-matic.

Czego oczekiwano na początku lat 80-tych?

Pojawienia się magnetowidów z przełącznikiem zapis obrazu/zapis audio PCM, co uczyniłoby te maszyny potencjalnie tańszymi. Przewidywano też konflikty rodzinne przy ich użytkowaniu: muzyka czy telewizja.

Jak wiadomo nagrywanie dźwięku na magnetowidach stało się w pewnym momencie dostępne, ale historia potoczyła się w zgoła innym kierunku...

Z biegiem czasu do zastosowań profesjonalnych pojawił się standard DAT, ten jednak używał także kasety własnego formatu, innej niż standardowa kaseta Compact.

Zapis cyfrowy na kasecie Compact

Kaseta magnetofonowa próbowała swoich sił także jako cyfrowy nośnik muzyki. Wynalazca kasety typu Compact – firma Philips stworzyła magnetofon DCC (Digital Compact Cassette) pozwalający na zapis cyfrowy, ale także, co istotne odtwarzający stare zwykłe, analogowe kasety.

Zastosowanie kasety z taśmą, jako pamięci masowej do komputera pojawiło się jeszcze w formie streamerów służących do archiwizacji danych, które na rynku "profesjonalnym" nadal są relatywnie popularnym rozwiązaniem. Wynika to z docenienia dużej trwałości taśm i nagrań. Zainteresowani tą technologia bez trudu znajdą w sieci stosowne informacje.

Magnetofon Szpulowy vs Magnetofon kasetowy

W chwili, gdy magnetofony kasetowe dopiero przeżywały swój rozkwit szpulowce były na rynku od ponad 30 lat. Przez pierwszą dekadę zapisywały pełnym śladem, dopiero potem pojawiły się dwie, a potem w roku circa 1960 cztery ścieżki zapisu. Pierwszeństwo we wprowadzeniu zapisu czterościeżkowego przypisuje się Tandbergowi, a wkrótce po nim wprowadziły to także inne firmy. Później stało się to standardem dla tańszych magnetofonów szpulowych. Możliwość nagrywania dwóch śladów pozostawiono jako dostępną opcjonalnie tylko w droższych magnetofonach. Pierwsze magnetofony wykorzystywały prędkość 19cm/s, choć istniały rzadsze na rynku magnetofony posiadające prędkości 9,5 cm/s, a w latach 50-tych wykorzystywano także prędkość 38cm/s. Z biegiem lat taśma przesuwała się coraz wolniej, by dojść do 2,4 cm/s w niektórych magnetofonach reporterskich. Wiele magnetofonów miało możliwość przełączania dwóch, a czasem i trzech prędkości przesuwu taśmy.

Magnetofony szpulowe maja takie same podzespoły jak kasetowe, choć np. czułość wzmacniaczy mikrofonowych jest zwykle wyższa. W miarę pojawiania się oferty magnetofonów kasetowych szpulowce, zwłaszcza tańsze, zaczęły znikać z rynku. Magnetofony szpulowe wysokiej klasy mają swoje miejsce na rynku praktycznie do dziś. Trudno powiedzieć czy moda na nie, nie powróci podobnie jak odżywa moda na czarne płyty. Obserwując sytuacje na rynku internetowym można postawić takie przypuszczenie.

Ponieważ z biegiem lat malała prędkość zapisu to oczywiście pojemność taśm zaczęła proporcjonalnie rosnąć. W efekcie w magnetofonach zaczęto stosować coraz to mniejsze szpule. Ponieważ tanie magnetofony szpulowe zapisujące z niską prędkością nie zapewniały lepszej jakości, a przy małych szpulach, także czasu zapisu od dostępnych za podobne pieniądze magnetofonów kasetowych, to przepaść jaka je kiedyś dzieliła w dziedzinie „pojemności” nośników zaczęła znikać.

Ostatnie produkowane magnetofony szpulowe dostosowane były do szpul co najmniej 18cm, a większość z nich do szpul 27cm o standardzie NAB lub Cine, co pozwalało na ciągłe odtwarzanie muzyki przez nawet 3 godziny przy prędkości przesuwu 9,5cm/s lub oczywiście połowę tego czasu przy 19cm/s. Dla porównania kaseta C 120 pozwalała jedynie na zapisanie godziny programu na dodatek przy słabszej jakości dźwięku i słabej mechanicznej trwałości kasety. To spowodowało, że standardem stała się trwalsza mechanicznie kaseta C90.

Stawiało to potencjalnego użytkownika przed wyborem miedzy dość tanim magnetofonem kasetowym i magnetofonem szpulowym jeśli jego wymagania co do jakości zapisu i trwałości nośnika były wyższe. Jeśli ktoś stawiał na łatwość obsługi i niekoniecznie chciał słuchać utworów dłuższych niż 45 minut, to magnetofon kasetowy nie miał dla niego mankamentów.

Zalety i wady kaset

Kaseta, jako taka jest wygodna w transporcie i przechowywaniu. Natomiast sama taśma wewnątrz kasety jest dość delikatna. Powstało nawet przysłowie, które mówi, że: „Słuchając kasety nigdy nie wiemy, czy nie słuchamy jej po raz ostatni”, bowiem taśma może ulec uszkodzeniu nawet przy odtwarzaniu w przyzwoicie wykonanym mechanizmie.

Fala dźwiękowa np. o częstości 16kHz zajmuje na taśmie 3 mikrometry, czyli mniej niż ludzki włos. Nawet mimo tego, że cząstki emulsji magnetycznej są bardzo drobne to, aby odtworzyć taki zapis ledwie kilka z nich musi przesunąć się po czole głowicy. Ponadto szerokość śladu jest niewielka, ponieważ na taśmie o szerokości 1/8 cala (3,6mm) trzeba zmieścić 4 ślady. Dlatego odstęp od szumów jest słaby i tylko dzięki zastosowaniu (co najmniej) Dolby B można było z takim zapisem nawiązać do Hi Fi.

W przyzwoitej „kasetówce” można nawiązać z jakością do tego, co uzyskuje się ze szpuli przy zapisie dwuścieżkowym z prędkością 9,5 cm/s lub czterościeżkowym z prędkością 19cm/s, choć trzeba przyznać, że zapis na kasecie będzie miał dużo większe zniekształcenia i będzie bardzo wrażliwy na prawidłowy poziom zapisu. Przy zapisie na szpuli nawet lekkie przesterowanie nie będzie tak przykre dla ucha jak w przypadku kasety, dlatego w magnetofonie kasetowym tak istotne są dobre wskaźniki poziomu nagrania.

Ponieważ w kasecie taśma przesuwa się wolno, to jakiekolwiek przeszkody lub nierównomierności w jej biegu słychach natychmiast i to na dodatek bardzo wyraźnie. To powoduje, że wahania prędkości (wow and flutter) stają się bardzo irytujące. Aby to ocenić wystarczy posłuchać muzyki fortepianowej, która obnaża bezwzględnie tę słabość napędu. W przyzwoitych magnetofonach szpulowych tego problemu w zasadzie nie ma.

Należy też poważnie brać pod uwagę fakt zużywania się magnetofonu z czasem eksploatacji, co może mieć znaczny wpływ na jakość odtwarzania. Przede wszystkim w grę wchodzi zużywanie głowic, które są dość delikatnej budowy Oczywiście istnieją głowice o dużej trwałości stosowane w droższych magnetofonach. Większość tanich magnetofonów ma głowice z materiałów relatywnie nie trwałych. Zdarza się więc, że tanie magnetofony cierpią na ubytek wysokich tonów z tego właśnie powodu, a wymiana głowic nie jest ani prosta ani tania. Metalowe części w pierwszej fazie użytkowania docierają się, co może nawet poprawić kołysanie i nierównomierność prędkości (wow and flutter), ale po kilkuset godzinach użytkowania może już być tylko gorzej.

Kasety, jako takie, są wrażliwe na rozmagnesowanie i generalnie “zakłócenia” istniejącego zapisu, tak więc nawet świetnie nagrana kaseta będzie z czasem wykazywała coraz gorszą jakość nawet, jeśli była odtwarzana tylko na sprzęcie najwyższej klasy. Jeśli więc już decydujemy się na kasety jako podstawę archiwum muzyki, to lepiej mieć je na oku i lepiej ich nie pożyczać. Nie ma bowiem większych wrogów kaset od marnych mechanizmów tanich magnetofonów lub mocno zużytych mechanizmów nawet topowych modeli.

Pewien problem stanowi też kompatybilność kasety nagranej na jednym magnetofonie, przy odtwarzaniu jej na innym. Położenie ścieżek z nagraniem podyktowane jest ułożeniem taśmy w stosunku do głowic. Oryginalne wytyczne standardu w/g Philipsa były w tym zakresie zbyt mało precyzyjne, a wobec wysokich oczekiwań w stosunku do jakości nagrań słabo akceptowalne. Uściślenie tych wymagań przez jednego producenta i nieskoordynowane z innymi wpływa negatywnie na kompatybilność nagranych kaset. Zwykle objawia się to nierównomiernością poziomów w lewym i prawym kanale nagrania. Jeśli dodatkowo używa się Dolby to jego działanie też jest wskutek tego zakłócone i powoduje zwiększenie negatywnych efektów. Jak zatem widać kompatybilność jest w przypadku kaset mocno problematyczna. Problem ten dotyczy rzecz jasna także kaset nagrywanych fabrycznie. Należy się poważnie liczyć z tym, że w przypadku wytwórni A na jednym magnetofonie ich kasety mogą brzmieć świetnie, a na drugim już nie bardzo, zaś w przypadku producenta B może być dokładnie odwrotnie. To oznacza, że tylko odtwarzanie kaset na tych maszynach, na których zostały nagrane gwarantuje dobry skutek, a jak będzie na innych, no cóż trzeba to ustalić doświadczalnie.

Wady i zalety magnetofonów szpulowych

Magnetofony szpulowe są większe i przez to słabo ustawne. Większość z nich można stawiać pionowo, choć trzeba przyznać, że ułożenie poziome jest wygodniejsze do pracy z taśmą.

Połączenie ze wzmacniaczem jest identyczne jak w magnetofonie kasetowym, a ewentualne problemy DIN vs RCA mogą występować i tu i tu.

Duże szpule, zwłaszcza w standardzie NAB, mieszczą więcej muzyki, ale przeciętny koszt jej przechowania "za minutę" jest zwykle dwukrotnie wyższy niż na kasecie. Nawet jeśli używamy tylko prędkości 9,5cm/s i czterościeżkowego magnetofonu, a porównujemy koszt z przeciętna kasetą. W księgach mądrości można było spotkać takie porównanie: nagranie symfonii Mahlera z radia na kasetę będzie kosztowało określoną kwotę i będzie wymagało jej szybkiego przewrócenia na drugą stronę. Nagranie tej samej symfonii na szpuli z prędkością 19cm/s dwuścieżkowo przy użyciu taśmy LP w standardzie szpuli NAB będzie kosztowało 10 razy więcej.

Taśma na szpuli pozwala na łatwa edycje nagrań.

Zakres dynamiki na szpuli można uzyskać na kasecie wykorzystując Dolby B, co nie przeszkadza niektórym producentom magnetofonów szpulowych także na zastosowanie Dolby B. Tak czy inaczej magnetofony szpulowe cierpią na szumy w zakresie tonów średnich, których Dolby B nie usuwa. Nie można jednak zaprzeczyć faktowi, że nagranie czterościeżkowe na szpuli z Dolby B będzie zdecydowanie lepsze od dowolnej kasety natomiast dwuścieżkowe nagranie 19cm/s zwłaszcza z Dolby B zaspokoi wszystkie wymagania „superb Hi Fi”.

Zniekształcenia w zakresie wysokich częstotliwości są na taśmie szpulowej dużo mniejsze niż na kasecie, no może za wyjątkiem kaset metalowych, co jednak wiązało się z wysokimi kosztami. Taśmy szpulowe dają się też kopiować przy jakości daleko lepszej niż kasety. Jeśli ktoś ma dwa dobrze wyregulowane magnetofony szpulowe, to nie ma żadnych przeszkód ani różnic w kompatybilności taśm, a efekt odtwarzania będzie identyczny. Można też roboczo nagrywać dwuścieżkowo, a edytować nagranie na drugi magnetofon czterościeżkowy z jakością nieosiągalną dla analogicznego procesu na kasetach. Poziom zniekształceń uzyskiwany na taśmie jest dla kaset w zasadzie poza zasięgiem.

Epilog

Jak zakończyła się konkurencja pomiędzy kasetą, a szpulą taśmy na rynku sprzętu powszechnego użytku wiemy doskonale. Mnie osobiście udało się doświadczyć porównania brzmienia Nakamichi 1000 i Revoxa A77 i ku mojemu zdziwieniu nie udało mi się doszukać różnic...

Gdybym miał wskazać, które magnetofony stanowiły szczyt tej techniki utrwalania dźwięku to bez wątpienia wskazałbym produkty Nakamichi z pierwszej serii czyli modele stacjonarne:

• Nakamichi 1000 (opis):

• [Nakamichi 700 (opis):

• i przenośny model reporterski Nakamichi 550 (opis):

Późniejsze topowe modele, jak to się zwykle dzieje z biegiem czasu, były lepsze od wymienionych, ale to nie przeszkadza mi w subiektywnym uznaniu modeli 700 i 1000 za szczytowe osiągnięcie w dziedzinie magnetofonów kasetowych. Zwykle bowiem jest tak, że określona technologia po osiągnięciu szczytu wchodzi w okres "będzie tylko trochę gorzej, ale za to dużo taniej...".

Obserwacje cen jakie te magnetofony obecnie osiągają pozwala mi na wyciągniecie wniosku, że w moim subiektywnym uznaniu dla Nakamichi nie jestem odosobniony. Użytkowałem trzy późniejsze magnetofony Nakamichi i byłem z nich zadowolony.

Żyjąc obok kasety magnetofonowej obserwowaliśmy ogromne ilości inwencji, myśli technicznej i wiedzy wykorzystane do konstrukcji tych urządzeń. Wiele z nich nadal utrzymuje się w wysokich cenach, co świadczy o wielkim sentymencie, ale i uznaniu dla tej techniki zapisywania dźwięku. W XXI wieku obserwujemy powrót do gramofonu analogowego. Trudno prorokować jak będzie z kasetami... Osobiście sądzę, że najpierw odrodzą się magnetofony szpulowe, o czym może świadczyć rosnąca podaż zacnych magnetofonów oraz ich rosnące ceny.

doc. dr inż. Maciej Tułodziecki

Powrót do "Magnetofonów"

Powrót do "Strony głównej"

Powrót do "Wydania 2014"