Lydbåndteknik 1  -  Båndet

 Af Oluf Engelstoft

Denne artikel omtaler for det meste kun professionelle forhold, sådan som de optræder inden for Radiofoni og dermed beslægtet virksomhed.

Indledning. I slutningen af 1800-tallet var der flere tilløb til at udnytte magnetisme til brug i et lydregistreringssystem (bl.a. Paul Janet (1887) og Oberlin Smith), men det var Valdemar Poulsen, der i 1898/99 som den første beskrev og demonstrerede et anvendeligt apparat, Telegrafonen, hvor indspilningen skete på en magnetiserbar ståltråd eller et -stålbånd (3 mm bredt, 50µm tykt) med hastigheder af størrelsesorden 1 meter pr. sekund.

Poulsens opfindelse var på en vis måde forud for sin tid, idet den praktiske anvendelse stærkt hæmmedes af manglen på egnet forstærkerudstyr til forstærkning af de svage signaler fra tråden/båndet.

Valdemar Poulsen indførte nogle år senere jævnstrøms formagnetisering (DC-Bias) ved indspilning (US patent fra 1907), hvilket gav en væsentlig forbedring af gengivelsen, som blev klarere og kraftigere.

Kurt Stille og Blattner forbedrede omkring 1930 Telegrafonen med forstærkere forsynet med radiorør og gik over til kun at anvende stålbånd. Det engelske Marconi Selskab færdiggjorde udviklingen ca. 1932 til anvendelse i BBC og skabte herved hvad man med rette kan kalde Verdens første (stål) båndoptager til radiofonibrug. Båndet var3 mm bredt og 50µm tykt og kørte med hastigheden 1½ m. pr. sekund. En halv times optagelse var 2,7 km lang og vejede ca. 3¼ kg!

Firmaet Lorenz i Tyskland konstruerede en "Stahltonmaschine", som fra 1935 var i brug hos de tyske radiofonier og militæret, hovedsagelig til reportagebrug.

Sammesteds (Tyskland) havde Pfleumer i 1927 med held eksperimenteret med magnetbånd fremstillet af papir eller plast forsynet med et tyndt lag pulverformet magnetiserbart materiale  (opslæmmet i et bindemiddel).

AEG fortsatte Pfleumers arbejde, således at BASF (IG-Farben) udviklede lydbåndet med kunststoffer (plast) som basismateriale (6,5 mm bredt, 50µm tykt) og AEG konstruerede apparatet (med Schüllers ringformede magnethoveder) til at håndtere båndet. Resultatet af de fælles anstrengelser fremvistes på Radioudstillingen i Berlin 1935 som AEG Magnetophonen.

I lighed med stålbåndoptageren fra Marconi var også AEGs Magnetophon med kunststofbånd fra begyndelsen forsynet med jævnstrømsformagnetisering (DC-Bias) og havde  dermed de deraf følgende begrænsninger m.h.t. støj og forvrængning. Disse ulemper fjernedes ved 2. Verdenskrigs begyndelse med genopdagelsen af fordelene ved højfrekvent formagnetisering (HF-Bias). Patentet desangående er fra 27. juli 1940 og tilhører H. v. Braunmühl og W. Weber (Reichs Rundfunk). Statsradiofonien erfarede hurtigt om dette via von Braunmühl og ombyggede snart deres eksemplarer af AEGs Magnetophon til HF-Bias. Jeg husker selv tydeligt - vel omkring 1942 - at ing. H.C. Jørgensen fortalte herom i børneudsendelsen "Ugerevy for Piger og Drenge" (Ralf Buch). Der var intet "hemmeligt" ved sagen, og at Carlson og Carpenters oprindelige opdagelse (fra august 1927 af fordelene ved HF-Bias, US Patent nr. 1640881) gik i glemmebogen andetsteds, kan kun beklages.

1. Princippet for magnetisk lydregistrering. Under indspilningen ændres den magnetiske tilstand hen langs det magnetiske registreringsmateriale (båndet, tråden o.s.v.) i overensstemmelse med det elektriske indspilningssignal. Ved afspilningen frembringer materialets magnetiske ændringer atter det oprindelige elektriske signal. Omsætningen mellem elektricitet og magnetisme sker i tonehovederne, der under ind- og afspilningen er i konstant relativ bevægelse i forhold til registreringsmaterialet.

Der benyttes hovedsagelig båndformede registreringsmaterialer. Tråd- og pladeformede materialer forekom især tidligere.

2. Lydbåndets opbygning. Båndet er lagdelt, idet basislaget (der giver båndet dets mekaniske styrke) på den ene side er påført et magnetisk oxydlag (hvor indspilningen finder sted) og på den anden kan være forsynet med et lag til forbedring af båndets spole- og antistatiske egenskaber. Oxydlaget består undertiden selv af to lag (opbygget med forskellige slags oxydpartikler).

Båndene inddeles efter deres tykkelse i NP- (normal play eller "standardbånd"), LP- (long play), DP- (double play), TP- (triple play), QP- (quadrouble play) SP- (sextible play) bånd o.s.v.

NP- båndets totale tykkelse er ca. 50 µm (50/1000 mm). Heraf er de ca. 13 µm oxydlag og resten basis- og evt. ruhedslag. Ruhedslagets tykkelse er ca. 5 µm.

LP- båndet anvender samme oxydlagstykkelse som NP - båndet, hvorimod basislagets tykkelse - og dermed den mekaniske styrke - er væsentlig formindsket.

Oxydlagene i de øvrige båndtyper:  DP-, TP-, QP-, SP- bånd o.s.v. - er ligesom basislagene væsentlig tyndere end tilfældet er ved NP- og LP- bånd. og kun beregnet til anvendelse ved lave båndhastigheder. F.eks. er deres mekaniske styrke ret ringe.

Kompaktkassetter anvender TP- bånd i C 60 kassetterne, OP- bånd i C 90 og SP- bånd (d.v.s. bånd 6 gange tyndere end standardbåndet) i C 120 kassetterne.

Den følgende tabel viser basis- og oxydlagstykkelserne i µm for de nævnte båndtyper.

Båndtype        NP                LP                 DP                TP                 QP                SP
Basislag ca.      38                 25                 15                 12                  9                   6
Oxydlag ca.     13                 13                  11                  6                  4                   3
I alt ca.           51                38                  26                 18                 13                  9

Det vigtigste basismateriale er mylar (polyester). Tidligere anvendtes papir, cellulosetriacetat ("acetat") og PVC (polyvinylklorid).

3. Oxydlagets opbygning. Oxydlaget består af et uhyre antal magnetiske småpartikler, jævnt fordelt i et umagnetisk bindemiddel afpasset efter basislaget for at få god vedhæftning til dette. Magnetpartiklerne (oxydpartiklerne) udgør ca. ⅓ af oxydlagets rumfang og godt ⅔ af dets vægt. Partiklerne har nåleform ("cigarform") og er ca. 0,1-1 µm på den lange og 1 - 1/10 heraf på den korte led. Tidligere anvendtes desuden terningformede oxydpartikler. I et ¼" standardbånd (NP- bånd) er der ca. 25 millioner magnetiske småpartikler ad gangen ud for spalten i et (helspors) tonehovede.

Magnetpartiklerne fremstilles enten af forskellige jernoxyder (Fe2O3 i γ-fase og Fe3O4 (eller blandinger heraf) evt. med ringe tilsætning af andre metaller, f.eks. nikkel og kobolt) eller af kromdioxyd CrO2, der er ejendommelig derved, at hverken krom eller ilt for sig er (ferro-) magnetiske.

Der anvendes også undertiden blandede oxydlag, hvor et lag af almindelige jernoxyder overtrækkes med et få µm tykt lag kromdioxyd.. Endvidere findes rent metalliske "oxydlag", hvor tynde metallag pådampes basislaget i vakuum.

Oxydpartiklerne er magnetiske elementarområder, hvor hver enkelt partikel opfører sig som en lille stangmagnet med en nordpol i den ene ende og en sydpol i den anden - eller omvendt. Polerne bytter plads, når en partikel påvirkes med et passende rettet magnetfelt af mindst en ganske bestemt styrke (afhængig af partiklens koercitivkraft). Partiklen selv rører sig ikke - fastgjort som den jo er til bindemidlet.

Magnetpartiklerne bliver under båndets fremstilling orienteret (drejet ind) i dets længderetning, idet båndet med det endnu flydende oxydlag passerer et udstrakt magnetfelt ("magnetisk tæppe"), som drejer dem den rigtige vej, inden opløsningsmidlet fordamper fra laget og derved giver dette fast form.

Orienteringen i båndets længderetning er hensigtsmæssig af hensyn til retningen af det benyttede magnetiske indspilningsfelt. Videobånd til AMPEX- maskiner med 2" brede bånd orienteres dog på tværs, fordi billedinformationen indspilles i denne retning. Videomaskiner med helical skandering ("skruelinie skandering") benytter dog længdeorienterede bånd, fordi videoindspilnigen kun danner vinklen 4° (evt. ca. 20°) med båndets længderetning.

Oxydpartiklernes magnetiske ledningsevne (relative permeabilitet) er ca. 20, og oxydlagets som helhed kun ca. 1,5 - 3. Eftersom vakuums relative permeabilitet er 1, minder oxydlaget magnetisk set mere om det tomme rum end om det indre af et stålbånd med en relativ permeabilitet på f.eks. 5000. De magnetiske forhold i oxydlaget er derfor ret ideelle, og afmagnetiseringsfænomener o.l. (som er velkendte fra stålbånd i form af diskanttab) spiller kun en ganske underordnet rolle ved bånd med oxydlag.

Magnetpartiklerne ligger som nævnt fast i bindemidlet i det færdige bånds oxydlag og virker hver især som en lille magnet. At laget kan opføre sig mere eller mindre magnetisk udadtil skyldes udelukkende, at partiklernes polretninger (fordelingen af nord- og sydpoler i båndets længderetning) veksler fra område til område hen langs båndet. Er polfordelingen i et givet område (af størrelse som laget ud for tonehovedets spalte) tilfældig (d.v.s. lige mange nordpoler vender hver sin vej), så virker området udadtil magnetisk neutralt. Er der derimod en overvægt af poler vendende den ene eller anden vej i området, virker dette udadtil som en nord- eller sydpol, hvis styrke afhænger af overvægtens størrelse. Den maksimale styrke fås, når alle områdets magnetpartikler har poler, der vender samme vej. Ved magnetisk lydregistrering er dog højst mellem en tredjedel og halvdelen af polerne ensvendte, idet den ulineære forvrængning ellers bliver for stor.

Ændring af magnetiseringen hen langs båndet ved ændring af polfordelingen blandt oxydlagets småmagneter (magnetiske elementarområder). Næste artikel i seien om lydbåndteknik:

Næste artikel i serien om lydbåndteknik: Lydbåndteknik