Оптические и магнитооптические рекордеры

Оптическая запись информации осуществляется сфокусированном оптическим пучком, изменяющим состояние носителя в соответствии с сигналами записываемой информации. Магнитооптическая запись - это вид оптической записи, при которой одновременное воздействие опти­ческого пучка и магнитного поля на носитель приводит к изменению магнитного состояния носителя. Общим для оптической и магнитооптической записи является применение сфокусированного оптического пучка, источником которого всегда является лазер. По этой причине чисто оптическую систему записи называют лазерной, и это вполне оп­равдано, поскольку без лазерного излучения реализовать оптическую или магнитооптическую запись невозможно. Только благодаря особым свойствам лазерного излучения можно реализовать процессы записи и воспроизведения. Особенности лазерного излучения следующие: мо­нохроматичность, т.е. излучение одной длины волны; параллельность пучка, когерентность, т.е. синфазность лучей, составляющих пучок; по­ляризация, т.е. сохранение неизменными в пространстве направлений электрического и магнитного полей электромагнитной волны. Монохро­матичность и параллельность пучка позволяют сфокусировать пучок в пятно, диаметром менее 1 мкм. Когерентность и поляризация лазерно­го луча необходимы для воспроизведения информации.

Оптические проигрыватели и рекордеры

Проигрыватели компакт-дисков имеют большое значение для радио­вещания, поскольку являются источником музыкальных программ вы­сокого качества. Компакт-диски бывают двух типов - с постоянной сигналограммой CD и однократной записи CD-R. Оба эти диска - носители оптической записи, только первые производятся на специальном обо­рудовании в заводских условиях, а на втором можно один раз сделать запись на рекордере компакт-дисков.

Компакт-диск имеет диаметр 120 мм, толщину 1,2 мм, изготавлива­ется из прозрачной пластмассы. Сигналограмма на CD представляет собой чередование различной длины углублений (так называемых питов), расположенных по спиральной дорожке с шагом 1,6 мкм. Глубина питов около 0,1 мкм, и они покрыты отражающим слоем алюминия. В |режиме воспроизведения пучок лазера фокусируется на питы. Глубина питов выбирается равной четверти длины волны лазерного излучения. Из-за этого при отражении лазерного пучка от углублений и основы про­исходит интерференционное уменьшение интенсивности луча, т.е. питы модулируют интенсивность отраженного луча в соответствии с записан­ным сигналом. Лазерный пучок фокусируется на рабочий слой со сто­роны толстой основы. Это делается для того, чтобы повысить защищен­ность компакт-диска от влияния пыли и царапин.

Компакт-диск обеспечивает очень высокие качественные параметры: полоса воспроизводимых частот 5 Гц - 20 кГц при неравномерности 1енее ±0,5 дБ, отношение сигнал/шум более 96 дБ, динамический диа-1азон более 90 дБ, разделение каналов более 90 дБ, нелинейные иска­жения менее 0,01 %, коэффициент детонации ниже точности измере­ний. То, что для компакт-диска отношение сигнал/шум больше динами-" некого диапазона -типично для цифровых систем записи. Связано это:С тем, что при уменьшении уровня сигнала увеличиваются гармоничес­кие искажения.

Проигрыватель компакт-дисков - это устройство с произвольным доступом к любому фрагменту. Время доступа к выбранной программе [висит от местоположения выбранной программы. Вводится понятие короткого времени доступа, т.е. времени, необходимого для перехода 1ежду соседними фрагментами, и длинного времени доступа - времени, необходимого для перехода с первого фрагмента на последний.

Компакт-диск обеспечивает 74 мин стереофонического звука. Про­цесс воспроизведения с компакт-диска бесконтактный, мощность ла­зерного излучения маленькая и недостаточна для нагревания диска, поэтому он не изнашивается. Долговечность компакт-диска может быть ограничена только небрежным обращением.

Магнитооптические рекордеры

Среди оптических носителей, наряду с носителями постоянной сигналограммы и однократной записи, обширную группу занимают реверсив­ные, обеспечивающие произвольное число циклов записи-воспроизве­дения-стирания. Пока из реверсивных носителей практическое приме­нение нашли только магнитооптические в виде диска. В качестве рабо­чего слоя магнитооптического диска используется аморфная магнитная пленка со специальными магнитными свойствами. Во-первых, коэрци­тивная сила пленки резко уменьшается при нагреве до 100-200°С, во-вторых, имеется ярко выраженный эффект Керра - вращение плоскости поляризации оптического луча при отражении от поверхности.

Возможны различные способы магнитооптической записи, но чаще используется способ с применением вспомогательной магнитной голов­ки, расположенной под вращающимся диском. Запись осуществляется следующим образом. Луч лазера нагревает локальный участок магнит­ной пленки до температуры, при которой значительно уменьшается ее коэрцитивная сила. Сравнительно небольшое поле магнитной головки может намагнитить этот участок перпендикулярно пленке в любом из двух направлений. После выхода нагретого участка диска из фокально­го пятна лазера коэрцитивная сила снова увеличивается до исходного состояния, а полученное магнитное состояние как бы замораживается. В результате записи на магнитооптическом диске образуется последо­вательность участков со взаимно противоположными намагниченнос-тями в соответствии с записываемым цифровым сигналом. Такой спо­соб обеспечивает многократность циклов записи/стирания.

Принцип воспроизведения информации магнитооптического диска заключается в использовании эффекта Керра. Поскольку плоскость по­ляризации отраженного луча лазера будет поворачиваться в разные сто­роны в зависимости от направления намагниченности, то световой по­ток, прошедший через дополнительный анализатор поляризации, будет промодулированным записанным сигналом.

Рекордеры на магнитооптических дисках выпускаются рядом фирм и обеспечивают очень высококачественную запись звука. Чаще всего ис­пользуются сменные диски диаметром 133 мм, емкостью 1,3 Гбайт. Та­кой емкости хватает для 100 мин стереофонической записи с 16-раз­рядным, 80 мин с 20-разрядным, 65 мин с 24-разрядным разрешением при частоте дискретизации 44,1 кГц.

 

Система мини-диск

Разновидностью рекордера на магнитооптическом диске является система мини-диск (MD) [29]. Система была разработана в 1992 году и не предназначалась для профессионального применения. Тем не менее цифровая запись с коэффициентом сжатия 5:1 стала популярной в ра­диовещании для записи музыкальных программ, звуковых эффектов, для переноса архивных материалов в студию. Со времени разработки сис­тема непрерывно совершенствовалась, и в результате по многим каче­ственным параметрам, надежности и цене она стала привлекательнее других систем, например, магнитофонов R-DAT. Главным препятстви­ем распространения мини-диска в профессиональную студию долгое время было ухудшение качества при цифровом копировании из-за сжа­тия. Сравнительно недавно этот недостаток устранен, и появились уст­ройства копирования, в которых реализуется цифровое копирование путем побайтного переноса информации с одного диска на другой. Кро­ме этого, мини-диски стали применяться для накопителей данных ем­костью 650 Мбайт.

Таким образом, система мини-диск является весьма перспективной для многих применений. Это подтвердила Международная электротех­ническая комиссия (МЭК), приняв решение стандартизовать систему. Уже имеются проекты стандартов 61909 «Система звукозаписи мини­диск» и 62121 «Методы измерений параметров мини-дисковых проиг­рывателей/рекордеров», в которых впервые установлены технические требования к мини-дискам, проигрывателям/рекордерам, методы из­мерения их параметров.

Диаметр мини-диска 64 мм, толщина 1,2 мм, шаг дорожек записи 1,6 мкм, диаметр центрального отверстия 11 мм, диаметр начала ин­формационной зоны 29 мм, коэффициент двулучепреломления 1,55. При [Записи на магнитооптический слой используется излучение лазера с иной волны 780 нм. Мощность лазера при записи 2,5-5,0 мВт, а при воспроизведении не более 0,7 мВт. В зависимости от режимов записи/ воспроизведения мини-диски делятся на три типа: с постоянной сигналограммой (Pre-mastered MD), записываемые (Recordable) и гибрид­ные. Мини-диски первого типа используются только для проигрывателей, аналогично компакт-дискам. По принципу действия они могут иметь ли отражательный рабочий слой, или магнитооптический. Записываемые мини-диски содержат магнитооптический слой, который локально нагревается лазерным лучом. В гибридном мини-диске есть области с постоянной сигналограммой и для записи.

При записи с частотой дискретизации 44,1 кГц и с адаптивным кодированием ATRAC (Adaptive Transform Aconstic Coding) скорость основно-цифрового потока составляет 292,4 бит/с, потока служебных данных,5 кбит/с для мини-диска с постоянной сигналограммой и 9,1 кбит/с |я записываемого.

О высокой надежности мини-диска свидетельствуют разрешенные весьма жесткие климатические условия их эксплуатации и хранения. Рабочими условиями являются температура окружающего воздуха от -25°С до 70°С, относительная влажность от 10% до 90%. Хранить мини­диски можно при температуре от -40°С до 80°С, причем не требуется устанавливать диски в какое-то определенное положение - вертикаль­ное или горизонтальное. Необходимо отметить, что никакие другие но­сители не могут эксплуатироваться и храниться в таких жестких услови­ях. Конечно, резкие изменения температуры и влажности могут вызвать конденсацию влаги на диске, что приведет к ошибкам. Поэтому перед записью/воспроизведением необходима акклиматизация дисков в те­чение 25 мин.

Ресурс работы мини-диска достаточен практически для любых при­менений, поскольку число циклов записи/воспроизведения не менее 10⁶, причем при температуре 70°С.

Мини-дисковые рекордеры выпускаются как для студийного приме­нения, так и для репортажных целей. Такие рекордеры обеспечивают запись до 74 мин стереофонического или до 148 мин монофонического звукового сигнала.

Завершая рассмотрение устройств звукозаписи на подвижный носи­тель, остановимся на вопросе хранения фонограмм. Наиболее досто­верные данные по сохраняемости фонограмм имеются только в случае аналоговой магнитной звукозаписи [30, 31]. Опыт показывает, что фо­нограммы на магнитной ленте 60-летней давности вполне можно слу­шать. По цифровым фонограммам имеется 20-летний опыт хранения. Магнитные ленты для R-DAT не могут храниться столь долго, как анало­говые. При высокой плотности записи малейшие изменения в ленте бу­дут приводить к росту выпадений сигнала. Т.е. срок хранения кассет R-ОАТв20лет, по-видимому, предельный. Считается, хотя это и недоста­точно обосновано, что наиболее пригодными для хранения (100 лет) яв­ляются компакт-диски CD-R. Причем это должны быть диски, специаль­но предназначенные для хранения. Кстати сказать, и среди аналоговых магнитных лент есть специальные, рекомендуемые для хранения. Маг­нитооптические диски и, в частности, мини-диски считаются такими же долговечными, как и компакт-диски. Исходя из практики аналоговой записи, можно дать следующую рекомендацию: для архивных фоног­рамм необходимо выбирать носители высокого качества.

Электронные рекордеры

Идея об использовании полупроводниковой памяти для записи звуко­вого сигнала возникла в начале 80-х годов, но только в конце 90-х по­явились конкурентоспособные устройства [28,32]. Основу таких уст­ройств составляют карты памяти PCMCIA емкостью 256 МБайт и более.

На такую карту можно записать 25 мин стереозвука с качеством CD. При­менением цифрового сжатия можно значительно увеличить это время. Основная особенность рекордера на базе карт PCMCIA - отсутствие дви­жущихся деталей и, следовательно, надежность и простота в работе. Электронные рекордеры уже вышли на стадию серийного производства, однако их высокая цена пока сдерживает широкое распространение.