Носители записи

[Леонид Чирков]
(ж. "Звукорежиссер" 6/2001, с. 3-9)

Физика магнетизма

       Электрические и магнитные поля равноправны и взаимно дополняют друг друга. Так утверждает строгая и экспериментально обоснованная теория. Но вот незадача: элементарные электрические заряды (отрицательные электроны и положительные позитроны) существуют, а магнитные монополи, (то есть элементы с одним полюсом, северным или южным), в природе так и не удается обнаружить. Эта асимметричность де-факто беспокоит теоретиков и заставляет физиков-экспериментаторов предпринимать все новые и все более изощренные попытки обнаружения магнитных монополей. "Но им успеха нет"!

       Нас же это касается лишь одним боком. Во всех случаях наблюдения и применения магнитные ноля - вихревые, и их элементарными источниками могут быть только диполи, элементы с двумя магнитными полюсами. Таковы и магниты, всем нам известные с детства игрушки, но в науке, производстве - серьезные технические средства. Магнитные поля, формируемые магнитами двух хорошо знакомых форм, поясняются рис. 1. Силовые линии, стартовавшие с северного полюса, обязаны по приведенным кривым добраться до южного, и уже внутри магнита вернуться к месту старта. Обязательная замкнутость силовых линий магнитного поля и указывает на его вихревой характер.

       С позиций записи сигналов важны процессы взаимоотношения магнитного поля со средой. Любое вещество в большей или меньшей степени реагирует на магнитное поле, которое, например, деформирует орбиты внешних электронов атомов и молекул, наводя магнитный момент или изменяя его ориентацию (если он имелся изначально). Так создастся добавленное магнитное поле, которое вместе с внешним магнитным полем формирует в среде поле магнитной индукции. В довольно широких пределах магнитная индукция В (намагниченность) и магнитное поле Н связаны простым линейным соотношением В = µН, где µ (греч. мю) - коэффициент пропорциональности, определяющий магнитную восприимчивость среды. В общем случае анизотропных сред В, Н - векторные функции, а µ - тензор. Но нам позволительно ограничиться частным случаем изотропной (не зависящей от направления) среды и забыть сделанное замечание. Большинство веществ в нашей повседневной практике слабо взаимодействуют с магнитным полем и могут считаться магнитонейтральными, но не вес. По направлению наведенного поля среды делятся на диамагнитные и парамагнитные. В диамагнетиках дополнительное поле противоположно внешнему. Такие вещества отталкиваются от магнитных полюсов, чем часто, например, пользуются иллюзионисты или различного рода мистификаторы, воспроизводя эффект парения материальных тел. Парамагнетики, напротив, притягиваются магнитными полюсами. В них добавленное поле направлено в ту же сторону, что и внешнее. При снятии внешнего магнитного поля наведенная намагниченность, как правило, исчезает.

       Однако существует обширный класс веществ, обладающих собственной упорядоченной магнитной структурой, - это ферримагнетики (от латинского ferrum - железо). Все ферримагнетики содержат атомы, имеющие собственный магнитный момент. Частным случаем ферримагнетизма является ферромагнетизм. Ферромагнитные вещества самопроизвольно (спонтанно) упорядочены. Иными словами, атомные магнитные моменты в них направлены в одну сторону. Поэтому они обладают самопроизвольной (остаточной) намагниченностью. Магниты изготавливаются именно из таких веществ. Ферромагнитные вещества и обеспечивают реализацию реверсивной магнитной записи (то есть обратимой, способной к многократной перезаписи).

       Замечу, что изделие из ферромагнитного вещества не обязательно окажется магнитом, хотя и обладает самопроизвольным намагничиванием. Дело в доменной структуре ферромагнитных материалов. Домен - это область с упорядоченной ориентацией магнитных моментов атомов и, следовательно, обладающая собственным и достаточно большим магнитным моментом. В материале образуется, как правило, много доменов с различной ориентацией их собственных магнитных моментов. В итоге ферромагнитный материал может и не создавать собственное магнитное поле.

Эффекты магнетизма

       Эффектов, связанных с магнетизмом, довольно много, но мы упомянем лишь о тех, которые лежат в основе процессов магнитной записи/воспроизведения, используемых в профессиональной и бытовой аппаратуре.

Гистерезис

       Все особенности процессов магнитной записи сигналов, так или иначе, связаны с гистерезисом. Термин гистерезис - производное от греческого слова hysteresis - означает "отставание, запаздывание" и определяет некоторые нелинейные особенности физических характеристик, в данном случае намагничивания. Характерная петля гистерезиса представлена на рис. 2.

       Допустим, что ферромагнитный материал не создает внешнее магнитное ноле, т.е. общая намагниченность В=0. Допустим, что с помощью некоторого источника магнитного ноля, напряженность которого можно менять в широких пределах, в среде формируется некая намагниченность, изменяющаяся вместе с полем. При линейном росте магнитного поля Н намагниченность будет изменяться по зеленой кривой. Физика формирования намагниченности ферромагнетика сводится к следующему. С ростом магнитного поля магнитные моменты доменов, до этого ориентированные хаотически, приобретают преимущественную ориентацию вдоль магнитного поля тем большую, чем выше его напряженность. Однако величина этих моментов практически остается неизменной, поскольку внутреннее поле в доменах огромно. Итак, магнитное поле растет, соответственно растет упорядоченность магнитных моментов доменов. Домены слипаются и растут за счет соседей, границы доменов движутся. При Н=Н_Н, достигается точка насыщения намагниченности В = В_Н. При дальнейшем увеличении магнитного поля намагниченность остается неизменной. В точке насыщения ферромагнитный материал становится монодоменным.

       При уменьшении магнитного поля до нулевого значения его намагниченность несколько снижается по синей кривой до величины В_Н, соответствующей насыщенному состоянию ферромагнетика в отсутствии внешнего поля. Таковым оно и останется неограничено долго. К примеру, природный ферромагнетик - магнетит - сохраняет древние значения магнитного поля Земли многие сотни и даже тысячи миллионов лет.

       Продолжим процесс, и начнем увеличивать напряженность магнитного поля, но уже с обратным знаком. Намагниченность будет и далее снижаться, пока не станет нулевой. Это - точка Н_К соответствующее ей напряжение магнитного поля называют коэрцитивной силой ферромагнетика. Если процесс перемагничивания продолжить, то ферромагнетик вновь окажется насыщенным, но направление поля насыщения станет обратным. Повторив процесс, постепенно меняя Н от -Н_Н до +Н_Н, можно получить вторую ветвь петли гистерезиса и замкнуть ее.

       Рассмотренный случай соответствует предельной кривой гистерезиса. Если же Н периодически менять в более узком, чем -Н_Н ... +Н_Н , интервале значений, то получим непредельную петлю, выделенную на рисунке зеленой пунктирной кривой. Если магнитное поле было просто выключено при напряженности H₁ или Н₂, то образец останется намагниченным до значения В₁, или В₂ соответственно. Именно эта функциональная зависимость остаточной намагниченности В дает в результате то, что мы получим образец с остаточной намагниченностью В_О. Этот режим реализуется в процессе традиционной магнитной записи.

       Важным параметром ферромагнитных материалов является коэрцитивная сила. По этому параметру различают магнитно-твердые (жесткие), которые имеют высокое значение Н_К соответственно и В_Н, и магнитно-мягкие материалы с относительно малыми значениями Н_К и В_Н. Магнитная восприимчивость магнитно-твердых материалов лежит в интервале 1...10, у магнитно-мягких она может превышать 100000. В магнитной записи используются магнитно-мягкие материалы. Отношение В_Н/Н_К должно быть но возможности большим, поскольку от этого зависит уровень поля записи и соответственно отдачи при воспроизведении. Магнитно-твердые материалы в основном используются для производства постоянных магнитов.

       В аналоговой магнитной записи обычно используют гамма-диоксид железа Fe₂O₃ или диоксид хрома СгО₂. В цифровой записи применяются металлопорошки железа, хрома, кобальта.

Подмагничивание

       Собственно, это не эффект, а способ линеаризации характеристики записи сигналов. Без подмагничивация запись сигналов будет производиться в соответствии с кривой намагничивания (зеленая кривая на рис. 2), которая существенно нелинейна, и возможны нежелательные искажения сигнала. Подмагничивание возможно постоянным, импульсным и высокочастотным полями (током в головке записи). Наиболее эффективно высокочастотное подмагничивание, поэтому оно в основном и используется. Эмпирически найдено, что высокочастотный ток подмагничивания должен в 5 ±1 раз превышать ток записи. Частота тока подмагиичивания должна примерно на порядок превышать наибольшую частоту в токе записываемого сигнала. Достаточно линеаризованной становится нижняя часть кривой намагничивания примерно до 1/3 от уровня насыщения. Подмагничивание используется исключительно в аналоговых системах записи, в цифровых системах оно не требуется в силу специфики сигнала.

       Высокочастотное поле используется и для полного размагничивания магнитных носителей записи, которое реализуется в режиме спадающего поля (тока).

Копирэффект

       Это эффект-помеха, и наблюдается он в магнитных лентах, смотанных в рулон. Магнитные ноля ленты могут намагничивать смежные слои. Копирэффектом от высокочастотных составляющих записи можно пренебречь. Основные помехи связаны с наиболее низкочастотной составляющей. Копирэффект относительно слаб, он не превышает тысячной доли от максимальной амплитуды сигнала записи. Однако при длительном хранении копирэффект способен внести заметную помеху в сигнал.

Термомагнитный эффект

       Магнитные свойства ферромагнетиков существенно зависят от температуры. Достаточно точно эта зависимость описывается законом Кюри-Вейса: µ=С/(Т_К - Т), где С - некоторая константа (константа Кюри), зависящая от материала, Т_К - температура (точка) Кюри. Закон обратной зависимости магнитной восприимчивости парамагнетиков от температуры установлен в 1895 г французским физиком П.Кюри. Позже, в 1907 г другой француз П.Вейс уточнил закон применительно к ферромагнетикам.

       По закону Кюри-Вейса при Т, стремящимся к Т_К, магнитная восприимчивость расходится (становится бесконечно большой). Это не должно смущать, поскольку Тк - особая точка. При температуре Кюри происходит переход вещества из парамагнитной фазы в ферромагнитную. При температуре ниже точки Кюри вещество является ферромагнетиком, выше - парамагнетиком. При приближении (снизу по температуре) магнитная восприимчивость µ резко возрастает. Этот процесс поясняется рис. 3.

       По мере роста температуры возрастает крутизна наклонных участков петли гистерезиса (соответственно, и |i). При этом уменьшается коэрцитивная сила и максимальная остаточная намагниченность, а отношение В_Н/Н_К растет. Все это ведет к резкому росту эффективности записи.

       Естественно, эти особенности магнитных свойств ферромагнетиков вблизи точки Кюри заинтересовали изобретателей. Среди материалов, пригодных для записи на ленточный носитель, наименьшей температурой фазового перехода обладает диоксид хрома. Точка Кюри этого материала составляет 128 °С (у гамма-оксида железа, например, температура Кюри составляет 650 °С). Она достаточно велика, но тем не менее, в сочетании с точечным лазерным подогревом материала, гамма-оксид железа может применяться на практике. В качестве примера на рис. 4 приведена схема лазерного подогрева при термомагнитном тиражировании магнитных записей.

       К барабану прижаты две ленты: снизу с носителем из гамма-диоксида железа - оригинал, сверху с диоксидом хрома - копия. Ленты соприкасаются рабочими слоями. Сфокусированный луч лазера разогревает рабочий слой ленты-копии до температуры немного выше точки Кюри. Температура разогретой точки (точнее штриха с длиной, равной ширине дорожки записи) достаточно быстро остывает за счет тепловой диффузии. При переходе через точку фазового перехода, когда магнитная восприимчивость сверхвысокая, рабочий слой ленты-копии легко намагничивается. При дальнейшем остывании магнитная восприимчивость быстро уменьшается и запись относительно слабых полей, создаваемых лентой-оригиналом, становится невозможной. В процессе транспортировки лент оригинала и копии зона записи перемещается. Скопированная сигналограмма зеркальна по отношению к сигналограмме оригинала. Поэтому запись оригинала ведется так, чтобы формировалась сигналограмма, зеркальная по отношению к стандартной. Скорость тиражирования прямо зависит от мощности лазера. Реально удалось реализовать тиражные машины со скоростями копирования в 300 и более раз выше номинальной.

       Термомагнитиая запись также широко применяется в системах записи на магнитооптические диски. В этом случае зона мгновенной записи совпадает со световым пятном, разогревающим термо-магнитный материал. Магнитное поле при этом может быть рассеянным в области, значительно превышающей снеговое пятно, и должно быть достаточно слабым, чтобы нс воздействовать на неосвещенные участки.

Магнитооптические эффекты

       Ряд веществ, в том числе ферромагнетики, обладают магнитной оптической активностью. Наведенная магнитным полем оптическая активность проявляется и двух эффектах - Фарадея и Керра. Эффект Фарадея сводится к повороту плоскости линейной поляризации светового луча, проходящего через магнитооптическую среду. Угол поворота при направлении магнитного поля вдоль луча пропорционален напряженности магнитного поля. Нечто похожее наблюдается и при отражении линейно поляризованного луча света от поверхности ферромагнитного материала в присутствии магнитного поля. Этот эффект именуют эффектом Керра. Прошедший или отраженный свет несет, таким образом, информацию о текущем значении напряженности магнитного поля на поверхности ферромагнитного материала, зафиксированную углом поворота плоскости поляризации луча.

       Модуляцию луча по поляризации следует преобразовать в модуляцию но интенсивности. Эта операция может быть выполнена чисто оптическими средствами. .Для этого достаточно магнитооптический элемент поместить (по лучу) между скрещенными поляризаторами (направления пропускания линейно поляризованного света поляризаторов перпендикулярны). Систему скрещенных поляризаторов принято называть поляризационным микроскопом. Эта система, в принципе, не пропускает свет. Однако, если в такой микроскоп ввести оптически активную среду, то часть света, пропорциональная квадрату синуса угла поворота плоскости поляризации, пройдет через систему. Итак, с помощью эффекта магнитооптической активности удается промодулировать свет по интенсивности приблизительно пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Магнитооптические эффекты применяются при считывании информации с магнитооптических дисков.

Магниторезистивный эффект

       Этот эффект иногда используют при воспроизведении звуковых сигналограмм. Сопротивление пленок пермалоя, жслезокобальтового сплава или многослойных композиций специально подобранных материалов может изменяться иод действием внешнего магнитного поля. Резистивные магнитные головки имеют чрезвычайно простую схему. Это тонкая пленка, которая по ребру соприкасается с рабочей поверхностью магнитной ленты. Практически в реальной конструкции такая пленка, толщиной в сотые доли микрона и менее, напыляется в вакууме на поверхность немагнитного материала. Подобные головки имеют рекордно малые потери в зазоре. К недостаткам можно отнести отсутствие подъема частотной характеристики в области высоких частот. Область применения магниторсзистивных головок — воспроизведение в системах записи звука со стационарными головками.

Магнитные головки

       По отношению к системам записи магнитные головки - это источники переменного магнитного поля. Они же могут служить и приемниками поля, т.е. воспроизводящими элементами. Традиционным и достаточно широко используемым в промышленности и быту источником переменного и, подчеркну, регулируемого поля является соленоид (рис. 5а) спираль из токопроводящей проволоки, например, меди. С целью более четкой концентрации магнитного поля в качестве сердечника соленоида используют магнитопровод - это магнитно-мягкие ферромагнитные материалы, в основном, ферриты. Для сердечников магнитных головок обычно используют никель- или марганец-цинковые сплавы, сендаст - магнитно-мягкий сплав, в составе которого железо (84,5%), алюминий (5,8%) и кремний (9,7%). Впрочем, поиск новых составов не прекращается. Конфигурация силовых линий магнитного поля соленоида полностью идентична полю постоянного магнита рис. 1. Но у соленоида - огромное преимущество. Меняя ток в катушке соленоида, можно в широких пределах менять напряженность магнитного поля. Именно это открыло соленоиду путь в магнитную запись.

       Первой магнитной головкой стал "карандаш" - комбинация соленоида с магнитопроводом в форме заостренного карандаша (рис. 5б). Основная идея - в концентрации поля у острого конца магнитопровода, что важно для повышения разрешающей способности записи или, иными словами, уменьшения размера минимального элемента записи. Собственно, именно в этом направлении шло совершенствование магнитных головок, конструкция которых постепенно пришла к почти замкнутой по магнитному полю подковообразной структуре с мылым расстоянием между полюсами (рис. 5в). И здесь магнитное поле формируется соленоидом. Важная, причем рабочая, часть магнитной головки - ее зазор или тонкий разрез магнито-провода. Магнитное поле, и основном, сосредоточено в самом зазоре, но часть силовых линий магнитного ноля выступает за пределы зазора. Именно эта часть поля, занимающая сопоставимую по размерам с шириной зазора область внешнего пространства, и работает в процессе записи. Она же остается рабочей и в процессе воспроизведения. Типичная ширина зазора современных магнитных головок составляет 0,1...10 мкм. Конкретная ширина зазора зависит от используемого формата записи. Размер 0,1 мкм близок, пожалуй, к пределу по разрешающей способности магнитной записи. Длина зазора регламентирована шириной дорожки записи, т.е. определяется форматом.

Магнитные материалы

       В таблице приведены некоторые параметры порошков, используемых в аналоговой и цифровой магнитной записи. Частицы игольчатой формы (отношение длина/ширина около 10) применяются в тех случаях, когда поле записи ориентировано вдоль поверхности носителя. Ведущие фирмы-изготовители порошков для магнитной записи, а это Dupont (почти половина всех порошков), и ЕМТЕС (BASF), производят тщательный отбор иголок по размеру и составляют соответствующие паспорта, на которые ориентируются предприятия, осуществляющие нанесение рабочего слоя ("полив") магнитных носителей. Иголки не должны иметь боковых наростов, ухудшающих качество порошка. При "поливе" ленты или другого носителя иголки порошка ориентируют в определенном направлении с помощью сильного магнитного поля.

       Пластинчатые частицы применяются в системах с ортогональной ориентацией поля записи. Их также ориентируют при поливе так, чтобы наибольшая плоскость была параллельна поверхности носителя. Такая ориентация характерна для дисковых носителей. Лучшим материалом для аналоговой записи звука остается гамма-оксид железа, а в ряде случаев кобальтированный композит. С ними соперничает диоксид хрома.

       В магнитооптических системах записи используются композиты сложного состава, содержащие металлы переходной и редкоземельной групп. Чаще всего из лантанидов (редкие земли) в магнитооптике применяются европий Eu и тиберий Tb. Например, практически стандартизован композит, в котором каждые 200 атомов сплава содержат 42 атома тиберия и по 79 атомов железа Fe и кобальта Со. Температура Кюри этого ферромагнитного сплава немного ниже 100 °С, что очень важно для осуществления термомагнитной записи, принятой в магнитооптических дисковых системах. Толщина пленки магнитооптического материала, как правило, не превышает 0,1 микрона.

Магнитные носители

       Независимо от типа и формата магнитной записи, соответствующие им носители имеют, в принципе, сходные структуры, показанные на рис. 6. Самая простая структура - рабочий слой и подложка (рис. ба). Если речь идет о ленточных носителях, то рабочий слой - это смесь магнитного порошка из частиц игольчатой формы со связующим материалом, обладающим высокой адгезионной способностью (прилипчивостью) по отношению к материалу подложки.

       В настоящее время в лентах чаще всего применяют полиэтилентерефталат толщиной 4...100 мкм. В нашей обиходной речи этот материал известен как "лавсан". Кроме этого, в ходу и полиармид. В дисковых носителях первоначально использовалось стекло, теперь чаще всего - поликарбонат. Жесткие магнитные диски в качестве подложки чаще всего имеют аллюминий.

       В ленточных носителях искушенные производители додумались до двухслойных рабочих покрытий (рис. 6б). Верхний слой - это слой диоксида хрома, нижний - гамма-диоксида железа. Цель - подъем частотной характеристики в области высоких частот, чему способствует слой диоксида хрома. Но, пожалуй, наиболее совершенны многослойные структуры. Верхний слой - защитный. Он должен быть прочным, прозрачным на лазерных дисках, или очень тонким, если речь идет о лентах, поскольку он препятствует прямому контакту "лента-головка". Рабочие слои - упомянутые выше оксиды металлов переходной группы в случае аналоговой записи, или металлопорошки для носителей цифровой записи. Одно время в ходу было и металлонапыление в вакууме, и гальваническое осаждение металлов.

       Промежуточный слой - интересное "излишество", которое должно обладать двумя предельно высокими адгезионными параметрами - и к материалу подложки, и к связующему материалу рабочих слоев. Еще одно свойство - способность маскировать неровности поверхности подложки, что, по иному, означает повышение качества ленты. Надо заметить, что промежуточный слой позволяет сделать рабочий слой тоньше, а это способствует росту магнитоотдачи на высоких частотах. И, к слову, в двухслойных композициях рабочий слой из соображений прочности имеет излишнюю толщину.

       Разработчики носителей помнят и об обратной стороне (рис. 6в). Выпускаются и кое-где используются двусторонние магнитные ленты. Однако, чаще всего на обратную сторону наносят покрытие, улучшающее скользящие свойства, например, ленты. От истоков и до сих пор идет борьба за снижение толщины ленты. Идея проста - в рулоне заданного радиуса стремятся разместить ленту как можно большей длины (увеличивая тем самым длительность звуковоспроизведения).

Кассеты

       Изначально магнитные ленты наматывались на катушки. В профессиональной звукозаписи катушечные магнитофоны используются по сию пору. Но в быту их вытеснили кассеты. Термин заимствован из французского Cassette, означающего "маленький ящик", "шкатулка". Ныне мы его применяем к закрытой плоской коробке из пластмассы и металла, в которой скрыта магнитная лента. Идея кассет принадлежит фирме Philips, которая в уже далеком 1963 г. предложила способ и устройство защиты магнитной ленты "от дурака". К примеру, с лентой, толщина которой менее 10 мкм, трудно обращаться, не повредив ее. Кассета защищает ленту и, к тому же, содержит собственный простейший лентопротяжный механизм. В кассетном магнитофоне достаточно иметь двигатели прямого и обратного хода и соответствующие валы приводного механизма. Кассеты изначально ориентировались на бытовое применение, но затем стали применяться и в профессиональной сфере. Некоторые фирмы выпускают супертонкие магнитные ленты, которые, например, в бытовом режиме записи поддерживают длительность до 120 мин. и выше. Но они подвержены деформациям, из-за чего не нашли широкий рынок сбыта.

       Стандартные размеры компакт-кассет - 100 х 64 х 12 мм. Кроме этого, в быт и профессиональную звукозапись двинулись микрокассеты 50 х 33 х 8 мм с лентой шириной 3,81 мм и толщиной 5...12 мкм. Основное назначение этих кассет - служебная запись звука, например, в диктофонах.

Диски

       История звукозаписи укладывается в последовательный ряд: валик (с восковым покрытием) - диск (грампластинка) - лента (магнитный носитель) - лента и диск. Достоинство ленты - огромные объемы записанной информации, иными средствами практически недостижимые. Лента удобна там, где запись и воспроизведение ведутся последовательно. Там же, где выборка фрагментов должна быть произвольной, удобнее поверхностная запись, типовой представитель которой - диск. Дорожка записи на диске - спираль. На стандартном компакт-диске (рис. 7) рабочей частью является интервал от 25 до 60 мм вдоль радиуса диска. Запись производится с нижнего края (25 мм) и стартует со служебной информации о содержании и прочих данных диска. Преимущества диска по такому параметру как поиск очевидны. Нужный фрагмент можно отыскать, перемещая головку вдоль радиуса, что намного быстрее прямого просмотра всей записи.

       Всем знакомый компакт-диск (CD или КД) не является магнитным носителем. Он изготавливается по технологии, повторяющей в главном производство граммофонных пластинок. Вначале запись с помощью мощного лазера производится на диск-оригинал. Рабочим слоем, обычно, является тонкая металлическая пленка на стекле или иной подложке. Лазер просто выжигает металл, образуя впадины или "питы" (таков международный термин, означающий отдельный элемент записи на диске). Происхождение его просто: pit по-английски - это углубление, яма. В принципе, такая запись изначально является цифровой. Для аналоговой записи приспособились менять длину питов (своеобразный вариант широтной модуляции). Сигналограмма - цепочка питов, длиной (в развернутом виде) до 5 км. Шаг витков спирали 1,6 мкм. На каждый миллиметр вдоль радиуса диска приходится 625 дорожек. Всего на компакт-диске размещено 20 тысяч витков спиральной дорожки. Эти параметры являются международным стандартом, свойственным всем дисковым носителям информации с размерами компакт-диска. В дальнейшем диск-оригинал используется для изготовления матриц (например, с помощью гальванических или иных подобных процессов). Матрица является тиражным орудием - ее оттиски и являются компакт-дисками. Радужная игра света, присущая поверхности компакт-диска, не случайна. Полуторамикронный шаг дорожки записи образует дифракционную решетку с шагом, сопоставимым с длиной волны видимого света. Муаровый эффект - это результат дифракционных процессов при отражении света от обычно неокрашенной поверхности диска.

       Обычные компакт-диски применяются, главным образом, в быту. Однако, по крайней мере для долговременного хранения, профессионалы используют CD-R - диски с возможностью однократной записи. Для этих целей используется лазерная термозапись. Физический процесс, происходящий при этом, - фазовый переход от кристаллического к аморфному состоянию. Вещества подбираются по температуре фазового перехода, которая не должна быть выше 100°С, но в несколько раз превышать комнатную температуру, что важно для безопасного длительного хранения записи.

       Реверсивная оптическая запись реализуется в настоящее время с помощью магнитооптических дисков. Соответствующие физические эффекты рассмотрены выше. Типовые размеры магнитооптического диска совпадают с размерами компакт-диска. Кроме этого, для записи звука используется уменьшенный вариант - диск "сингл", радиус которого составляет 40 мм.

       Размеры жестких магнитных дисков долгое время не были стандартизованы, и имели радиус от 45 до 180 мм. Ныне унификация размеров в мировом масштабе привели к тому, что в качестве базового используют диаметр 89 см. Жесткий диск - это металлическая основа, обычно алюминий толщиной 1...1,5 мм, и рабочий магнитный слой 1...3 мкм. Рабочий слой может быть защищен тонким (менее 0,1 мкм) защитным слоем.

       Узкую микронную дорожку записи, характерную, например, для оптических дисков, легко потерять. В оптических системах используют специальную систему жесткого отслеживания дорожки. И еще, уже в процессе изготовления диски форматируют. Причем создание канавок будущих дорожек записи - не единственная цель. Помимо этого, на боковые стороны канавок наносится штрих-код, несущий информацию о местоположении фрагментов записи. Этот код ориентирует системы поиска тех или иных требуемых фрагментов.

       Самые большие объемы сохраняемой информации приходятся ныне на ленточные носители магнитной записи. Здесь терабайтовые массивы - не предел... Дисковые носители по этому параметру уступают ленточным, но превосходят в скорости поиска нужной информации. Однако прогресс делает дисковые носители все более и более емкими, их стоимость снижается, и ближайшее будущее - за ними. А там, глядишь, подоспеют и неподвижные хранители информации сравнимой емкости.

ж. "Звукорежиссер" 6/2001, с. 3-9

Другие статьи | Главная страница