Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 333. Elő a mágnessel!

Fogyasztó csodakütyük és zsírégető eszközök helyett nem mindennapi találmánnyal, egy fogsorba épített mágneses berendezéssel lépnének fel az elhízás ellen az új-zélandi Otago Egyetem kutatói. Az alsó és felső őrlőfogakra erősíthető mágnes viselője nem tudja két milliméternél szélesebbre nyitni fogsorát, így többnyire folyékony étrendre kényszerül.

Az első magnószalagos felvételek iszonyúan torzak voltak, az akkori fizikusokat, mérnököket nem a fogyókúrázás érdekelte, hanem az, hogy a torzítás miként csökkenthető, mert ha sehogy, akkor a magnó zenei felvételre sosem lesz alkalmas. A magnófejek szerkezetét később vizsgáljuk meg, most elégedj meg annyival, hogy a felvevőfej olyan elektromágnes, amelynek a résében a mágneses erővonalak a magnószalag mágnesezhető részecskéin keresztül záródnak.

eam02

Tegyük fel, hogy a felvételt teljesen törölt szalagra készítjük, tehát a pigmentek teljesen rendezetlenek. Ilyenkor kell megnézni a már jól ismert hiszterézis görbét.

eam03

Most az első mágnesezés, a szűzgörbe érdekes, amit a fenti ábrán szaggatott vonal jelöl. Látható, hogy az indulása egyáltalán nem lineáris, vagyis ha a felvevőfej bemenetére kerülő jel egyenletesen növekszik, akkor a szalagra felvett jel nem fog egyenesen arányosan, egyenletesen növekedni. A továbbiakban feltételezzük, hogy a felvétel mindig a szűzgörbe mentén zajlik, holott ez nem igaz, mert amikor csökken a jelszint, akkor már a hiszterézishurok jobb oldalán csökken a mágnesezettség, és amikor újból növekszik, akkor a hurok bal oldalán, de ez csak a fizikusokat izgatja, meg engem, ugyanis a mélyebb elemzések is csak finomítják a képet, az, hogy mi történik ténylegesen az atomokban, nem tudjuk. A jelenség lényege viszont leegyszerűsítve is magyarázható, s ehhez a magyarázathoz most csak a szűzgörbét fogjuk sasolni.

eam04

Egyáltalán nem meglepő, hogy ha az „a” pont körül történik a vezérlés, a magnószalagon torz lesz a jel, ha viszont a „b” ponton, akkor torzítatlan. Most már csak az a kérdés, hogy hogyan lehetne a „b” pontba tolni a vezérlést? A hangrögzítés története során először úgy gondolták, hogy ha a fej tekercsén egyenáramot vezetnek keresztül, akkor a vezérlés fölcuppan a lineáris szakaszra. Ez valóban így is volt, de a felvétel zajos maradt, és egy idő után a fej vasmagja is erősen fölmágneseződött. Jóllehet, néhány paraméter javult, a jel-zaj viszony (lásd a sorozat 25. részét) csak 30-35 dB volt, ami éppen csak megfelel a beszéd rögzítésére. A harmadik harmonikus torzítás (lásd a sorozat 50. részét) vagyis a k3 >10%, miként a 6 kHz-es felső határfrekvencia is elég szánalmas – mai szemmel nézve. Az azonban már látszott, hogy valamit hozzá kell keverni a hangfrekvenciás műsorjelhez. Ezzel kapcsolatban kering néhány legenda, például az, hogy a fejet meghajtó erősítő nagyfrekvenciásan gerjedt, és e gerjedés következtében a vezérlés a lineáris szakaszra került, de lelkes hangtechnika történet kutatói kinyomozták, hogy már megint túl egyszerűen látták a világot a költők. Ha viszont nem az egyenáramú mágnesezés – szakkifejezéssel az egyenáramú előmágnesezés – a nyerő, akkor nyilván a váltóáramú. Ha a hangfrekvenciás tartományba esik a váltóáram rezgésszáma, az nyilvánvalóan nem jó, mert hallható lesz a berregés vagy a sípolás. Az infrahang se nyerő, mert az meg inkább az egyenáramhoz közelít. Kizárásos alapon tehát maradt az ultrahang tartománya, úgy 50 kHz-től néhány megaherzig. Elvileg minél nagyobb, annál jobb, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy minél szaporább a rezgés, annál jobban melegszik a felvevőfej, s minél kisebbek a fej méretei, pl. kazettás magnóba való, annál jobban melegszik.

Hogy pontosan ki jött rá az ultrahangfrekvenciás előmágnesezésre, nem állapítható meg, de például az USA-ban már 1921-ben kimutatta Wendell Carlson és Glenn Carpenter, hogy ez a megoldás javíthatja a rögzített jel minőségét. 1927-ben szabadalmaztatták az eljárást. Az első újrafelfedező Dean Wooldrige volt a Bell Telephone cégben 1937 körül. Teidzsi Igarasi, Makoto Isikava és Kenzo Nagai 1938-ban Japánban végzett kísérleteket, a szabadalmi védettséget 1940-ben kapták meg. Ezekről a figurákról a technikatörténészek mondhatnak sokat, élt azonban egy zseni, akiről azért érdemes megemlékezni, mert ő és társai alkalmazták először ténylegesen is az ultrahangfrekvenciás előmágnesezést, külföldiül az AC bias névre hallgató megoldást. Sikerült elérniük monóban a 65 dB-es, sztereóban a 45 dB-es jel-zaj viszonyt, a 40 Hz-15 kHz közötti sávszélességet és a 3%-nál kisebb k3-at. (Igen, készültek sztereó felvételek is, kb. 300, de többségük elpusztult Berlin ostroma során, s csak azok maradtak meg, amelyeket vagy a berlini rádió munkatársai loptak ki még időben, vagy a szovjet katonák csomagoltak el gondosan, és foglalták le hadizsákmányként.)

A váltóáramú előmágnesezés német feltalálójáról Walter Weberről készült az alábbi kép.

eam05

Sokaknak erről a fotóról az jut eszébe (amikor először láttam, nekem is), hogy egy tipikus náciról, tenyésztett árjáról készült. Az kétségtelen, hogy Hitler hatalomátvétele után a fontos, bizalmi intézményekben dolgozóknak „tiszta fajúaknak” kellett lenniük, és ha nem is kellett belépniük a Hitlerjugendbe vagy a pártba, de az „önként vállalt” tagság ajánlatos volt, és mindenképpen föl kellett esküdni a Führerre. Aki ezt nem tette meg, örülhetett, ha megúszta élve. Ám az emberiség legaljasabb ideológiájával és az annak alapján folytatott gyakorlattal hogyan voltak összeegyeztethetők azok a mondatok, amelyeket például Walter Weber főnöke, Hans-Joachim von Braunmühl fogalmazott meg: „A hangfelvétel célja a próbák rögzítése, hogy az előadókat felvilágosítsák az előadásuk hibáiról; a felvételek adás előtt ellenőrizése, különösen cenzúra céljából; műsorok eljuttatása olyan helyekre, ahol nincs lehetőség előadásokra; az előadások lejátszása olyan időpontokban, amikor a hallgatók többsége képes hallgatni azokat, s nemcsak az előre meghatározott előadási időpontban; jobban kihasználni azokat a kiváló és népszerű előadókat, akiknek más elkötelezettségeik vannak a rádióhallgatási időszakokban; olyan adások megismétlése, amelyek jelentőségüknél fogva erre méltók; műsorok cseréje más műsorszóró szervezetekkel; értékes felvételek archiválása a jövő generációi számára.” Ha a cenzúrától s attól eltekintünk, hogy a náci Németország vezetői mit tartottak értékesnek, akkor ezen gondolatok ma is érvényesek, s a Reichsrundfunk Gesellschaftban (RGG), a német birodalmi rádióban nemcsak propaganda műsorok, hanem a mai hallgatók számára is szép zenei felvételek születtek – persze, jól megválogatva a szerzőket és előadókat. A minél szebb hangzás érdekében pedig kiváló szakemberek dolgoztak a hangminőség javításán. Berlinben olyan művészi és különösen technikai csúcsok születtek, amelyek már jóval 1945 utánra is meghatározták a németországi rádiózás jövőjét. A művészi érdeklődésű technikusok és a technikailag nyitott műsorkészítő stábok együttműködése minden bizonnyal az RRG legszebb öröksége.

Walter Weber 1907-ben született Gelsenkirchenben. 1930-tól dolgozott az RRG-nél. Feltételezte, hogy a mágneses szalag egyenetlen bevonata (mechanikailag és mágnesesen is) szabálytalan ingadozásokat okoz a felvevőfej keltette mágneses térben, nemkívánatos jeleket indukálva. E zajt egy álfejjel akarta csökkenteni.

eam06

A felvenni kívánt jelet az a és b pontokon táplálta be a hálózatba. A két fej és a párhuzamos ellenállások soros bekötésétől függetlenül az 1. fej előtt futó szalag a szokásos módon mágneseződik, mert a hasznos jelből a fejre jutó hangáram az 1. fej tekercsén is átfolyik. A kapcsolás un. hídkapcsolás. Ha a híd kiegyensúlyozott, a c és d pontokon nincs jel. Ez az eset csak akkor fordul elő, ha a szalag áll. Amint elmozdul, feszültség keletkezik, amely annak köszönhető, hogy a felvevőfej egyidejűleg lejátszófejnek is tekinthető (a szalag mágnesei visszapofáznak), és a szalag mágneses rétege nem egyenletes. Ez a feszültség a c és d pontok között jelenik meg. Weber ezt a zavaró feszültséget felerősítette, és 180°-kal elfordítva csatolta vissza a bemenetre. Az ilyen visszacsatolást negatív visszacsatolásnak hívjuk. Ez kicsit – 3 dB-vel – csökkentette a zajt, tovább 3 dB-t pedig azzal lehetett elérni, hogy a szalag aktív rétegét egyenletesebbre sikerült simítani a gyártónak, a korábban már említett IG Farbennek.

S most jön a csavar, amit korábban félreértettek. Walter Weber ugyanis fölfedezte, hogy a fázisfordításhoz használt erősítő az egyik kísérletben ultrahangfrekvencián gerjedt. Tudatosult benne, hogy emiatt nem romlanak, hanem jelentősen javulnak a rögzített jel paraméterei. Ettől kezdve a német magnók az ultrahangfrekvenciás előmágnesezést használták, de úgy, hogy közvetlenül a felvevőfejre adták a váltóáramú előmágnesező jeleket is.

eam07

A szabadalmi védettség kelte 1940, ami tehát nem egy találmánynak, hanem egy már mások által fölfedezett jelenség gyakorlati alkalmazásának köszönhető. Hogy a váltóáramú előmágnesezés mitől működik, az még ma sem tisztázott. Valahogy úgy kell elképzelni, hogy a nagyon szapora rezgések „megtörik” a domének ellenállását, és a lineáris tartományba kényszerítik őket. Ez utóbbi mondatért minden fizikus leszedné a fejemet, mert ez inkább a gólyamese szemléletessége.

Walter Weber neve – mint sok más, a náci Németország titkos laboratóriumaiban dolgozóé – sokáig szándékosan elfeledett volt. A világnézetéről, a műszaki tevékenysége melletti dolgairól, a magánéletéről semmit nem tudni még. Ez a zseniális mérnök, akinek rengeteg újítást köszönhetünk, 37 évesen, szívroham következtében halt meg, 1944-ben.

Az ultrahangfrekvenciás váltóáramú előmágnesezés során a mágneses részecskék doménjei úgy pörögnek a hiszterézishurok körül, hogy ha nincs hangfrekvenciás műsorjel, akkor a szalag mágnesezettsége nulla lesz. Pontosabban, nullán marad a rendezetlenség miatt. Ha van jel, akkor az amplitúdómodulációval (lásd a sorozat 2019. részét) „ráül” az előmágnesező jelre, és így a lineáris szakaszon történik a felvétel. Mivel a szalag aluláteresztő szűrőként viselkedik, az előmágnesező jel nem marad rajta, csak a hasznos műsorjel. Ahogy a szalag távolodik a fej résétől, a hiszterézis hurok egyre kisebb lesz, míg végül nullára csökken.

eam08

A fenti ábrán szerepel az a kifejezés, hogy optimális előmágnesezés. Nem mindegy ugyanis, hogy mekkora az előmágnesező áram frekvenciája és az amplitúdója. Ha a frekvencia túl kicsi, a hasznos jel amplitúdója meg nagy, akkor előfordulhat, hogy a magnó lejátszó erősítőjének kimenetén az előmágnesező jel és a hasznos jel frekvenciájának különbségéből adódó frekvenciájú torzítási termék is megjelenik. Ennél is nagyobb gond, hogy az előmágnesező jel amplitúdójától a magashang átvitel mértéke (a lineáris torzítás) és a nemlineáris torzítási termékek nagysága is függ. Ha túl kicsi az előmágnesezés, akkor ugyan kisebb a nemlineáris torzítás, de nagyobb a zaj és sok lesz a magas hang, ha nagy, akkor csökken a lineáris torzítás, tehát egyenletesebb a frekvenciamenet, de nő a nemlineáris torzítás, ha pedig túl nagy, akkor csökken a szalag kivezérelhetősége és kevés lesz a magas, tompul a hang. Másképp fogalmazva: Van egy szint, amelyen a rendszer torzítása minimális, s van olyan szint is, amelyen a szaporább frekvenciájú jelek szintje maximális (legalacsonyabb torzítás). A professzionális és félprofi magnók előmágnesezését minimális torzításra állítják be, a fogyasztói berendezésekben, különösen a kazettás magnókban az előmágnesezést kompromisszumos szinten (általában kicsit magasabbra) állítják be, hogy jó frekvenciamenetet és elfogadhatóan alacsony torzítást kapjanak. Szélsőséges esetben olyan nagyra állítható be az előmágnesezés, hogy semmilyen hasznos hangot nem tudunk rögzíteni, mert a fej telítésbe löki a szalagot, így törlőfejként viselkedik. Az előmágnesezés egyébként mindig beletöröl a felvételbe, de ha jól van beállítva az előmágnesező áram, ez a törlés csak olyan mértékű, hogy nem teszi tönkre a felvételt.

eam09

Az optimális érték ráadásul készülék-, sebesség- és szalagfüggő. Rendesebb készülékgyártók megadták, hogy melyik szalag- vagy kazettagyár melyik termékéhez állították be az előmágnesezést. A szalagorsós, γ Fe2O3 aktív rétegű szalagokkal működő magnókat egyfajta, legfeljebb kétféle (normál és kiszajú) szalagokhoz állították be, s a stúdiók is igyekeztek olyan szalagokat használni, amelyekhez egy-egy szalagsebességen azonos értékre kellett beállítani a magnókat. A kazettás készülékek bonyolultabb jószágok, ugyanis a különböző hordozók eleve más-más előmágnesezéssel érzik jól magukat. Ha a γ Fe2O3 szalag előmágnesezési áramszükségletét egységnyinek vesszük, a CrO2 és a CrO2 jellegű szalagoké ennek kb. 1,5-szerese, a metál töltetűeké pedig 2,5-szerese. A hordozható alapkészülékekkel metál kazira nem lehet felvételt készíteni. A jobb magnók automatikusan kapcsolnak át, de kézileg is váltható az előmágnesezés (és más paraméterek) szalagfajtától függő mértéke.

eam10

A menőbbekre kivezették a „BIAS” gombot, amellyel ±20%-kal változtatható az előmágnesező áram nagysága. A még annál is menőbbek automatikusan állították be a szerintük optimális előmágnesezést úgy, hogy egy rövid felvételt készítettek az üres kazira, és azt elemezve nyúltak az előmágnesező áram nagyságához és a többi beállításhoz. Legtöbbször két frekvencián, pl. 400 Hz-es és 10 kHz-es, a névleges szinthez képest -10-20 dB-vel készült a felvétel, és az automatika addig masszírozta az előmágnesezést, ameddig a két jelet végre azonos szinten játszotta le a magnó.

eam11

Ha majd eljutunk a sorozat „mi mindent lehet egy magnón elbarmolni” tartalmú részéhez, az előmágnesezés beállításának néhány bioaktív módját is be fogom mutatni, ám még legyen szó egy trükkről, amit Dolby HX Pro-nak neveznek.

eam12

A HX a Headroom eXtension, prózaira lefordítva a nagyobb kivezérelhetőség rövidítése. A HX-et, vagy hogy szebben hangozzék, a HX Pro-t nem a Dolby cég fejlesztette ki, csak megvásárolta a szabadalmat a Bang & Olufsentől, sőt, még a Bang& Olufsennek is a Dolbytól kellett engedélyt kérnie, hogy a magnóiban használhassa a HX Pro-t. A dán Bang & Olufsen egyébként nem arról híres, hogy bármit is kitalált, ez a cég a trendi és gyakran a trendit megelőző formatervezésére büszke. A készülékek belbecse általában nem a legmagasabb színvonalú, de baromi drágán el lehet adni őket. Rendes sznob milliomos lakásába úgy kell, mint egy falat kenyér.

eam13

Néhány évvel ezelőtt engem is meghívtak egy fogadásra a cég budapesti bemutató termébe, aztán soha többé, mert biztosan kérdeztem valamit, amit nem kellett volna. Sajnálom, mert szépek voltak a csajszik, és selymes ízű a sör. Na, ennél a társaságnál dolgozott Jørgen Selmer Jensen gitáros és mérnök.

eam14

Ő arra a következtetésre jutott, hogy a nagyobb frekvenciájú műsorjelek úgy viselkednek, mint az előmágnesezés, tehát mintegy növelik az előmágnesező áram nagyságát, s ezzel rontják a magas hangok rögzítését. Különféle műfajú zenékkel kísérletezve arra dolgozott ki megoldást, hogy a magas hangok amplitúdójának függvényében hogyan kell változtatni az előmágnesezés mértékét. Minél több a magas hang, annál jobban kell növelni, s mert így csökken a torzítás, jobban kivezérelhető a szalag. Az eljárás előnye, hogy csak felvételkor kell bekapcsolni a HX Pro áramkört, a lejátszást nem kell masszírozni, s hogy a HX Pro-val készült felvételek dinamikusabbnak, vagy legalábbis hangosabbnak hatnak. A hátránya, hogy mivel az előmágnesezést akkor változtatja, amikor a jeltartalom spektruma is változik, azzal tehát egyidejűleg, a hangképben egyértelmű pumpálás hallható, egyesek szerint grízesség, ami leginkább a sztereó tér lihegésében jelentkezik. Sajnos, a korabeli kazettás magnókban a HX Pro nem kapcsolható ki, így összehasonlító teszt aligha készíthető. A HX Pro-t gyakran használták műsoros kazik sokszorosításakor, talán a „rosszabb már biztosan nem lehet, akkor meg csak jobb” felismerés jegyében.

A HX Pro-hoz a NEC gyártott integrált áramkört, µPC1297 típusjelzéssel.

eam15

Az adatlapján a zölddel bekeretezett rész mutatja, hogy az előmágnesezési áramot igen tág határok között képes változtatni, a pirossal keretezett pedig azt, hogy az áramkör valóban pumpál, ahogy ezt minden kompresszor teszi. A következő képen egy Philips magnó belében láthatod az áramkört. A kép jobb szélén van a kiinduló előmágnesezési áramokat beállító potiból kettő.

eam16

Létezett még egy érdekes eljárás, ainek az volt a lényege, hogy még egy fejet szereltek föl a felvevőfejjel szemben, hogy így hátulról hozza a figurát, az alapréteg irányából nyomva az ultrahangfrekvenciás előmágnesező teret a szalagra.

eam17

A cross-fieldnek vagy X-fieldnek nevezett megoldás előnye az volt, hogy az előmágnesezés az aktív réteg mélyebb részét érintette, nem ért el annak felületéig, így kisebb volt a már említett öntörlés. Ez kisebb szalagsebességen jobb frekvenciamenetet eredményezett. A módszert a norvég Tandberg szabadalmaztatta, de az Akai is sokáig ragaszkodott hozzá.

eam18

Elsősorban a magnók mechanikai gondja miatt lett aztán felejtős.

eam19