Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 334. Ami a fejekben van

A mágneses hangrögzítők legkülönlegesebb részei a fejek. A fejek elektromágnesek, amelyeknek az a feladatuk, hogy töröljék, vagyis lemágnesezzék a szalag pigmentjeit, felvételeket készítsenek a szalagra, és lejátsszák őket.

Az analóg magnók alapvetően háromféle fejet tartalmaznak: törlőfejet, felvevőfejet és lejátszófejet, s mindegyikből gyakran többet is.

afv02

Mindhárom fej hasonló szerkezetű, de nem ugyanolyan, noha az olcsóbb magnókban nincs külön felvevő- és lejátszófej, és elvileg a felvevőfejjel is lehet törölni. A magnófejek közös tulajdonsága, hogy képesek mágneses tér előállítására és e tér változásainak érzékelésére, de a lehető legkevésbé őrzik meg a mágneses állapotot önmaguktól, nem mágneseződnek föl tartósan, tehát az volna a legjobb, ha a koercitivitásuk és a remanenciájuk (lásd a sorozat 326. részét) nulla lenne. Van egy másik mennyiség is, ami a mágneses indukció (B) és a mágneses térerősség (H) között teremt kapcsolatot. Ezt a mennyiséget permeabilitásnak hívják, és μ betűvel jelölik. B=μ*H. Minél nagyobb a permeabilitás, annál nagyobb mágneses térerővel masszírozza a törlő- és felvevőfej a szalagot, illetve, annál nagyobb elektromos jel keletkezik a lejátszófej sarkain a szalagpigmentek mágnesezettsége változásának hatására. A permeabilitás neve a latin permeare „átengedni” szóból származik. A közeg mágneses tere „áteresztő képességének” foghatjuk fel. A permeabilitás két szorzótényező szorzata. Az egyik a vákuum permeabilitása, amit más néven mágneses konstansnak hívnak, és az értéke
μ0=4*3,14*10-7 Vs/Am. Ez nagyon kicsi érték. A másik szorzótényező a relatív permeabilitás, aminek μr a jele. Ennek nyilván nincs mértékegysége, azt mutatja meg, hogy a vákuum permeabilitásának hányszorosa az anyag permeabilitása. Számunkra ez a lényeges. A kis koercitivitású, nagy permeabilitású ferromágneses anyagokat lágy vagy puha mágneses anyagoknak hívjuk, a hiszterézishurkuk soványka.

afv03

afv04Kicsit pongyolán fogalmazva, a lágy mágneses anyagok felturbózzák a mágneses teret. Két alapvető fajtájuk van: a fémes anyagok, valamint a kerámiák (ferritek). A fémes anyagok elsősorban a ferromágneses fémek: a vas, a kobalt és a nikkel ötvözetein alapulnak. Három fő csoportjuk van: kristályos ötvözetek, amorf ötvözetek és nanokristályos ötvözetek. A kerámia anyagok elsősorban fém-oxid alapú ferritek, a két alapvető anyagcsalád a mangán-cink (MnZn) és a nikkel-cink (NiZn).

Az analóg mágneses hangrögzítőkben a lágy mágneses anyagokat nemcsak a fejek vasmagjának, hanem a fejeket árnyékoló alkatrészeknek a készítéséhez is használják. A fejek esetében a mágneses tulajdonságokon kívül a fejek kopásállósága is lényeges, hiszen a fejeket dörzsöli a hangszalag. Ez utóbbi szempontból a leggyengébb eresztés a permalloy.

A permalloy nikkel-vas ötvözet, körülbelül 80% nikkel- és 20% vastartalommal. Gustav Elmen fizikus találta fel 1914-ben a Bell Telephone laboratóriumban. A kereskedelmi forgalomban kapható jobb permalloy ötvözetek relatív permeabilitása általában 100 000 körüli, ami nagyságrendekkel nagyobb, mint a közönséges acél néhány ezres permeabilitása. A magnófejek magját sajtolt permalloy lemezekből rakják össze. A vékony lemezek egyik oldalát szigetelő anyaggal vonják be, hogy az energiaveszteséget, tehát melegedést okozó örvényáramok jóval kisebbek legyenek. Az örvényáramokról szól az alábbi videó.

A szigetelő rétegek gátat jelentenek az örvényáramok számára, így az örvényáramok csak szűk hurokban folyhatnak az egyes rétegek vastagságán belül. Mivel az örvényáramú hurokban az áram arányos a hurok területével, az örvényáramok nagyon kicsire csökkennek. A disszipált, hőenergiává alakuló energia arányos az áram négyzetével, egy nagy mag keskeny rétegekre bontása drasztikusan csökkenti a teljesítményveszteséget.

afv05

Egykor a Budapesti Rádiótechnikai Gyár is gyártott permalloy fejeket. A kép jobb oldalán a svédországi Luxor cégnek készített futóművet láthatod, BRG fejekkel. Azok, akik a néhai magyar ipart anyázzák, nem is sejtik, hogy még az elég szigorú követelményeket támasztó, un. nyugati cégeknek is képes volt a hazai ipar olykor megfelelni, ráadásul e futómű kizárólag magyar alkatrészek és anyagok felhasználásával készült.

afv06

A fejeket kezdetben a müncheni Woelke cég licence alapján gyártották, később a BRG számos fejlesztéssel módosította őket.

afv07

Ameddig olcsóért nem nagyon volt más, szinte minden gyár permalloy fejjel szerelte a magnóit. Például a Kenwood...

afv08

a JVC...

afv09

a Marantz...

afv10

vagy az Akai.

afv11

A permalloynak sokféle módosított változata létezik, ezek egyike a supermalloy, amelyben mangán és molibdén is van, s amelynek relatív permeabilitása 400 000. A permalloy kopásállóságának növelése érdekében az egyik legsikeresebb fejlesztés az un. Crystall permalloy; ebből készült fej van pl Nakamichi Dragonban, ami az egyik legdrágább kazettás magnó volt.

afv12

Az Aiwa néhány walkmanjába is valamiféle kemény permalloy fejet építettek.

afv13

A HX jelzés a „Hyper Extended” rövidítése, ez a fejkialakítás állítólag segítette a mély hangok rögzítését és lejátszását.

afv14

A fémes anyagú ötvezetek közé tartozik a Mu-metal.

afv15

A nevét nem a fém tehénről kapta, hanem a permeabilitás már ismert jeléről, a μ (mu) betűről. A Mu-metal relatív permeabilitása is általában 80 000–100 000; előnye, hogy rugalmasabb, alakíthatóbb és megmunkálhatóbb, mint a permalloy. Ennek az anyagnak is sokféle változata van, Az egyik ilyen készítmény körülbelül 80-82% nikkelt, 16% vasat, 0,8% mangánt, 5% szilíciumot, 0,5% kobaltot, 0,3% rezet, 0,3% krómot, 3,5-6% molibdént, 0,03% foszfort, 0,05% szenet és 0,01% ként tartalmaz. Miként a permalloy, úgy a Mu-metal lemezek is a végső formájuk elérése után hőkezelést igényelnek – mágneses terű hidrogén atmoszférában izzítják őket, ami körülbelül 40-szeresére növeli a permeabilitást. A lágyítás megváltoztatja az anyag kristályszerkezetét, összehangolja a szemcséket, és eltávolít néhány szennyeződést, különösen a szenet. Mu-metal fejeket főként stúdiómagnók felvevő- és lejátszófejében használtak.

afv16

A Sendust fedőnevű ferromágneses fémport Hakaru Masumoto találta föl 1936 körül a permalloy kiváltására.

afv17

A por összetétele jellemzően 85% vas, 9% szilícium és 6% alumínium. Relatív permeabilitása kb. 140 000, és nagyon kicsi a koercitivitása, kb. 5 A/m. A Sendust keményebb, mint a permalloy, kopásállóbb fej készíthető belőle, viszont törékenyebb.

afv18

Noha a pontos összetételét nem kötötték az érdeklődők orrára, a Studer, illetve annak félprofi családja, a Revox a Revodur fantázianevű, valószínűleg spéci permalloyból állította elő a felvevő- és lejátszófejeket. Megjegyzem, hogy a konkurens Telefunken meg Vacodurnak hívta az általa gyártott fejek anyagát, és ez biztosan permalloy volt.

afv19

Az ábrán az 1 jelű a magokat rögzítő belső héj, a 2 jelű a lejátszófej 2μm szélességű rése, a 3 jelű a mag. A következő kép a Revox B77 típus egyik változatáról készült. A jobboldali vezetőgörgő előtt feltűnhet, hogy nem három, hanem négy feje van. A negyedik a diavetítőt vezérlő fej. A szalagra ugyanis ugyanazzal a fejjel impulzusokat lehetett rögzíteni, s azokat lejátszva lehetett léptetni a diavetítőt.

afv20

A Studer magnófej gyártó üzemegysége 2001-ben leégett, s mivel a tevékenysége amúgy is veszteséges volt, a cég befejezte a fejek gyártását.

afv21

A Recovac nevű ötvözet összetétele sem található meg könnyen, de például ezt az anyagot használták a Mechanikai Laboratórium gyártotta fejekhez, és annyit tudunk, hogy nehéz telítésbe vinni, ami a jó jel-zaj viszony feltétele. Érdemes megfigyelned a két fej közötti eltérést. A baloldali sztereó, a jobboldali kétsávos fej. A különbség a fejeken belüli távolság a két mag között. A sztereóé 0,75 mm. A kétsávosé 2 mm. Ennek az az oka, hogy a kétsávos esetben feltételezzük, hogy nem biztosan van összefüggés a sávok tartalma között, tehát nagyobbnak kell lennie az áthallás csillapításnak.

afv22

A magnófejek következő generációját ferritfejeknek hívjuk. Mielőtt arról lenne szó, hogy mi az oka e fejfajta körüli, soha le nem csengő, a mai napig tartó vitának, újabb fogalommal kell megismerkedned: a fejtükörrel. A klasszikus magnófej olyan rúdmágnesnek tekinthető, amelyből gyűrűt hajlítottak, de mielőtt a mágnes két vége összeérne, a gyűrű végén hagytak egy kis rést. A gyakorlatban a gyűrű alakú fejet két részből kell összerakni, de ennek majd később lesz jelentősége.

afv23

A rés persze nem üres, megtömték nem mágnesezhető anyaggal, korábban rézzel, később valamilyen műgyantával.

afv24

A mágneses tér a résben különösen erőssé válik, és intenzíven mágnesezheti a szalagot. Annak érdekében, hogy mágneses tér még jobban izmosodjon a kilépési pontokon, a fej ellentétes mágneses pólusú végeit ráadásul elkeskenyítették. A fejtükör a fejnek a szalag felé eső oldala. A fejtükör ideális esetben hengeresen ívelt felület, amely köré tekerik, vagy amelyhez filccel nyomják a szalagot. A tükör feladata, hogy a szalag a lehető legszorosabban és biztonságosabban illeszkedjen a fejhez. A tükör felületét magasfényűre polírozták. A szalag nyomvonalához igazodó formája miatt tehát a fejtükör a szalagot bizonyos mértékig a fej köré tekeri. Ez javítja a kisebb frekvenciájú jelek felvételét és lejátszását. Nemcsak a gyűrű alakú fejnek van tükre. A fejtükör a fejmag két pólusával, a fejrésben levő töltőanyaggal, valamint a tartó- és szalagvezető alkatrészekkel közös, a fejrésre merőleges felületet alkot.

afv25

A kerámia ferritfejek nagyon kemények, de a „tiszta” ferriteknek alacsony a permeabilitásuk. A „tiszta” ferritek durva szerkezete nagyon megnehezíti a szükséges kis résszélességek előállítását. Az egyszerűbb ferritfejeket főként törlőfejekben használják, mivel ezeknek szélesebb a résük. A reklámokban nagy dicséretnek örvendő ferritfejek általában ötvözetek, de ez mit sem von le az ilyen fejek jó tulajdonságaiból. Az egyik ilyen ferritfej a Technics szabadalma, a „melegen sajtolt ferrit” (HPF). E fejtípus főként a magas hangok felvételének és lejátszásának minőségével büszkélkedett, és a Technics az első szériákra tíz év garanciát vállalt.

afv26

A Sony is gyártott ferritfejes gépeket, azonban ez a cég futott bele leginkább az un. réserrózió nevű rettenetbe, vagyis a rés széleinek töredezésébe.

afv27

A ferritfej gyártástechnológiai szempontból talán legnagyobb előnye, hogy nem vékony kis szigetelt lemezkékből kell összerakni a magot.

afv28

A ferritfej szerkezete tehát más, mint a fémes fejé.

afv29

A fenti kép baloldalán a hagyományos fej vázlatos szerkezete látható. Felhívom a figyelmedet egy látszólagos apróságra: a magot nem egy, hanem két, sorba kötött tekercs ölelgeti, ellentétesen tekerve. Mivel e tekercsek a vasmag két oldalán, a mágnes két ellentétes pólusa felé néznek, az eredő mágnesség a tekercseken folyó áram függvénye, viszont zavarvédelmi szempontból ellentétes fázisúak, tehát a két tekercsre azonos fázisban kerülő zavarjelek kioltják egymást; leghalábbis jelentősen csökken a szintjük, csakúgy, mint a szimmetrikus jelvezetésnél (lásd a sorozat 129. és 193. részét). A magnófejek tekercseinek anyaga egyébként csaknem minden esetben nagy tisztaságú, szigetelt réz, igen ritkán ezüst vagy ezüstözött réz.

A kép jobboldalán látható megoldás hasonlít az Akai un. üvegferrit, GX márkajelű cuccához. Valójában a ferrit ötvözet nem tartalmaz üveget, azt a rés méretének stabilizálásához használják,”beragasztják” az üveget a résbe, s nagyon keskeny rést tudnak így készíteni. Az üvegragasztás kritikus időzítési, hőmérsékleti és légköri szabályozási folyamat, amely kialakítja a rést, és összekapcsolja a két "L" alakú magrészt. Ebben az eljárásban a két "L" magot szétválasztják a kívánt résszélességgel. A hőmérsékletet lassan az üveg olvadáspontja fölé emelik, és körülbelül egy órán át ott tartják. Ebben a csúcshőmérséklet-periódusban a folyékony üveg beáramlik a hézagozott rés üregébe, és megtörténik a kötés. Már megint valami, ami olyan, mint a szex. A teljes folyamat, beleértve a hűtési időszakot is, hat-nyolc órát vesz igénybe. Akkor mégsem olyan. Hasonlóan a mágnesszalaghoz, a ferritanyag sokféle összetételét használják a mágneses fejek gyártásához. A hangrögzítéshez gyártott fejek többsége mangán-cink összetételű; ennek a legnagyobb a relatív permeabilitása és a stabilitása. A ferrit felvevő- és lejátszófejek a maganyag rendkívüli keménysége és összetétele miatt nem kopnak úgy, mint a hagyományos fémes fejek.

afv30

A fenti kép az Akai egyik, kazettás magnóba való, GX felvevő-lejátszó fejéről készült. A GX-nek a fejtükre is üveg, emiatt rendkívül kopásálló, és a szennyezés is kevésbé tapad meg rajta.

afv31

Egy-egy ilyen fejre kezdetben 40, aztán 100 ezer üzemórányi garanciát vállalt az Akai. A GX fejeket tartalmazó magnókból 30 évig jól élt a cég.

afv32

A fotón látható kvadró magnó mifelénk csak álom lehetett, de azokban az országokban is kevesen engedhették meg maguknak, ahol kapható volt. Nekünk a legkisebb tesó jutott, a sorozat több részében emlegetett GX 4000 D.

afv33

Nagyon lehetett szeretni ezt a gépet, akik vigyáztak rá, azoknál szerencsés esetben évtizedek óta működik – és nagyot lehetett benne csalódni. A GX fejek egyik fő fogyatékossága, hogy hamar telítésbe mennek. Ezt más cégek később azzal küszöbölték ki, hogy a rés széleire vékony lágymágneses réteget – pl. sendustot – gőzölögtettek. Ezeket a hibrid fejeket külföldiül metal in gap (MIG) fejeknek hívták, de inkább a képmagnókban és a vincseszterekben terjedtek el. A GX fejek nagyon nem szerették a hirtelen hőmérséklet változásokat, pl. ha a hideg utcáról a meleg szobába vittek egy GX fejes magnót, nagy eséllyel repedt az üveg, s egyébként is más a ferrit és az üveg hőtágulása. A GX fejek legfőbb betegsége, amit az Akai soha nem tudott meggyógyítani, abból adódott, hogy a felvevőfej nagy fejáramot igényelt. Emiatt a mágneses szórás is nagy volt, és a fej oda is mágnesezett, ahová nem kellett volna. A szalagtakarékosság miatt négy sávra osztott szalagok sávkiosztása egy sima - egy fordított.

afv34

A GX fejek gyakran produkálták azt a jelenséget, hogy a másik irányban fölvett jelből visszafele szól valami, vagyis nagy az áthallás. A stúdiómagnók gyártői is próbálkoztak ferritfejek alkalmazásával, például a Telefunken szerelt egyes típusaiba ferritfejet.

afv35

A tapasztalatok olyan rosszak voltak, hogy egy csomó gépet visszaállítottak Vacodurra. A fő probléma az előbbiekben ismertetett áthallás volt. A Vacodur fejekkel ugyanis éppen az áthallást lehetett csökkenteni, különleges alakú lágymágneses lemezekkel úgy, hogy a kilépési pontok felé haladva egyre távolabb kerültek egymástól a fejmagok. Ezt az elrendezést – amelyet persze több gyár, pl. éppen a konkurens Studer is alkalmazott – pillangófejnek hívják.

afv36

Az analóg mágneses hangtechnika utolsó újítása a fejek területén az volt, hogy a mag anyaga amorf lágy mágnes lett. A szilárd halmazállapotú, de nem szabályos kristályos szerkezetű anyagokat nevezzük amorfnak. Ezekben az anyagokban a kristályokra jellemző rendezettség, szabályosság hiányzik, ebből a szempontból szerkezetük inkább a folyadékokra hasonlít. Azonban nem folynak, mert molekuláik belső súrlódása nagy. Szerkezetükből az is következik, hogy egészen mások a tulajdonságaik, mint a kristályos változatoknak. Az amorf anyagoknak nincs határozott olvadáspontjuk, jó áramszigetelők, ugyanis az elektronok nem tudnak elmozdulni bennük. Elektromos ellenállásuk és mechanikai szilárdságuk általában jóval nagyobb, mint a kristályos változataikéi. A magnófej szempontjából fontos amorf fémek (más néven fémüvegek) nagyon jól mágnesezhetők, korrózió- és kopásállóságuk kimagasló. Az amorf fém vagy fémötvözet úgy készül, hogy olvadáspontig felhevítik az anyagot, és egy gyorsan forgó, erősen hűtött hengerbe öntik az olvadékot, tehát mielőtt még magához térne a cucc, már meg is fagyott. A magnófejek esetében ez az olvasztás például lézersugárral, célzottan történt a Sonynál. Azért változnak meg a fémek tulajdonságai, mert szinte az összes tulajdonságuk kristályrácsuk alapján értelmezhető, de amorf állapotban nincsenek kristályrácsok. Az egyszerűbb lágy mágneses amorf ötvözetek vasból, nikkelből és kobaltból állnak. A legnagyobb különbség a többi anyaghoz képest, hogy maradandóan szinte egyáltalán nem mágneseződnek föl, ennek következtében jobb a jel-zaj viszonyuk, és nagyobb frekvenciákat is képesek feldolgozni. Amorf fejekkel szállították például a Studer egyik utolsó magnóját, az A810-et. Ezek is pillangófejek.

afv39

A kazettás magnók közül amorf fej van a Technics RS-AZ7-ben...

afv40

az Aiwa XK-S9000-ben…

afv41

a Denon DRM 800-ban…

afv42

vagy a Sony TC-K870ES-ben.

afv43