テープヘッド

テープヘッドは、テープレコーダーで使用されるトランスデューサーの一種で、電気信号を磁気変動に変換したり、その逆を行ったりします。また、クレジットカードの裏側にある磁気テープには、他の磁気テープと同じようにデータが保存されるため、クレジットカードやデビットカード、ギフトカードの読み取りにも使用できます。カセット、リール式テープ、8 トラック、VHS テープ、さらにはフロッピーディスクや初期のハードドライブディスクも、すべて同じ物理原理を使用して情報を保存および読み取ります。媒体はパターンに従って磁化されます。次に、媒体は電磁石上を一定の速度で移動します。移動するテープは変化する磁場を帯びているため、ヘッド全体に変化する電圧が誘導されます。その電圧は、オーディオの場合は増幅してスピーカーに接続したり、デジタルデータの場合は測定して1 と 0に分類したりできます。

動作原理

テープヘッドの電磁気的配置は、一般的にすべてのタイプで類似しているが、物理的な設計はアプリケーションによって大幅に異なる。たとえば、ビデオカセットレコーダー(VCR)は、らせんスキャンを実行する回転ヘッドを使用するのに対し、ほとんどのオーディオレコーダーは固定ヘッドを使用している。ヘッドは、ドーナツ型またはトロイド型に配置された磁性材料のコアと、その中に非常に狭いギャップが設けられた構造である。このギャップは、金などの反磁性材料で満たされている。^[^要出典^] これにより、磁束がギャップから磁気テープ媒体に空気よりも強く押し出され、また磁束が磁気テープ媒体からギャップに押し出される。したがって、磁束によってテープが磁化されるか、その点のコイルに電流が誘導される。ギャップの反対側のコアに巻かれたワイヤのコイルが、装置の電気側に接続されている。基本的なヘッド設計は完全に可逆的である。ギャップの可変磁場によってコイルに電流が誘導され、コイルの電流によってギャップに磁場が誘導される。

可逆性

ヘッドは原理上、また実際上も多くの場合リバーシブルですが、再生フェーズと録音フェーズでは異なる望ましい特性があります。その 1 つがコイルのインピーダンスです。再生には高インピーダンスが適しており、録音には低インピーダンスが適しています。最高級のテープレコーダーでは、これらの望ましい特性を損なわないように別々のヘッドが使用されています。録音と再生に別々のヘッドを使用すると、録音中にテープから離れた場所でモニタリングできるなど、他の利点もあります。

ヘッドギャップ幅

ヘッドギャップの幅も重要です。ギャップが狭いほど、ヘッドの性能は向上します。ギャップが狭いほど、磁気ドメインの転写がはるかに良くなります (再生ヘッドの場合、高周波信号の出力が大きくなります)。ギャップが狭いことが望ましいということは、ほとんどの実用的なヘッドが、コアの背面に狭い V 字型の溝を形成し、V 溝がちょうど破れるまで前面を研磨して作られていることを意味します。この方法で、マイクロメートル単位のギャップを実現できます。

一方、録音ヘッドのギャップは、再生ヘッドのギャップの 6 倍の大きさで、テープを磁化する磁束が大きくなります。カセットデッキの理想的なギャップサイズは、録音ヘッドのギャップが広く、再生ヘッドのギャップが狭いことです。ギャップが大きくても周波数応答には影響しません。これは、「イメージ」がギャップの後端によって主に生成されるためです。録音/再生複合ヘッドのギャップは、通常、再生専用ヘッドの 3 倍の妥協サイズです。

狭いヘッドギャップには、特に磁気記録の場合にマイナス面もあります。ヘッドギャップが狭いほど、テープ上の信号の直線性を維持するためにより多くのバイアス信号を使用する必要がありますが、その結果、特にテープ速度が遅い場合に、高周波ヘッドルームまたは SOL (飽和出力レベル) が減少します。このため、メーカーは意図したテープ速度とヘッドギャップの間で妥協点を見つける必要があります。

種類

ヘッドの物理的設計は、ヘッドが固定されているか回転しているかによって異なります。いずれの場合も、ギャップがあるヘッドの表面は、過度のヘッド摩耗を避けるために、耐摩耗性が高く非常に滑らかにする必要があります。また、ヘッドギャップの構造上、ヘッドの摩耗によってギャップが広がり、時間の経過とともにヘッドのパフォーマンスが低下する傾向があります。忠実度を高めるには、ヘッドの垂直方向の配置 (方位角) も録音と再生で一致している必要があり、最高の周波数応答を得るには、ギャップをできるだけ垂直に近づける必要があります。ほとんどのテープトランスポート機構では、ヘッドの方位角を機械的に微調整できます。これは自動回路によって実現できる場合もあります。実際の機械的な方位角調整は、特定の種類の結晶材料の圧電効果を利用して行われます。

回転するヘッド

ビデオレコーダー、デジタルオーディオテープ、その他のアプリケーションで使用される回転再生ヘッドは、全体的なテープ搬送速度を低く抑えながら、相対的なヘッド/テープ速度を高くするために使用されます。1 つ以上のトランスデューサが、テープに対して斜めに回転ドラムセットに取り付けられます。ドラムは、テープが通過する速度に比べて高速に回転するため、トランスデューサは、固定ヘッドのようにテープに沿って直線的に描くのではなく、テープ全体に縞模様のパスを描きます。このようなヘリカルスキャンヘッドの摩耗特性はさらに重要であり、高度に研磨されたヘッドとテープが必要です。回転ヘッドの電気信号は、誘導的または容量的に結合されます。ヘッドコイルに直接接続されることはありません。

ヘッドを消去する

消去ヘッドは、録音ヘッドや再生ヘッドと似た構造ですが、ギャップがはるかに大きく、多くの場合、2 つの大きなギャップがあります。録音中、消去ヘッドは高周波ソース (通常は AC バイアスを提供する同じ発振器) から電力を供給されます。安価なカセットレコーダーの設計の中には、録音中のみ移動するテープと接触するように機械的に動かされる永久磁石の消去ヘッドもあります。永久磁石の消去ヘッドは、DC バイアスを備えたマシンで使用されることもあります。

クロスフィールドヘッド

バイアス信号とオーディオ信号の両方を同じ録音ヘッドに送り込む代わりに、いくつかのブランドのオーディオテープレコーダー(特にTandberg、Akai 、およびその米国子会社 Roberts ) では、録音ヘッドとはテープの反対側に別のバイアスヘッドを使用していました。このシステムはクロスフィールドと呼ばれていました。

ヘッド素材

録音ヘッドと再生ヘッドは伝統的に軟鉄で作られています（柔らかさは録音と再生の優れた特性にとって不可欠な条件です）。この素材は極めて優れた電気音響特性を備えていますが、かなり急速に摩耗し、その結果として性能が低下します。一部の高級レコーダーはフェライト製のヘッドを搭載しており、これは優れた電気音響特性を備えながら、摩耗に強い非常に硬い素材です。フェライトの主な欠点は 2 つあり、脆くて損傷しやすいことと、バルクハウゼン効果によりノイズ出力が非常に高いことです。近年では、セラミックを含むより珍しい素材が登場しており、これらは従来の素材の両方の長所を兼ね備えています。