Остановись, мгновенье! Ты прекрасно! (Часть вторая)
В первой части мы беседовали о развитии звукозаписи и телевидения, которое выступало главным заказчиком профессиональной аппаратуры.
Сегодня мы продолжим наш исторический очерк рассказом о видеомагнитофонах.
Заманчивая идея создания видеомагнитофона с использованием достижений магнитной звукозаписи возникла сразу же после появления телевизионного вещания. Трудность реализации этого замысла заключалась прежде всего в том, что полоса частот телевизионного видеосигнала простирается примерно до 6 МГц, что в 300 раз больше верхней частоты звуковых сигналов. Минимальная длина волны записи (следа, оставляемого на магнитной ленте одним периодом частоты), которую тогда удавалось записывать, была 2 мкм. Поэтому для записи частоты 6 МГц при длине волны 2 мкм необходимая скорость ленты относительно головки должна была быть не менее 2х10-6 х 6х106 = 12 м/с. Если при такой высокой скорости использовать метод продольной звукозаписи, возникают две основные трудности. Первая из них связана с воспроизведением наиболее низких и высоких частот видеосигнала. Например, длина волны записи частоты 50 Гц при скорости 12 м/с составляет 12/50 = 0,24 м, т.е. становится чрезмерно большой, практически невоспроизводимой магнитной головкой обычной конструкции и размеров. Способами преодоления этой трудности является сжатие, перенос и разделение спектра видеосигнала на несколько параллельных частотных каналов с использованием соответствующих головок. Вторая трудность обусловлена тем, что при высокой относительной скорости ленты и головки между ними возникает динамичная воздушная прослойка, приводящая к непостоянству контакта и паразитной амплитудной модуляции воспроизводимого сигнала.
Видеомагнитофоны с продольной записью
Один из первых экспериментальных образцов видеомагнитофонов фирмы RCA с продольной записью (1953 г.). Обратите внимание на катушки огромной величины, которые были необходимы, чтобы вместить гигантской длины ленту
Александр Понятов со своим детищем —видеомагнитофоном AMPEX VR-1000
Рекламный бюллетень, выпущенный к выходу видеомагнитофона AMPEX 400. Вот уж поистине «Красота, качество, удобство» (Beauty, performance, convenience)
Первые опыты по магнитной записи телевизионных изображений относятся к 1948 г., когда Бинт-Кросби (США) начал эксперименты по 10-дорожечной продольной записи разделенного на 10 каналов телевизионного сигнала в ограниченном частотном диапазоне. Сигналы кадровой и строчной синхронизации записывались на отдельной одиннадцатой дорожке, а на двенадцатой — сигналы звукового сопровождения. В последнем эксперименте использовалась магнитная лента шириной 9,2 мм, двигающаяся со скоростью 2,5 м/с. Длительность проигрывания катушки с лентой длиной 2400 м составляла 16 минут. Первые воспроизведения были осуществлены в 1952 г., однако выявленные эксплуатационные недостатки оказались неустранимыми, и такая система не получила практического применения.
В предложенной в 1953 г. фирмой RCA (США) установке для записи сигналов цветного телевидения был использован принцип частотного разделения сигналов и их записи на отдельных продольных дорожках. Сигналы цветности (красный, зеленый и синий) в полосе частот до 1,5 МГц записывались на трех дорожках, а высокочастотные составляющие (1,5–3,5 МГц) полного телевизионного сигнала на отдельной четвертой дорожке. Сигналы синхронизации записывались на пятой дорожке, а сигналы звукового сопровождения — на шестой. Скорость движения ленты шириной 1/2 дюйма составляла 9,15 м/с (ї33 км/ч!), что при использовании рулона диаметром 43 см обеспечивало запись в течение 4 минут. Это был первый серьезный успех аппаратуры магнитной видеозаписи, и в 1956 г. компанией NBC даже был введен в эксплуатацию усовершенствованный видеомагнитофон (ВМ) этой системы с уменьшенной скоростью ленты и увеличенной до 15 минут продолжительностью записи.
В 1956 г. способы магнитной записи нескольких составляющих видеосигнала на параллельных продольных дорожках исследовались под руководством Б.И. Черняева в институте звукозаписи (ВНАИЗ, с 1965 г. Всесоюзный научно-исследовательский телевидения и радиовещания, ВНИИТР, г. Москва). Но устройства, реализованные на этом принципе, не обеспечивали записи всего диапазона частот, необходимого для неискаженной передачи полного телевизионного сигнала, и обладали еще тремя недостатками:
— недопустимо большими расходом ленты и размерами катушек;
— значительными флуктуациями скорости движения ленты, приводящими к недопустимым искажениям видеосигнала (временная ошибка в телевизионном сигнале не должна превышать ±1 мкс);
— несоответствием полосы частот, занимаемой видеосигналом (примерно 18 октав), предельной ширине полосы пропускания канала магнитной записи, достигающей всего лишь 10 октав независимо от скорости движения ленты.
Попытки решить последнюю проблему привели в 1958 г. к разработке Британской радиовещательной компанией (ВВС) ВМ, в котором спектр видеосигнала делился на две части: 0–100 кГц и 100 кГц–3 МГц. Низкочастотные компоненты спектра с помощью частотной модуляции преобразовывались в ЧМ-сигнал с несущей частотой 750 кГц и записывались на первой магнитной дорожке. Высокочастотные компоненты спектра записывались на второй дорожке. На третьей дорожке записывалось звуковое сопровождение с использованием частотной модуляции. Лента здесь двигалась со скоростью 5 м/с, и ее рулона диаметром 54 см хватало на 15 минут записи.
Видеомагнитофоны с поперечно-строчной записью
Видеоинженер NASA Ed von Renouard заряжает ленту в один из двух видеомагнитофонов Ampex VR660C, установленных в центре управления полетами (начало 70-х годов прошлого века)
Отечественная разработка — видеомагнитофон «Кадр-1» до сих пор исправно трудится в одной из студий ТРК «Казахстан», г. Алма-Ата. Чтобы оценить его габариты, обратите внимание на контрольный монитор — его диагональ 14 дюймов
Видеомагнитофон Sony (лента 2", уникальный формат Sony PV-100), предназначенный для использования в авиации
Кассета VCR установлена и готова к заправке ленты (а); лента заправлена поворотом платформы по часовой стрелке (б)
Видеомагнитофон Sony CV-2000ACE.
Обратите внимание на колодку разъемов этого аппарата — практически все они нестандартные. Впрочем, в комплекте к магнитофону прилагались соответствующие кабели
Медицинский видеомагнитофон Siemens SIRECORD XH (вес 54,5 кг) использовал для записи две катушки диаметром 10,5', расположенные соосно одна над другой
На этом разработка ВМ с продольной записью зашла в тупик, выходом из которого явился способ поперечно-строчной записи вращающимися головками (ВГ), разработанный и продемонстрированный фирмой АMPEX в 1956 г. Эта американская фирма была основана в начале 40-х годов русским изобретателем А.М. Понятовым под названием, содержащим инициалы АМР своего основателя и первые буквы слова EXellence. В этой фирме начинал свою карьеру тогда молодой студент, а в дальнейшем изобретатель с мировым именем Р. Долби (Ray Dolby).
Основные технические решения, положенные в основу этого способа записи, предложенные сотрудниками фирмы АMPEX Ч. Гинсбургом (Ginsburg) и Ч. Андерсоном (Anderson), состояли в следующем.
1. Высокая относительная скорость «головка-лента» при медленном продольном перемещении ленты получена вращением головки (или головок) относительно ленты. Для этого использовались четыре укрепленные на диске магнитные головки, которые при вращении диска записывали строчки поперек магнитной ленты шириной 50,8 мм.
2. Для согласования спектра частот видеосигнала с полосой пропускания канала магнитной записи предложена широкополосная система частотной модуляции с малым индексом девиации.
Все современные видеомагнитофоны основываются на указанных решениях, хотя некоторые отличия имеются в способе вращения головок в ВМ, предназначенных для различного применения.
Заметим, что идея строчной записи высказывалась еще в 1932 году советским изобретателем К.Л. Юсуповым, а в 1942 году известный советский специалист в области магнитной записи И.С. Рабинович получил в США патент на способ строчной записи. Данный патент действовал на территории этой страны очень недолго и был реализован в четырехголовочном звуковом магнитофоне.
Однако от идеи до ее серийной реализации в ВМ потребовались теоретические исследования и экспериментальные работы в части создания надежной вогнутой направляющей, заставляющей поверхность непокорной магнитной ленты принимать продольно-цилиндрическую форму с высокой точностью.
Следует отметить, что лентопротяжные механизмы всех профессиональных ВМ с поперечно-строчной записью работают с воздушными системами, состоящими из контуров высокого и низкого давления. Контур высокого давления снабжает очищенным сжатым воздухом газовые подшипники электродвигателя ВГ (300 кПа) и направляющие стойки с поддувом воздуха (30 кПа). Сжатый воздух поступает от индивидуального компрессора или от центральной компрессорной станции, обслуживающей несколько ВМ. Контур низкого давления создает разряжение воздуха в вакуумной направляющей (1000±200 Па), узле ведущего вала и в буферных устройствах приемного и подающего узлов. Этот контур обычно обслуживается небольшим вакуумным насосом центробежного типа.
Скорость вращения диска у профессиональных ВМ для телевидения с разверткой 525/60 Гц выбрана 240 об/с, что для развертки 625/50 Гц соответствует 250 об/с. Следовательно, за время одного телевизионного поля (1/50 или 1/60 с) диск с головками совершает 4 или 5 оборотов, записывая 32 или 40 строчек на каждый телевизионный кадр указанных стандартов соответственно. Диаметр диска ВГ равен 52,242 мм, скорость движения вращающихся на нем головок относительно магнитной ленты и ее собственная скорость составляют около 40 м/с и 381 мм/с соответственно.
Выбора столь высокой скорости потребовали характеристики существовавших в то время магнитных лент, важнейшей из которых является разрешающая способность. При верхней частоте телевизионного сигнала 6 МГц и скорости 40 м/с на ленте остается магнитный след 40/6 ї 6,7 мкм, называемый длиной волны записи. Очевидно, что для восприимчивости электромагнитного воздействия на ВГ размеры магнитных доменов рабочего слоя ленты должны быть гораздо меньше этой величины. Это сейчас разрешающая способность магнитных лент 1 мкм и лучше, а на заре видеомагнитофонной эры таких лент еще не было.
Таким образом, ВМ с поперечно-строчной записью — это очень сложные в конструкции и эксплуатации устройства, применимые только на телецентрах.
Система видеозаписи ВГ была защищена несколькими патентами, но их удалось обойти, и ряд фирм, в том числе RCA, Ranc-Cintel (Англия) и Fernseh (ФРГ), также начал выпускать ВМ аналогичной конструкции. В СССР комплексные работы в области магнитной видеозаписи начались в 1958 г., сразу после американской выставки в Сокольниках. На этой выставке состоялась встреча американского посла с Н.С. Хрущевым, которая была записана на видеомагнитофон. Видеолента с записью встречи была подарена Н.С. Хрущеву, который отправил ее на расшифровку во ВНАИЗ, где расшифровать ее не смогли. В условиях «холодной войны» работы по видеозаписи были засекречены, и получение необходимой для расшифровки технической информации исключалось. Поэтому нашим ответом на американский подарок стало поручение ЦК КПСС создать отечественные видеомагнитофоны в Москве (ВНАИЗ) и Ленинграде (Ленкинап). В основу варианта завода «Ленкинап» (ЛОМО) был положен принцип поперечно-строчной записи на магнитную ленту шириной 70 мм, что было вызвано более высокими требованиями отечественного стандарта к вещательному телевизионному сигналу. Кроме того, на ленту могли записываться два канала звукового сопровождения для двуязычного вещания в союзных республиках. В декабре 1959 года Государственному комитету по науке и технике (ГКНТ) был предъявлен и принят первый отечественный видеомагнитофон КМЗИ, разработанный Ленинградским заводом «Ленкинап» при участии Всесоюзного научно-исследовательского института телевидения (ВНИИТ, г. Ленинград), и Научно-исследовательского кино/фотоинститута (НИКФИ, г. Москва). В процессе работы комиссии ГКНТ 24 декабря 1959 г. на заводе «Ленкинап» были произведены запись и воспроизведение 30-минутной программы Ленинградской студии телевидения и программы передвижной телевизионной станции.
Таким образом, 24 декабря 1959 года — день рождения магнитной видеозаписи телевизионных программ в нашей стране. Выполнено это было на отечественной аппаратуре с использованием отечественной элементной базы. Правда, выбор ширины магнитной ленты 70 мм в дальнейшем был признан ошибочным, так как такая лента за границей не использовалась, т.е. исключалась возможность воспроизведения зарубежных видеозаписей.
Вскоре, 20 февраля 1960 г., Центральным телевидением впервые был передан концерт, записанный видеомагнитофоном «Кадр-1», созданным коллективом разработчиков ВНАИЗ (А.В. Гончаров, В.И. Лазарев, Л.Г. Лишин, А.Б. Штейн и др.) под руководством В.И. Пархоменко. Газета «Советская Россия» в заметке «Это вы увидите сегодня» сообщила об экспериментальной телепередаче магнитной видеозаписи эстрадного концерта. Программу вела известная в то время диктор Светлана Жильцова из концертной студии Дома звукозаписи, где были установлены видеокамеры. Кабели от них были подключены к видеомагнитофону, находящемуся на 6 этаже. Записанный концерт был воспроизведен c подачей аудио/видеосигналов по кабелям на ПТС, подъехавшую к Дому звукозаписи на ул. Качалова, 24, и передан через телецентр на Шаболовке в эфир. В аппарате «Кадр-1» использовалась поперечно-строчная запись на магнитную ленту шириной 50,8 мм (2 дюйма).
Один или несколько видеомагнитофонов опытной партии не решали проблему оснащения многочисленных телецентров России, необходимо было налаживать серийное производство этой высокоточной и совершенно новой техники. Ленинградцам было проще, так как у них был свой завод «Ленкинап». Москвичи долго искали производителя видеомагнитофонов серии «Кадр», пока наконец в 1963 г. нашли в Новосибирске завод «Точного машиностроения» (его основатель и директор В.П. Королев, именем которого названа одна из улиц Новосибирска).
Всего было выпущено около 200 видеомагнитофонов «Кадр-1» и КМЗИ, и в 1968 г. на смену им пришли ВМ второго поколения «Кадр-3» и «Электрон-2», отличающиеся способностями видеозаписи сигналов цветного телевидения, лучшими электрическими параметрами и более широкими эксплуатационными возможностями. Первая цветная передача Центрального телевидения с ВМ состоялась 27 сентября 1967 г. Для записи цветных сигналов первоначально использовался модифицированный ВМ «Кадр-1Ц».
Высокая стоимость и сложность первых моделей ВМ предопределили их применение практически только в телевизионном вещании. Первоначально ВМ использовались как устройства для записи и последующего воспроизведения готовых программ. В дальнейшем с их помощью стало возможным осуществить подготовку программ, и область их применения расширилась. В настоящее время ВМ оснащены все телевизионные центры.
Наряду с возможностью воспроизведения программы немедленно после окончания записи, телевидение было заинтересовано в гибкости и удобстве монтажа программ, использовании микширования и специальных эффектов. Необходимо было также получить высокое качество изображения, в том числе и цветного, при многократной перезаписи программ. Хотя ВМ обеспечивали достаточно высокое качество изображения при воспроизведении оригинала, стабильность воспроизводимого сигнала была недостаточна для микширования программ черно-белого телевидения и совершенно неудовлетворительна для программ цветного телевидения. Взаимозаменяемость видеозаписей из-за производственных погрешностей изготовления лентопротяжных механизмов (ЛПМ) также была недостаточной. Часто ранее записанную программу приходилось воспроизводить именно тем же блоком ВГ, который использовался при ее записи.
Видеомагнитофоны с наклонно-строчной записью
Катушечный видеомагнитофон черно-белого изображения Panasonic NV-204 (лента 1", две видеоголовки, конец 60-x годов прошлого века)
Портативный видеомагнитофон AKAI VTS-150 (лента 1/4", 1974 г.) имел на борту вещательный корректор временных искажений (TBC) и предназначался для выездных телевизионных съемок
Портативный видеомагнитофон AMPEX/NAGRA VPR-5 (лента 1" тип C, 1984 г., производство Швейцарии) использовался совместно с видеокамерой для записи телепередач в полевых условиях
Профессиональный видеомагнитофон Sony BVU-850 формата U-Matic SP — надежнейшая машина, такие до сих пор используют в некоторых видеоаппаратных
Иллюстрация из рекламного буклета, выпущенного к выходу первого домашнего видеорекордера Philips VCR1500 (формат VCR, 1974 г.)
Видеомагнитофон Grundig BK2000 COLOR формата VCR, выполненный в слим-дизайне (высота аппарата 13 см)
Видеомагнитофон Sony SL-C6ES формата Betamax со стереосопровождением
Следующим значительным шагом в развитии магнитной видеозаписи было появление в 1961 г. наклонно-строчного метода записи, который был разработан для упрощения электромеханической и электрической части видеомагнитофона. ВМ начали производиться не только для эфирного телевизионного вещания, но и для замкнутых систем телевизионного вещания. Были разработаны устройства сначала для механического, а затем и для электронного монтажа. Впоследствии точность монтажа была доведена до одного кадра с возможностью предварительного просмотра и исправления ошибок. С помощью ВМ были созданы системы для покадрового производства мультфильмов. Применение временного управляющего кода позволило обеспечить автоматический монтаж программ, при котором поиск места монтажа на обоих ВМ и сам монтаж осуществляются без участия оператора по заранее составленной программе.
Временная нестабильность воспроизводимого сигнала была значительно уменьшена, что вместе с улучшением отношения сигнал/шум обеспечило возможность многократной перезаписи программ сигналов цветного телевидения. Этому также способствовало повышение частоты сигнала, записываемого на ленту. Взамен целого ряда ручных регулировок были введены автоматические, что увеличило стоимость ВМ.
Вместе с тем, применение ВМ в других областях и особенно как бытовой аппаратуры требовало их удешевления с приемлемым качеством воспроизводимого изображения. Это представляло собой сложную задачу, первые успехи в решении которой были достигнуты в начале 60-х годов в Японии, США и Голландии.
Широкое распространение, эксплуатационные удобства и относительно невысокая стоимость современных бытовых ВМ во многом обеспечивается двумя конструктивными признаками. Первым из них является применение наклонно-строчного способа записи, а вторым — использование кассеты, которая вместе с содержащейся в ней магнитной лентой загружается в ВМ.
Суть наклонно-строчной записи заключается в том, что в зоне контакта магнитной ленты с вращающимися головками ей придается изгиб в форме отрезка винтовой спирали, внутри которой вращается диск или коромысло с одной или двумя видеоголовками. Записываемые таким образом строчки находятся под небольшим (несколько градусов) углом к краю магнитной ленты и поэтому могут быть значительно длиннее, чем при поперечно-строчной записи. Если при этом обеспечить угол охвата блока видеоголовок (БВГ) 180°, то непрерывную видеозапись можно реализовать двумя видеоголовками, а если 360°, то одной. Возможны варианты и с другим количеством ВГ, главное, чтобы при этом сохранялся формат записи.
Еще в конце 50-х годов некоторыми фирмами были предприняты попытки создания ВМ с наклонно-строчной записью, так как к этому времени преимущества подобных ВМ по сравнению с 4-головочными аппаратами, в частности, по эксплуатационным расходам, стали очевидны. Например, в те годы японской фирмой JVC и американской Telechrom IVC был разработан первый 2-головочный ВМ для телевизионного вещания, технические характеристики которого были на уровне требований того времени. Однако широкого распространения эти ВМ не получили, так как в них был использован способ наклонно-строчной записи с малым углом наклона строчек записи, причем сами строчки имели слишком большую длину по сравнению с шириной. Деформации магнитной ленты, возникающие из-за теплового растяжения и непостоянства ее натяжения, а также, из-за неточности изготовления узлов ЛПМ, изменяли конфигурацию строчек записи так, что это приводило к невыполнению важнейших требований по взаимозаменяемости записей, сделанных на различных ВМ одного формата. Это не только ограничило распространение одно- и двухголовочных ВМ в телевидении, но и в то время полностью исключало возможность крупномасштабного производства бытовых ВМ.
Тем не менее работы по усовершенствованию ВМ с наклонно-строчной записью продолжались. В 1964 г. появились такие катушечные видеомагнитофоны, например Panasonic Video Master, работающий на дюймовой магнитной ленте с разновысоким расположением подающей и приемной катушек. В 1969 году Ассоциация электронной промышленности Японии (EIAJ) стандартизировала основные параметры аналогичного формата СР-504 черно-белой видеозаписи на полудюймовой магнитной ленте. Несколько японских фирм тут же стали выпускать видеомагнитофоны этого формата. К ним относятся модели Panasonic NV-3020 (1969 г.) и Sony CV-2000ACE, некоторые особенности конструкции ЛПМ которых показаны на рисунке (см. врезку). Видеомагнитофон формата EIAJ СР-504 привлек внимание генерального директора воронежского НПО «Электроника» В.Г. Колесникова, в дальнейшем последнего Министра электронной промышленности СССР, основавшего завод «Видеофон» по выпуску видеомагнитофонов с наклонно-строчной записью. Первым отечественным видеомагнитофоном формата EIAJ СР-504 был «Электроника 501», внешне очень похожий на японские аналоги.
В результате эксплуатации катушечных видеомагнитофонов выяснилось, что одной из причин, ограничивающих темпы роста выпуска бытовых ВМ, является сложность процесса заправки ленты. Людям, которые даже имеют отношение к технике, необходимо внимательно заправлять ленту в ЛПМ, так как любые ошибки при этом делают нормальную работу ВМ невозможной. Однако значительная часть населения не может, не хочет или не имеет времени этим заниматься каждый раз, когда возникает желание послушать музыку или посмотреть видеофильм. В 1963 г. проблема упрощения заправки ленты была решена голландской фирмой Philips, разработавшей компакт-кассету для звукового магнитофона, внутри которой содержалась магнитная лента, перемещающаяся с одной катушки на другую. Эта кассета получила мировое признание, так как надежно защищала ленту в период ее хранения и могла быть оперативно вставлена в аппарат или вынута из него в любой момент даже ребенком.
За период развития магнитной видеозаписи было разработано большое количество разнообразных форматов. Сегодня наиболее распространены форматы с записью на магнитную ленту шириной 12,7; 8 и 6,35 мм. Их реализация стала возможной благодаря серьезным технологическим достижениям в области магнитной записи:
— разработке высокоэффективных магнитных головок с узким рабочим зазором;
— выпуску высокоразрешающих магнитных лент с большой коэрцитивной силой;
— повышению качества поверхности и точности сохранения геометрических параметров лент;
— улучшению точности и качества изготовления компонентов ЛПМ и БВГ.
Успешному развитию бытовой видеозаписи способствовали также достижения в области систем автоматического регулирования и разработки новых способов обработки сигналов.
Первостепенной задачей конструкторов бытовых видеомагнитофонов является сокращение расхода ленты, обеспечение взаимозаменяемости записей, а также уменьшение массогабаритных показателей. Очевидно, для этого следует уменьшать скорость движения ленты, ширину строчек записи и зазор между ними. Параметры основных форматов наклонно-строчной записи, разработанныe в 70-х годах минувшего века, приведены в таблице на стр.64.
В 1971 г. японская фирма Sony поставила на рынок первый вариант кассетного ВМ, реализованного в соответствии с форматом U-Matic, в котором использовалась кассета с лентой шириной 3/4 дюйма (19,5 мм). Формат U-Matic принципиально отличается от СР-504 одинаковым, а не противоположным направлением движения магнитной ленты и ВГ, т.е. векторы их скоростей образуют острый, а не тупой угол. Это обеспечило более стабильный контакт ВГ с лентой и уменьшение шумов цветности, хотя и за счет чуть меньшей относительной скорости. ВМ U-Matic получились очень надежными, а их функциональные возможности настолько расширились, что они стали использоваться и в профессиональных целях для изготовления рабочих копий записей, полученных на 4-головочных ВМ, с целью дальнейшей обработки, например, для электронного монтажа. В дальнейшем аналогичные ВМ стали выпускаться и другими фирмами, в частности JVC, и вплоть до конца 80-х годов они служили эталоном качества изображения для ВМ, работающих на полудюймовой магнитной ленте.
Важнейшими форматными параметрами ВМ с наклонно-строчной записью являются диаметр БВГ, угол расположения на его поверхности опорной винтовой направляющей для магнитной ленты и константа k, задающая количество строк телевизионного сигнала, проходящих за пол-оборота диска БВГ. Константа k зависит от скорости движения магнитной ленты и обычно выбирается равной полу-целому количеству строк телевизионного растра, содержащего в зависимости от ТВ-стандарта 262,5 или 312,5 строк в каждом поле. Такой выбор получил название метода строчной корреляции, так как записываемые при этом в смежных строчках синхроимпульсы телевизионного сигнала оказываются на ленте рядом, а воспроизводимые видеосигналы — хорошо коррелированными, т.е. создающими минимум перекрестных помех, возникающих из-за неточностей следования воспроизводящих головок по строчкам записи. Константа k считается положительной, если векторы скорости видеоголовки Vг и магнитной ленты Vл по направлению почти совпадают (находятся под острым углом), и отрицательна, если направления этих векторов почти противоположны (находятся под тупым углом).
В 1972 г. на рынке появились полудюймовые ВМ формата VCR (Video Cassette Recorder), разработанного Европейскими фирмами Philips и Grundig. Таким образом, был дан старт грандиозной битве форматов, которая продолжалась почти 10 лет и завершилась победой бытовых ВМ формата VHS (Video Home System), разработанного фирмой JVC при поддержке других японских фирм. Заметим, что союз голландской фирмы Philips (в данном случае интересной как изобретатель удачной магнитофонной кассеты) и немецкой Grundig (прославившейся как создатель магнитофонов с лучшими в мире ЛПМ) по тем временам был самым сильным европейским альянсом в области магнитной записи, и только он имел шансы на успех в предстоящей схватке титанов за рынок бытовых ВМ.
Первые образцы ВМ записывали на ленте строчки с защитными промежутками между ними и поэтому имели ограниченное, по современным понятиям, время воспроизведения изображения, записанного на одной кассете. Например, ВМ формата U-Matic имел кассету размерами 221х140х32 мм с катушками, расположенными на одном уровне, которой хватало на 63 минуты. В отличие от нее кассета VCR имела соосно (одна над другой) расположенные катушки, размеры 143,3х127х41 мм, и ее хватало на 45 минут. Такой продолжительности недостаточно для записи полнометражного фильма, что было весьма существенным недостатком первых ВМ. Кроме того, у ВМ обоих типов был довольно сложный механизм заправки с поворотной платформой, прецизионно выставленными на ней направляющими стойками и опорной винтовой направляющей на поверхности БВГ. Схема механизма для ВМ формата VCR показана на рис. 7. Здесь БВГ 3 смонтирован на поворотной платформе 2, на которой запрессованы две направляющие стойки Р. После введения кассеты в ВМ эти стойки оказываются за магнитной лентой и извлекают ее из кассеты, заправляя вокруг БВГ поворотом платформы по часовой стрелке. Угол охвата БВГ магнитной лентой несколько превышает 180°, что вполне достаточно для нормальной работы 2-головочных ВМ. После поворота платформы прижимной ролик 4 и двухдорожечная синхрозвуковая головка входят в контакт с лентой через окно в боковой стенке кассеты.
Увеличить продолжительность видеозаписи позволяет использование только одной ВГ с пропуском полей, т.е. только одного поля телевизионного изображения. Во вторую ВГ ток записи не подается, а при воспроизведении каждая строчка записи воспроизводится дважды. Для получения чересстрочного видеосигнала, необходимого для нормальной работы телевизора, воспроизводимые двумя ВГ сигналы сдвигаются относительно друг друга на время, равное половине длительности телевизионной строки. Сдвиг по времени может обеспечиваться линией задержки или соответствующим угловым смещением, например ВГ относительно ВГ1 на 180° + 17'16,8". Если при этом сдвиг ВГ по высоте сделать равным длине рабочего зазора, то получится полукадровая запись удвоенной продолжительности без защитных промежутков. Так как качество изображения при записи только половины строк (312,5) ухудшается не очень заметно из-за частотных ограничений (максимальная четкость полноформатной записи 625 строк составляет 240 ТВЛ), именно полукадровые ВМ впервые обеспечили приемлемую продолжительность записи на одном носителе — 2 часа. Заметим, что возможность получения временного сдвига путем углового смещения ВГ позволяет выбирать форматную константу k сдвига строчек записи целым числом.
В 1975 г. фирмой Sony был впервые продемонстрирован видеомагнитофон формата Beta с записью без промежутков между сточками. У этого ВМ рабочие зазоры ВГ находились под углами + или –a относительно перпендикуляра к направлению строчки записи, что позволило исключить межстрочные промежутки при сохранении качества изображения. При этом удалось снизить скорость ленты и увеличить до 195 минут продолжительность записи на одну кассету размерами 156х96х25 мм с более тонкой (20 мкм) магнитной лентой. Несколько позже в том же году появились первые ВМ формата VHS. Модификации PAL/SECAM видеомагнитофонов Beta появились на европейском рынке в 1978 г. Схема заправки магнитной ленты, применяемая в ВМ формата Beta отличается от аналогичного у кассетных ВМ VCR в основном «одноэтажностью» кассеты и БВГ меньшего диаметра, но не менее сложна. Это является, пожалуй, основным недостатками ВМ обоих форматов, которые предопределили их поражение в грядущем сражении с ВМ VHS.
Европейский ответ на японские форматы Beta и VHS последовал незамедлительно в виде ВМ форматов VCR-LR и SVR. Эти ВМ разработаны с использованием БВГ и кассеты VCR с уменьшенной скоростью более тонкой магнитной ленты (15 мкм), но механизм заправки остался старым. Впрочем, уже тогда появились слухи о том, что Philips и Grundig готовят нечто необыкновенное с переворачивающейся кассетой и системой автоматического слежения за строчкой записи, надеясь повторить успех, сопутствующий звуковой компакт-кассете.
Тем временем в Советском Союзе мелкими партиями выпускалось несколько ВМ форматов EIAJ, VCR и VCR LP, в частности, модели «Электроника-501» и «-508» в Воронеже, «Электроника 590» и «-591» в Новгороде, «Спектр-203» во Львове, «Сатурн-505» в Раменском и полукадровый «Электроника Л1-08» в Ленинграде. С перечисленными моделями автору этих строк пришлось непосредственно столкнуться, разрабатывая учебный курс по видеомагнитофонам в Московском технологическом институте. Оказалось, что все они из-за плохой взаимозаменяемости записей и низкой ремонтоспособности мало пригодны для использования в учебном процессе. В результате экспериментов лучшим из них был признан «Электроника-591», выпускаемый заводом «Спектр» ПО «Комплекс» Министерства электронной промышленности. О том, как удалось в уже погибающем Советском Союзе освоить производство бытовых видеомагнитофонов формата VHS, читатели смогут узнать в одном из следующих номеров журнала.
Лентопротяжный механизм видеомагнитофона Sony CV-2000ACE
Основной проблемой ЛПМ наклонно-строчных видеомагнитофонов является точность реализации положения и геометрических параметров строчек записи на магнитной ленте, т.е. формата записи. Для этого в данном случае все компоненты ЛПМ (цилиндр с головками, все направляющие, ведущий вал, прижимной ролик, поверхности неподвижных головок и пр.) должны быть строго перпендикулярны основанию ЛПМ (допустимая погрешность измеряется единицами и долями секунд). Для того чтобы обеспечить естественный заход магнитной ленты на поверхность цилиндра Н и ее последующий выход, поверхности направляющих стоек G и I, контактирующие с лентой, выполнены конической формы. В результате формируется тракт движения магнитной ленты с постепенным переходом между уровнями подающей и приемной катушки. Кроме того, на неподвижной части цилиндра с вращающимися головками с высокой точностью установлена опорная винтовая направляющая Guide band — отрезок износостойкой металлической ленты, с которой должен контактировать опорный край магнитной ленты, причем так, чтобы при этом лента одинаково плотно прилегала к поверхности цилиндра.
Как показала практика, описанный механизм не подходит для крупносерийного производства, так как даже при надлежащей точности выполнения его компонентов требует трудоемких ручных операций, например, по установке опорной направляющей и точной «посадке» на нее магнитной ленты, что под силу лишь механикам высочайшей квалификации. Следует также отметить особые требования, предъявляемые к системам автоматического регулирования скорости ленты и вращения диска с головками. Так как никакие ошибки по скорости здесь недопустимы, эти системы должны быть астатическими, работать синхронно и отрабатывать ошибки, возникающие из-за проскальзывания магнитной ленты в узле ее протягивания ведущим валом и прижимным роликом. Для этого при видеозаписи комбинированной головкой К на ленту записываются импульсы управления, которые при воспроизведении сравниваются с кварцованной опорной частотой с устранением ошибок. Звуковая часть головки К содержит дополнительную стирающую головку, обеспечивающую стирание старой фонограммы на участке после головки Е, стирающей магнитную ленту по всей ее ширине.
Перевод обозначений.
А — подающая катушка с магнитной лентой;
В — подвижная стойка датчика натяжения ленты;
С — направляющий ролик;
D, F, J — направляющие стойки
(цилиндрические);
Е — головка общего стирания;
G, I — направляющие стойки (конические);
Н — вращающийся цилиндр
с головками;
К — головка комбинированная универсальная (синхрозвуковая);
L — ведущий вал;
М — прижимной ролик;
N — датчик автостопа (наличия ленты); O — приемная катушка;
Guide band — винтовая направляющая;
video tape — магнитная лента.