A mágneses hangrögzítők világa: Fejtechnológia és egy régi Hifi modernizálása
A vintage hifi berendezések sokak számára jelentenek nosztalgikus értéket és kiváló hangminőséget. Azonban a modern audioforrások, mint például egy médialejátszóval rendelkező játékkonzol, integrálása ezekbe a régi rendszerekbe gyakran kihívást jelent. Ez a cikk egyrészt bemutatja, hogyan oldható meg egy audió bemenet hozzáadása egy régi hifihez anélkül, hogy kárt tennénk benne, másrészt pedig részletesen ismerteti a mágneses hangrögzítő fejek technológiáját, fejlődését és anyagtudományi hátterét, hiszen a magnófejek az ilyen rendszerek kulcsfontosságú elemei.
I. Egy régi Hifi modernizálása: Az AUX bemenet kihívása
Sok háztartásban található még egy régi hifi, mely bakelit lemezjátszóval, rádióval és két magnóval rendelkezik. Az egyik gyakori igény, hogy szeretnénk rá egy audió bemenetet, például egy PlayStation 2 rákötésére, melyen média lejátszó is található. A cél az, hogy a jel a rádió fejére érkezzen, nem a végfokra. Ez azért is fontos, mert nem egy olyan hifiről van szó, amit szívesen szétfűrészelünk, szétvágunk. A tulajdonos egyetlen irányból hajlandó megoldani a bemenetet, ez pedig a fej, mert mind a rádióra, mind pedig a lemezjátszóra szükség lehet még.
Régebbi próbálkozások során sokan használtak kazetta adaptert, azonban ez a megoldás gyakran nem a legjobb a hangminőség szempontjából, és az egyik oldal nem szól rendesen, ráadásul ez így csak tákolásnak minősül.
II. Hangkötés a hangerő potméteren keresztül
A végfokra történő közvetlen csatlakozás helyett egy alternatív és kevésbé invazív megoldás a hangerő potméter lábaira való csatlakozás. Nagy valószínűséggel a hangerő potméter lábaira csatlakozva egy normál erősítőként használhatnánk a rendszert, ugyanis nagyrészt ez az előfok elé van bekötve, így megkerülhető a fej után következő illesztő-erősítő fokozat. Ez esetben is le kell nyomni a play gombot, mert általában ez kapcsol feszültséget az előfokra.
A bekötés során a hangerő szabályzó testelt és középső lábára kötjük rá a vonalszintű jelet, árnyékolt kábellel, hogy teljesen csendes legyen a hang. Ezzel párhuzamosan egy 10 kohmos ellenállás és egy 100 nF kerámia kondi is szükséges, amit sorba kell kötni a bemenet melegpontjával az illesztés miatt. Ez a módszer tökéletesen bevált, és egyetlen műsorforrásról sem kell lemondani hozzá, a magnó is továbbra is szól.
DIY Spy Microphone from old light Bulb - Listening trough walls with this mic
III. A mágneses hangrögzítő fejek működési alapjai
A mágneses hangrögzítők legkülönlegesebb részei a fejek. 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. Ezért az volna a legjobb, ha a koercitivitásuk és a remanenciájuk nulla lenne.
A mágneses indukció (B) és a mágneses térerősség (H) között a permeabilitás (μ) teremt kapcsolatot, melyet a B=μ*H képlet ír le. A permeabilitás neve a latin permeare „átengedni” szóból származik, és a közeg mágneses tere „áteresztő képességének” foghatjuk fel. 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 két szorzótényező szorzata: a vákuum permeabilitása (μ0) és a relatív permeabilitás (μr). Számunkra ez utóbbi a lényeges, mivel azt mutatja meg, hogy a vákuum permeabilitásának hányszorosa az anyag permeabilitása. A lágy mágneses anyagok felturbózzák a mágneses teret, és két alapvető fajtájuk van: a fémes anyagok, valamint a kerámiák (ferritek).
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.
IV. Fejtípusok és anyagaik részletesen
Permalloy és rokon ötvözetek
A permalloy egy 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 okozó örvényáramok jóval kisebbek legyenek.
Egykor a Budapesti Rádiótechnikai Gyár is gyártott permalloy fejeket, sőt még a szigorúbb követelményeket támasztó cégek, mint például a svéd Luxor, is használták a BRG fejeket. Ameddig olcsóért nem nagyon volt más, szinte minden gyár permalloy fejjel szerelte a magnóit. 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. Mu-metal volt, melynek nevét a permeabilitás μ (mu) betűjéről kapta. 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, például egy 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 por összetétele jellemzően 85% vas, 9% szilícium és 6% alumínium, relatív permeabilitása kb. 140 000, és nagyon kicsi a koercitivitása, kb. 5 A/m. 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. 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.
| Anyag | Fő összetevők | Relatív permeabilitás (μr) | Megjegyzés |
|---|---|---|---|
| Permalloy | 80% nikkel, 20% vas | ~100 000 | Lemezezett magok, alacsony örvényáram. |
| Supermalloy | Mangánnel és molibdénnel ötvözött permalloy | ~400 000 | Magasabb permeabilitás. |
| Mu-metal | Nikkel, vas, mangán, szilícium, kobalt stb. | 80 000 - 100 000 | Rugalmasabb, alakíthatóbb, hőkezelést igényel. |
| Sendust | 85% vas, 9% szilícium, 6% alumínium | ~140 000 | Nagyon kicsi koercitivitás. |
Ferritfejek
A magnófejek következő generációját ferritfejeknek hívjuk. A klasszikus magnófej olyan rúdmágnesnek tekinthető, amelyből gyűrűt hajlítottak, de mielőtt a mágnes két vége összeérne, a gyűrű végén hagytak egy kis rést. 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, és a szalag nyomvonalához igazodó formája miatt a fejtükör a szalagot bizonyos mértékig a fej köré tekeri. Ez javítja a kisebb frekvenciájú jelek felvételét és lejátszását.
A kerámia ferritfejek nagyon kemények, de a „tiszta” ferriteknek alacsony a permeabilitásuk. A durva szerkezetük nagyon megnehezíti a szükséges kis résszélességek előállítását, ezért az egyszerűbb ferritfejeket főként törlőfejekben használják, mivel ezeknek szélesebb a résük. A reklámokban nagy dicséretnek örvendő ferritfejek általában ötvözetek, mint például a Technics szabadalma, a „melegen sajtolt ferrit” (HPF).
Az Akai GX (üvegferrit) márkajelű megoldása például üveget használt a rés méretének stabilizálásához, „beragasztva” az üveget a résbe, így nagyon keskeny rést tudtak készíteni. Az üvegragasztás kritikus időzítési, hőmérsékleti és légköri szabályozási folyamat, amely kialakítja a rést, és összekapcsolja a két "L" alakú magrészt. A magot nem egy, hanem két, sorba kötött tekercs ölelgeti, ellentétesen tekerve. Ez a megoldás a zavarvédelem szempontjából kedvező, mivel az ellentétes fázisú tekercsekre azonos fázisban kerülő zavarjelek kioltják egymást, vagy legalábbis jelentősen csökken a szintjük.
A GX fejeknek azonban voltak fő fogyatékosságaik: hamar telítésbe mentek, és nem szerették a hirtelen hőmérséklet-változásokat (pl. hideg utcáról meleg szobába hozva könnyen repedt az üveg, mivel a ferrit és az üveg hőtágulása eltérő). A legfőbb betegség az Akai soha nem tudta 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 GX fejek gyakran produkálták azt a jelenséget, hogy a másik irányban fölvett jelből visszafelé szól valami, vagyis nagy volt az áthallás. Ezt később más cégek 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 Vacodur fejekkel éppen az áthallást lehetett csökkenteni, különleges alakú lágymágneses lemezekkel úgy, hogy a kilépési pontok felé haladva egyre távolabb kerültek egymástól a fejmagok.
Amorf fejek
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. 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.
V. A magnófejek további jellemzői és gyakorlati szempontok
A fejek konfigurációja is változatos lehet. Például, ha egy képen látható egy baloldali sztereó és egy jobboldali kétsávos fej, a különbség a fejeken belüli távolság a két mag között: a sztereóé 0,75 mm, a kétsávosé 2 mm. Egyes speciális rendszerekben, mint például a Revox B77-es típus egyik változatánál, akár négy fej is előfordulhat, ahol a negyedik a diavetítőt vezérlő fej.
A régi Unitra Magno készülék esetében például a kazettaajtón nincs lassítás. Bár a számláló ablaka beesett, és a görbe tolórúd is hibát jelez, a magnó belseje ettől függetlenül szép, rendezett és áttekinthető lehet. A mechanika azonban nincs letestelve, ami szétszerelés esetén erős gerjedést okozhat az erősítőben. A vezetékek sokkal masszívabbak, mint más gyártók, például a Tesláéknál. Fontos a szalagpálya épsége is, ám a görgők kopása gyakori probléma, ami befolyásolhatja a szalagfeszességet és a hangminőséget. A fejek tisztasága elengedhetetlen a jó hangminőséghez.
