Магнитные ленты для компакт-кассет подразделяются на три основных типа, различающиеся уровнем подмагничивания при записи и постоянной времени цепей частотной коррекции при воспроизведении. Характеристики и обозначения типов лент регламентированы стандартом МЭК-94 (IEC-60094). Исторически, тип МЭК-I (IEC I) включал ленты на основе гамма-оксида железа, тип МЭК-II — ленты на основе диоксида хрома и близкие к ним по магнитным свойствам феррокобальтовые ленты, наиболее совершенный и дорогой тип МЭК-IV — металлопорошковые ленты. В 1980-е годы появились ленты со сверхтонкими рабочими слоями из напылённого металла (ME), металлопорошковые ленты МЭК-II и МЭК-I и широко распространились высококачественные феррокобальтовые ленты МЭК-I («суперферрики»). Качественный разрыв между лентами трёх типов сократился: лучшие ленты МЭК-I разработки 1980-х годов на равных конкурировали с металлопорошковыми лентами.

Двухслойные феррохромные ленты, стандартизованные под обозначением МЭК-III, распространения не получили. Обозначение тип 0, не предусмотренное МЭК-94, техническая пресса применяла для устаревших лент 1960-х годов, не соответствовавших стандарту, а также для низкокачественных некондиционных или контрафактных лент.

Основные характеристики магнитных лент

Магнитные характеристики

Для обеспечения магнитной записи в рабочем слое ленты используются магнитотвёрдые порошковые ферромагнетики или ферримагнетики — материалы, требующие значительных внешних намагничивающих воздействий и сохраняющие («записывающие») значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего воздействия. Основными магнитными характеристиками лент являются: остаточная индукция насыщения определяет верхний предел уровня записи, для разных материалов составляет от 1100 до 3500 Гс. Это важнейшее свойство ленты, которое определяет её динамический диапазон; коэрцитивная сила характеризует уровень внешнего воздействия, которое необходимо для размагничивания и подмагничивания ленты. В серийных лентах величина коэрцитивной силы составляет примерно от 350 до 1200 Э. Чем выше этот показатель, тем меньше запись подвержена влиянию электромагнитных помех и самопроизвольному размагничиванию на высоких частотах. С увеличением коэрцитивной силы уменьшается магнитная проницаемость рабочего слоя, что способствует снижению слойных и контактных потерь при записи; коэффициент квадратности петли гистерезиса служит мерой линейности магнитной записи. Чем он ближе к единице, тем медленнее нарастают нелинейные искажения при записи и тем полнее используются возможности ленты в пределах остаточной индукции. Наилучшая линейность достигается при плотной упаковке принудительно ориентированных игольчатых магнитных частиц, наихудшая линейность свойственна хаотично, рыхло уложенным частицам неправильной формы. Уменьшение размера частиц, однородность их формы и регулярность их укладки также способствуют снижению уровня шума и лучшей передаче высокочастотных сигналов.

Электроакустические характеристики

Основными электроакустическими характеристиками, применявшимися в оценке качества компакт-кассет, являются: Максимальный уровень записи, измеряемый относительно номинального уровня намагниченности в 250 нВб/м или «уровня Долби» в 200 нВб/м. На низких, средних и высоких частотах применяются различные показатели: Среднечастотный максимальный уровень (, MOL). Обычно измеряется на частоте 315 (MOL315) или 400 (MOL400) Гц, определяется как уровень, при котором коэффициент третьей гармоники нелинейных искажений достигает порога в 3 %. Дальнейшее намагничивание ленты возможно, но сопровождается значительной компрессией сигнала и неприемлемо высокими искажениями. У всех типов магнитных лент максимальный уровень незначительно изменяется в диапазоне частот ; а при частотах ниже 125 Гц и выше 800 Гц резко снижается. На частоте 40 Гц снижение максимального уровня составляет от у лент МЭК-I до у лент МЭК-IV; На частотах выше нескольких кГц нормирование нелинейных искажений теряет смысл, так как записанные на ленту гармоники намагниченности выходят за пределы звукового диапазона. Поэтому на высоких частотах используется предельный уровень (, SOL). Обычно он измеряется на частоте 10 кГц (SOL10K); Уровень шума паузы. Измеряется относительно номинального уровня или «уровня Долби» с применением взвешивающего фильтра А. Реже приводятся данные об уровне модуляционного шума, который сопровождает записанный на ленту сигнал. Этот вид шума представляет собой серьёзную проблему, так как не может быть подавлен компандерными системами шумопонижения; Динамический диапазон (отношение сигнал/шум) — разница между низкочастотным максимальным уровнем и уровнем шума паузы. Для практически неискажённой передачи звука необходим динамический диапазон тракта записи-воспроизведения не хуже 60...65 Дб; Чувствительность, обычно измеряется на частотах 315 и 10000 Гц относительно первичной типовой (эталонной) ленты МЭК; Стабильность уровня воспроизведения сигнала. Случайные выпадения намагниченности ленты — характерный признак низкокачественных или повреждённых лент. При испытаниях высококачественных лент стабильность уровня может объединяться с коэффициентом детонации и уровнем модуляционного шума в интегральный показатель стабильности, или однородности, воспроизведения.

Диапазон записываемых и воспроизводимых частот сам по себе не является значимой характеристикой ленты. При малых уровнях намагниченности все качественные ленты способны записывать и воспроизводить частотный диапазон 30—16000 Гц и гарантируют неискажённую передачу звука. Однако на высоких уровнях сигнала верхняя граница сужается из-за снижения предельного уровня. На «уровне Долби» она находится в диапазоне от 8 кГц у хромдиоксидных лент до более 12 кГц у металлопорошковых лент (что, в случае хромдиоксидных лент, компенсируется низким абсолютным уровнем шума). На практике важно не столько значение верхней границы частотного диапазона, сколько трудно формализуемая гладкость АЧХ в области средних и верхних частот.

Стандарты и эталоны Первая спецификация лент для компакт-кассет была составлена в 1962—1963 годах компанией Philips; в то время требованиям Philips отвечали лишь три ленты производства компаний 3M, BASF и Kodak. К началу 1970-х годов на рынок вышло множество лент, не соответствовавших устоявшемуся эталону. Магнитофоны, настроенные на заводах по новейшим, улучшенным лентам, оказывались несовместимыми с «обычными», недорогими лентами. Стандартизацией характеристик лент занялись Немецкий институт по стандартизации (DIN), установивший режимы записи и воспроизведения хромдиоксидных лент, а затем Международная электротехническая комиссия — разработчик стандарта МЭК-94 (IEC 60094). Окончательное деление компакт-кассет на четыре типа (МЭК-I, МЭК-II, MЭК-III и МЭК-IV) было установлено МЭК в 1979 году.

В стандарте МЭК-94 определены две важнейшие характеристики магнитофонных трактов: Уровень подмагничивания: стандартный для лент МЭК-I, повышенный (150 %) для лент МЭК-II, и особо высокий (250 %) для лент МЭК-IV. Оптимальные значения уровня подмагничивания серийных лент неизбежно отличаются от эталонного. Например, в сравнительных испытаниях 36 лент МЭК-I, проведённых в 1990 году в США, были зафиксированы отклонения от −1 до +1 дБ, а у лент МЭК-IV отклонение достигало +3 дБ. Отклонения фактического тока подмагничивания от оптимального для данной ленты перекашивают АЧХ и уменьшают максимальный уровень записи; Постоянная времени цепей частотной коррекции при воспроизведении. Задача этих цепей — компенсация спада отдачи ленты на высоких частотах, который у лент МЭК-I начинается в области 1-1,5 кГц, что и обусловило выбор постоянной времени 120 мкс. Для лент МЭК-II и МЭК-IV постоянная времени уменьшена до 70 мкс. Воспроизведение с постоянной времени 70 мкс уменьшает уровень шума на 4 дБ, но при этом уменьшает и максимальный уровень на выходе усилителя воспроизведения на те же 4 дБ. На практике ленты МЭК-II и МЭК-IV могут записыватьсяПри условии, что магнитофон допускает ручную установку постоянной времени и укомплектован необходимой цепью частотных предыскажений в канале записи. Эти функции были нормой, например, во флагманских деках Nakamichi и Studer. и воспроизводиться и с постоянной времени 120 мкс. В таком режиме, например, в 1980-е годы тиражировались «премиальные» кассеты с записью на хромдиоксидной ленте.

Обязательной частью стандарта являются первичные типовые ленты МЭК. Первичные ленты МЭК-I и МЭК-II всех поколений изготовлены BASF, первичные ленты МЭК-III и МЭК-IV — Sony и TDK соответственно. Это не серийная продукция, поступавшая на рынок из года в год, а ленты из уникальных, однажды изготовленных и более не воспроизводившихся партий. Повторить характеристики партии с должной точностью было невозможно, поэтому уполномоченный электротехнической комиссией поставщик однократно производил, а затем хранил запас первичных лент в расчёте на нужды промышленности всего мира на много лет вперёд. Время от времени МЭК пересматривала набор первичных лент; последний по времени пересмотр состоялся в апреле 1994 года.

Ленты МЭК-I Ленты МЭК-I (IEC I, или Normal) — первый, наиболее распространённый и доступный тип лент, чаще других использовался при производстве кассет с записью. Магнитный слой ленты МЭК-I состоит из примерно 30 % синтетического связующего и 70 % магнитного порошка — продолговатых, игольчатых частиц ферримагнитного гамма-оксида железа-III длиной от 0,25 до . Частицы такого размера можно считать одиночными магнитными доменами. Масса порошка имеет коричневый цвет, а его интенсивность и оттенки определяются средним размером частиц. За рубежом оксид из синтетического гётита производили предприятия, выпускающие минеральные пигменты; в советской промышленности, из-за невозможности обеспечить должную химическую чистоту на предприятиях лакокрасочной отрасли, оксидный порошок изготавливали непосредственно заводы-производители лент.

Стандартом IEC 60094 для типа I установлен нормальный (низкий) уровень подмагничивания и постоянная времени частотной коррекции 120 мкс. Множество выпущенных кассет МЭК-I складывается из трёх основных подтипов: ленты начального уровня, улучшенные ленты на основе гамма-оксида железа-III, и высококачественные ленты на основе гамма-оксида железа-III, легированного кобальтом. Значения остаточной индукции и коэффициента квадратности, определяющие предельные уровни записи, последовательно возрастают от подтипа к подтипу, а коэрцитивная сила остаётся неизменной (примерно ). Общим для всех лент МЭК-I является и небольшой относительно МЭК-II и МЭК-IV спад максимального уровня на низких частотах: уступая более дорогим лентам в уровне записи высокочастотных составляющих, они выигрывают на низких.

Ленты начального уровня В основании пирамиды лежат базовые, дешёвые ленты на основе чистого, немодифицированного и нелегированного гамма-оксида железа(III). Низкие характеристики этих лент — следствие неплотной изотропной укладки крупных частиц неправильной формы в магнитном слое. Ленты этого класса, часто маркировавшиеся как «малошумящие» (Low Noise), имеют наихудший абсолютный уровень шума, низкую остаточную индукцию () и низкий коэффициент квадратности (≈0,75) — что задаёт относительно низкий максимальный уровень записи и узкий динамический диапазон. Чувствительность дешёвых лент, как правило, также низкая, а оптимальный уровень подмагничивания на ниже, чем у усовершенствованных лент МЭК-I.