Materiály užívané při výrobě magnetofonových hlav

Autor: Tomáš Vilím

Abychom se v tom trochu orientovali, možná by bylo užitečné, kdybych zde stručně vysvětlil, jaké hlavní druhy materiálů byly užívány pro výrobu magnetofonových hlav:

Permalloy (MX) – z uvedených relativně měkký materiál, dobrá saturace, poskytuje horší výsledky při přehrávání z důvodů vyšších ztrát na HF (vysokých frekvencích) a přidaného šumu. Jednotlivá jádra hlav kazetových magnetofonů jsou konstrukčně vytvořena celkem čtyřmi až sedmi vrstvami (4-7 laminations) materiálu Permalloy. Tato kategorie je reprezentována např. hlavami Panasonic / Technics MX

Hard Permalloy (SD) – při srovnání s výše uvedenými hlavami mají především vyšší odolnost proti opotřebení, a obvykle také mírně vylepšené elektromagnetické vlastnosti. Ale jinak bez významnějších rozdílů. Tato kategorie je reprezentována např. hlavami Sony, kde je použito označení "SD" = Super Density Head.

CrystAlloy (CA) – speciální slitina užívaná firmou Nakamichi, velmi dobrá odolnost proti opotřebení, která současně umožňuje vyšší saturaci a lepší výsledky na HF (vysokých frekvencích).

Sony HPF hlava - vyštípaný a poškozený povrch hlavy

Hot Pressed Ferrite (HPF) – za vysokých teplot pod tlakem lisovaný ferit. Při stárnutí se, díky vnitřnímu pnutí, stává křehkým a mění se jeho struktura - drolí se. Velmi záleželo na technologii výroby. Používalo jej mnoho firem - Hitachi, Technics HPF, Sony F&F = "Ferrite & Ferrite" (např. R2R TC-366/377/378 a pod.). Velmi vysoká odolnost proti opotřebení, ale poměrně nízká mechanická odolnost (vydrolují se). Z hlediska elektromagnetických a mechanických vlastností, i pokud je hlava v dobré kondici, je toto pravděpodobně nejhorší materiál ze všech. Relativně nízká saturace, zvýšený šum, také vykazuje pokles na HF vysokých frekvencích.

Isostatic Pressed Ferrite (IPF) – toto je mnohem lepší materiál než HPF, některé IPF hlavy fungují po skutečně dlouhou dobu bez výrazných známek opotřebení, hlavně z důvodu odlišné výroby - kdy se změnou technologie výroby podařilo dosáhnout vyšší hustoty materiálu, a také menších zrnek slitiny ferritu. Toto výrazně zlepšilo mechanickou odolnost.

Akai GX přehrávací hlava - drobné vyštípnutí na čele hlavy 

Akai GX záznamová hlava - povrchové škrábance, šikmá prasklina

Single Crystal Ferrite, někdy také Mono Crystal Ferrite (do této skupiny také patří GX a Super-GX hlavy od společnosti Akai) – potenciálně jeden z nejlepších materiálů pro výrobu hlav, obzvláště pro kvalitu přehrávání z důvodu minimálních ztrát a nejnižší úrovně šumu vůbec. Materiál velmi odolný proti opotřebení, hlavy s jednou z nejvyšších životností.

Technics feritová hlava 

Technics SX hlava - drobná poškození čela a mezery

Sendust, později také Sendust Extra (SX) - velmi tvrdý materiál s dlouhou životností, poskytující excelentní parametry saturace. Nicméně vzhledem k jeho tvrdosti a křehké povaze je velmi obtížné tento materiál obrábět. Jeden z nejlepších dostupných materiálů pro záznamové hlavy, není tak dobrý pro hlavy přehrávací z důvodu vyšších ztrát a šumu.

Úplně nejlepší Sendust hlavy, které byly užívány v kazetových strojích Revox B-215 nebo Nakamichi, jsou vyrobeny se 3 vrstvami (laminations) v každém jádru a poskytují rovněž vynikající vlastnosti z hlediska velikosti mezery (gap). Toto umožňuje velmi širokou frekvenční odezvu (až nad 25 kHz při 4,76 cm/s pro 3 hlavé kazetové decky a přibližně až do 20 kHz pro dvouhlavé stroje). Bohužel, na trhu existovalo dost hlav, které nesly také označení „Sendust“, ale z tohoto materiálu byla vyrobena jen povrchová vrstva a pro vnitřní jádro byl užit běžný permalloy.

Sendust & Ferrite (S&F) – toto řešení sloučilo přednosti jednotlivých materiálů, tedy především vysokou odolnost proti otěru a opotřebení a současně lepší elektromagnetické vlastnosti a nižší uroveň šumu. S&F hlavy byly vyvinuty a hojně užívány především firmou Sony na konci sedmdesátých a na počátku osmdesátých let.

Amorphous Alloy (AX) – jeden z nejtvrdších dostupných materiálů s velmi dobrými magnetickými vlastnostmi, obzvláště velmi dobrá saturace a velmi vysoká odolnost proti otěru a životnost. Konstrukčně je to provedeno z jednotlivých velmi tenkých vrstev (u kazetových hlav 12 až 16 vrstev). Výborná frekvenční odezva také pro vysoké frekvence a nízký šum. Hlavy z amorfní slitiny byly vyráběny více velkými výrobci (např. Aiwa, Sony, Teac, Technics, Pioneer, atd.).

Amorfní slitina se v malém měřítku vyráběla např. litím tenkého proudu roztaveného kovu na masivní rychle rotující leštěný ocelový válec, kde došlo k prudkému ochlazení. Následovalo mechanické opracování a další tepelná zpracování.

Aiwa XK-009, amorfní přehrávací hlava - drobná poškození čela a mezery 

Aiwa XK-009, amorfní záznamová hlava - velmi dobrý stav

Thin Film MR Heads (MR) - tyto hlavy byly vyvinuty společně firmami Philips a Matsushita s určitým technologickým příspěvkem od firmy Sharp Corporation. Dceřinná společnost Technics potom tyto hlavy s označením "Amorphous-Z“ nebo "Magneto-Resistive Head" montovala do svých posledních kazetových decků RS-AZ7 a RS-AZ6 z let 1997-99 na pozici přehrávací hlavy. Jako záznamová hlava zde byla použita konvenční hlava z materiálu Hard Permalloy.

Poznámky a další informace

Jednotliví výrobci nebyli vždy ochotni sdělovat detaily ohledně užitých materiálů. Typický příklad jsem zmínil výše. Velmi často také výrobci avizovali AX (amorfní) hlavy u tříhlavých kazet. decků, ale ve skutečnosti jen jedna hlava byla AX. Typickým příkladem jsou např. Aiwa XK-S7000, Aiwa AD-F910 nebo Teac V-6030S/V-8030S, kde pouze přehrávací hlava je vyrobena z amorfní slitiny a záznamová hlava je z permalloye. Nejméně informací bylo k dispozici u feritových hlav. Velmi často skutečný typ feritu není vůbec uveden. Často jsou tyto informace nepřesné (záměrně?).

Domnívám se, že podobně tomu bylo u hlav Akai, kde zdaleka ne všechny tyto "GX a Super GX" hlavy, především v počátcích výroby, byly vyrobeny z jediného krystalu feritu, jak se tvrdilo. Je pravděpodobné, že některé z nich byly vyrobeny s použitím levnějších a jednodušších technologií. Na druhou stranu, poslední série hlav Akai GX a GX Super, kdy technologie výroby byla již dotažena do dokonalosti, byly naprosto exelentní. Vysoká kvalita a spolehlivost, výborné tech. specifikace a naprosto mimořádná odolnost proti opotřebení.

Dalším příkladem jsou feritové hlavy Hitachi. Levnější modely byly osazeny hlavami vyrobenými z HPF (dobrý příklad DE-66), naopak čtyři špičkové decky byly vybaveny hlavami z mono-krystalu feritu. Problém je, že tyto hlavy navenek vypadají téměř totožně, prakticky je nelze rozeznat. Ale tato skutečnost nebyla v návodu k obsluze uvedena. Hlavy Hitachi použité u modelů DE-95 a DE-99, mimochodem jedny z nejlepších přehrávacích hlav, vykazují výrazně lepší odstupy sig./šum, až o 6dB než například u přehrávacích hlav společnosti Nakamichi.

Sony TC-K511S - 3 hlavy na posuvném nosníku 

Sony TC-K511S, 3 hlavy - 1 feritová a 2 SD (Super Density Head) 

Technics RS-M226 - 1 feritová a 1 MX hlava

Ještě jeden příklad; mám takové tušení, že Sony F&F (Ferrite & Ferrite Heads) byly vyráběny za použití jiného typu feritu nebo později byla změněna a zdokonalena technologie výroby, ale toto nebylo nikdy nikde v literatuře zmíněno. Díky tomu mohou existovat různé zkušenosti s těmito hlavami.

Zatímco v polovině osmdesátých let společnost Sony do většiny dvou i tří-hlavých kazetových decků běžně osazovala velmi kvalitní hlavy z Amorfní slitiny, později, v devadesátých letech, se tyto hlavy montovaly výhradně do těch nejvyšších modelů kategorie ESPRITE. Např. v roce 1986 Sony vyráběli více než 18 druhů kazetových decků, kde přibližně polovina byla osazena amorfními hlavami. V roce 1993 měl amorfní hlavy již pouze espritový model TC-K909ES. A v roce 1996 je měly osazeny výhradně nejvyšší modely TC-KA7ES a TC-KA3ES, ale ty se již do Evropy nedovážely, bohužel. Byly k dispozici pouze v USA a samozřejmě v Japonsku. Toto určitě způsobil velký tlak na snížení výrobní ceny. Škoda.

V devadesátých letech byly kazetové decky Sony standardně osazovány hlavami z materiálu Hard Permalloy, pro které byl tehdy užíván název Super Density Head (SD). Na přiložených fotografiích jsou SD hlavy Sony (Hard Permalloy) a pocházejí z TC-K511S. Mazací hlava je samozřejmě feritová se dvěma mezerami. A totožnými hlavami byly osazeny také další kazetové decky Sony, např. TC-K611S, TC-K711S. Podobně byly tyto hlavy osazeny i v o rok novější generaci např. TC-K515S, TC-K615S, TC-K715S, TC-K815S.

Na obrázku zcela napravo je standardní hlava typu MX, výrobce Matsushita (Technics). Hlavy MX z konce sedmdesátých let měly relativně velmi nízkou odolnost proti otěru. Po pár desítkách hodin se do nich vybrousila drážka. Udělal jsem osobní zkušenost s hlavou MX v modelu Technics RS-M24. Později byla technologie výroby i materiál slitiny pozměněn a odolnost proti opotřebení byla výrazně zvýšena, kluci díky za to!

Magnetorezistivní hlavy MR

Základním úkolem tehdy bylo vyvinout zcela nové stacionární hlavy pro budoucí magnetická digitální média a především pro nově připravovaný formát DCC (Digital Compact Cassette), a aby přitom byla zachována zpětná kompatibilita. Na vývoji nových hlav spolupracovali společnosti Philips a Matsushita (rok 1991) s přispěním firmy Sharp, která vypomohla s technologií výroby. Základní koncepce a design byly převzaty z konstrukce rotačních hlav užívaných u videorekordérů.

Technics model RS-AZ7 - Amorhous Z 3 Head

MR Heads nebo také "Thin Film Heads" byly původně určeny výhradně pro přehrávání a nebyly schopny provádět záznam. Proto v kazetových strojích Technics musela tehdy být ještě druhá - separátní hlava pro záznam. Později toto bylo také vyřešeno, ale to již bylo poněkud pozdě. Přístroje používající kompatní kazety CC již totiž skončily...

Magneto-rezistivní hlavy MR neobsahují žádné železo, takže nemůže dojít ke vzniku reziduální magnetizace. Nikdy tedy nemusí být odmagnetovávány. Naopak, pokud použijete demagnetizační kazetu nebo jiné zařízení pro demagnetizaci, je pravděpodobné, že může dojít k jejímu poškození a zničení. MR hlavy jsou také relativně křehké a citlivé na mechanické poškození.

MR hlavy (Thin Film heads) mají zcela odlišnou frekvenční charakteristiku. Nelze je jednoduše zaměnit za nějakou standardní hlavu. Díky nižší impedanci vinutí cívky je signál slabší přibližně o -10dB v oblasti do 500Hz a asi o -6dB v pásmu 1kHz - 5kHz. Avšak nabízejí výrazně lepší cross-talk, tedy potlačení přeslechů. Malá indukčnost zmenšuje nutnost ekvalizace signálu a současně eliminuje vznik chvění a určitých kontur signálu, které se u konvečních hlav objevují na velmi nízkých kmitočtech. Vzhledem k tomu, že hlavy snímají signál dle velikosti magnetické indukce nikoliv dle změny hustoty magnetického toku jako u konvenčních hlav, teoreticky je možno pracovat se signály až do DC.

Technics RS-AZ7, konvenční záznamová hlava a MR hlava 

Technics RS-AZ7, MR hlava zcela napravo

Tenkovrstvé hlavy MR (Thin Film Heads MR) mají z hlediska velmi nízkých kmitočtů, naprosto neobvyklé vlastnosti. Jsou schopny dodat mimořádně čisté, precizní a dynamické basy od nejnižších frekvencí bez jakýchkoli přidaných artefaktů. S páskami typu II. a IV. vynikají v celé šířce pásma. Specifikace, zejména s kazetami Metal, pohodlně překračují digitální standard Red Book pro frekvenční odezvu. Rozdíl v absolutním dynamickém rozsahu (pokud jsou zapojeny kompandéry Dolby C) je pozoruhodný. Výstupní úroveň je ale o několik decibelů nižší než u standardních hlav. Tyto hlavy poskytují celkově věrnější a přirozenější zvuk s více detaily a nižším obsahem šumu. Pokud je použita kvalitní páska (TDK MA, MA-X, Sony Metal XR, Metal Master) s nízkým šumem, není nutné aktivovat nějaký NR systém a zvuk je potom naprosto excelentní. Ale o tom třeba zase jindy.

Zde uvedené fotografie zobrazující zvětšená čela hlav byly převzaty a použity s laskavým svolením autora, pana Alexe Nikitina, http://www.ant-audio.co.uk