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"Appareil à bande magnétique pour l'enregistrement'et la reproduction de signaux à larce bande".
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La présente invention se rapporte aux appareils pour l'en- registrement et la reproduction de signaux contenant des informations, et plus particulièrement pour l'enregistrement et la reproduction de signaux à large bande tels que des signaux vidéo, par des moyens ma- gnétiques et avec une vitesse de défilement modérée.
Une des formes les plus avantageuses do l'invention est un enregistreur-reproducteur de signaux vidéo sur bande magnétique par- tiolimrement adapté une utilisation domestique avec des récepteur* de télévision. Toutefois, les spécialistes comprendront que .la pré- sente invention est applicable à l'enregistrement et à la reproduc- tion de signaux à large bande de toutes natures, par exemple ceux uti- lisas dans les systèmes de télémesure, ainsi qu'au stockage età l' extraction des informations dans des mémoires de calculateurs et, plus généralement, chaque fois qu'il est utile d'accumuler un grand nombre d'informations dans un faible volume sans que l'extraction ou la reproduction ne causent une perte appréciable de qualité.
Sous une de ses formes, l'appareil do l'invention est pré- vu pour enregistrer des signaux image et son sur des pistes séparées d'un unique ruban magnétique du même type que celui des magnétopho- nes domestiquas courants. Par exemple, sur une bande de 6,35mm de largo, à des vitesses modérées comprises entre 75 et 150 cm/s, on peut enregistrer le son sur uno piste et l'imago (le signal vidée normalisé reçu par les téléviseurs domestiques) sur une seconde pis- te, A la vitesse de 75 cm/s, une bobine de 1700 m permet l'enregis- trement de 32 minutes do programme dans chaque sons d'enroulement, soit 64 minutes en tout, ce qui est satisfaisant pour une utilisa- tion domestique.
Selon le mode d'enregistrement magnétique le plus courant de l'art antérieur, on mélange le signal utile à un signal porteur de fréquence généralement assez élevée, quoique l'on ait aussi uti- lisé d'autres formas do polarisation en courant alternatif ou conti- , nu l'enregistrement se fait sur une bande démagnétisée ou magnéti- quoment neutre.
La polarisation en courant alternatif ou continu dans les procédés d'enregistrement magnétique est principalement motivée par la recherche d'un fonctionnement dans une portion linéaire de la ca- ractéristique de la bande. Cette technique est bien connue, et, on- tre autre, on peut en trouver une description dans un livre de Begun "Magnetic Recording" (Murray Hill Books, 1949) pp. 54 et suivantes.
Selon un mode moins courant de l'art antérieure la bande magnétique est saturée dans un sens avant l'application de signaux à fréquence acoustique modulant en amplitude une porteuse haute-fré- quence. Un tel système est décrit dans le brevet américain n 1886616.
En bref, ce brevet dit que, après le passage de la bande devant les têtes de saturation, l'induction rémanente descend à une valeur qui
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,# , louve encore sur la branche saturée de la courbe B-H. Par suite, quand le flux do la porteuse HP moduléo en amplitude est appliqué sur
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la bande par les t8tej3 d'enregistrement placées plus loin, il ae pro- duit un rejet des alternances de flux porteur qui, d'un côté do l'on- veloppe de modulation, tendent à aimanter la bande avec la polarité pour laquelle cette bande est déjà 'saturée. Quand los alternances du flux porteur sont do sens oppose et non modulées,
le point do fonc-
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tionnement s'btablit peu.près au milieu do la partie linéaire de la caractéristique de transfert de'la bande (désaimantation de la bande), 1 de telle sorte que, quand elles sont.modulées, les alternances ayant co sens désaimantent (plus exactement désaturent) la bande dans une mesure convenable pour qu'elle enregistre des signaux à peu près som..
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blables aux signaux son initiaux. La prêsaturation de la bande assu- re ainsi une démodulation de la porteuse et permet de n'enregistrer que les signaux son à l'exclusion de tous autres.
L'avantage do ce
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procédé dbnregistrement du son par haute fréquence réside dans uno diminution do la distorsion habituellement causée par dos variation* importantes des caractéristiques d'enregistrement do la bande avec dos signaux acoustiques dont la variation do fréquence est relative- ment grande, Il va sans dire que ce mode d'enregistrement est inutili- sable pour dos signaux vidéo, car la fréquence porteuse doit Atre environ dix foie pluie élevée que la fréquence à enregistrer, et par
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le fait que la bande de fréquence des signaux vidéo va de 0 à 4 bl4z.
Par ailleurs, dans le brevet américain n 2 734 941, il est dit qu'une polarisation alternative,à no pas confondre avec
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l'onde portouoo do modulation ci-doesua, donne do bons résultat* pour enregistrer des signaux acoustiques et nauperacoustiquenwe mais elle ne remplit pas la fonction usuelle mentionnée plus haut consistant )) rendre la caract6risüque de transfert plus linéaire, Cette polari- sation alternative, d'une fréquence normale plusieurs fois plus 610- vée que la fréquence acoustique la plus haute, n'est pas facile à superposer aux signaux son, par exemple pour dos raisons de prix de revient, de complexité et d'inefficacité, comme il est dit dans le brevet.
Ce brevet américain n 2 734 941 propose que l'enregistre- ment des signaux vidéo soit fait avec une polarisation en courant
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continu. En bref, on sature la bonde dans une direction, on enrogiom tre des signaux vidéo à largo bande avec la composante continuo de ces signaux. La prdr-satuxation do la bande sort seulement à éviter la caractéristique non linéaire de la bande afin d'améliorer le fonc- tionnement dynamique.
La polarisation continue est fournie conjoin- tement par un courant continu passant dans la tête d'enregistrement, et par la réinsertion de la composante continue de la vidéo qui avait été supprimée, de façon que le niveau continu de la vidéo
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$#établisse dans la partie linéaire de la caM@t6x'iatiqua cette po" larîsationcontinuo est utilisée pour produire un réglago fin du point dû fonctionnement statique ot/ou dynamique sur la courbe caractèrîs- tiques
Selon l'invontion,
la bande magnétique est saturée dans un
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sans par une pré-polarisation uniditectionnollot pU!1 cette bande en mouvement est eoumine à un champ fortemont focalisa créé par une tête d'enregistrement à laquelle sont appliquas d'une part une onde porteu-
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se modulée en amplitude par les signaux vidéo que l'on veut on4gis trer, et d'autre part un signal de polarisation unidirectionnel ten- dant à aimanter la bande dans le même sens que la saturation initia- le.
De cette façon, on enregistre bien les signaux vidéo provenant des stations de télévision, et, à la reproduction, on peut, sur po récepteur de télévision normal, produire une image do même' qualité
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que colle obtenue avec des signaux reçus dîrectemento Il n'est pas facile d'expliquer les B1on6 do ce bon fonc- tionnement car, sUa théorie do l'enregistrement bouge fréquence est bion connue, il n'en est pas de môme pour lGonrog1Gtr@mont haute fr6- quenco, la limite entre haute et basse fréquence se situant aux en- virons de 100 kHz pour les.besoins do la présente discussion.
Toute- fois, il est clair que le niveau acceptable de distorsion non liné- aire est bien plus élevé dans l'enregistrement de signaux vidéo que dans l'enregistrement do signaux sort, En effet, la linéarité des signaux vidéo n'a pas besoin d'Être respectée dans une grande étendue du régime dynamique, car les avantages que l'on pourrait en tirer no .
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oio"(c't4l&)correspondent pas aux difficultés/à la dépense que cela ontra1nerai'to 111(;1 ri Une reproduction suffisamment fidèle des signaux peut tràs bien être obtenue avec quelques niveaux ou échelons distincte de linéarité.
C'est pourquoi, on n'a pas essaya d'attoindre des résultats presque impossibles en ce qui concerne le niveau do linéarité et de dintor- sion dans l'enregistrement. On s'est plutôt efforcé d'obtenir une ré- solution d'enregistrement voisine do la limite théorique absolue, a- vec une bonne réponse en haute fréquence et aussi une grande sensi- bilité, c'est-à-dire l'enregistrement da signaux très faibles, ainsi quo l'élimination ou une réduction appréciable du bruit. Do façon inattendue, on a aussi obtenu une linéarité meilleure et une distor- sion plus faible que ce qu'on avait espère. En bref, ces résultats ont été obtenus comme suit.
Avant l'enregistrement, la bande magné- tique est soumise à une polarisation en courant continu, par exemple à l'aide de la tête normale d'effacement, le champ Hs étant suffisant pour saturer la bande dans un certain sons. L'induction magnétique do la bande décroît ensuite jusqu'à une valeur de rémanence qui peut
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ntro inférieure à 1!induction de saturation "R.
Les signaux vidéo à enregistrer sont par exemple prélevée sur le détecteur vidéo d'un téléviseur normal, dans une bande de
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fréquences do 0 à 6,dt Mlz ces signaux sont utilisas pour moduler en amplitudo uno portouso dont la fréquence ost onviron 6.galo b la frdquonco vid60 la plus 61ov60, 6,5 mit dans cet exemple. On no pout donc pas vraiment'parler de haute fréquence par rapport au signal de
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modulation, La bande latérale inférieure est dans la fnomo plage do fréquences que le signal de modulation, et il est nécessaire d'annu- ler lo signal de modulation avant d'appliquer la porteuse modulée à la ttte d'enregistrement.
Il va do soi que, du fait que la fréquence du signal do ruodulation est voisine do la fréquence do la porteuse, les f1'6qllncoG vidéo les plus élevées de la bande subiront une cor- taine perte do définition, mais cola n'est pas grava, car la limite théorique de résolution avoc les bandes actuelles est environ de ma-
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rae fréquence< Pax' la suite, on pourra augmenter légèrement la fré- quonce porteuià 6.1 los supporte d'enregistrement s'améliorante La fonction du gn 4ratoESr do portouso devient également Importante c9 pointa La porto de définition du c6tû 61cv6 est compensée par la fait que le générateur produit un signal carr4 au lieu du signal si- nusoldal habituel ear, do co fait, un signal d'information ayant une fréquence moindre que)
celle du générateur trouva une aire électrique
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. 20 do fonctionnement plus csandos %: (1J Sotte technique est fondamentale et essentielle'pour ob-
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tenir une repense linéaire du oyàtôho d'enregistrement lanl forcer la hauto fréquence* La tùto d'Etnrog1GtrQmQnt est agencée comme on le verra par la suite, de façon à focaliser fortement le champ sur la bande quand la bande défile devant cette t8tos La porteuse modulée appliquées la tàte d'enregistrement produit un signal magnétisant forme d' al tor- nances successives ayant à la fois le même sons et le sono opposé,
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relativement au sens de saturation de la bndoe, Comme dans la premier dos brevets mentionnée'ci-dessus, la bande effectue une détection du signal d e modulation,
car los' alternancos do la porteuse dont le sens est opposé à la polarisation désaimantent la bande préalablement sa- turée selon la forme de l'enveloppe de ces alternances. Toutcfois, dans la présente invention, on a trouvé qu'une augmentation apprécia-
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ble de la sensibilité peut 8tro obtenue si on fait suivre par un re- tour à l'induction DD de pleine saturation les désaimantations succes- sives do labinde selon l'onveloppo.do modulation. Dans co cas, le ni- veau zéro est le niveau de saturation continue et non plus le niveau do désaimantation de la bande comme par le passé.
Pour conserver le niveau zéro ou point de fonctionnement au niveau de la saturation continue, il faut appliquer à la tête d'enregistrement, en plus de la porteuse modulée, un faible courant continu de polarisation dana la direction de saturation et avec une intensité suffisanto pour ra- mener la bande à saturation entre los désaimantations. Ainsi, la ban- de magnétique qui se déplace reçoit des impulsions successives se
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répétant à la fréquence de la porteuse, chacuno désaturant la bande d'une quantité égaleà la valeur du signal de modulation) ce qui con- duit à un redressement effectif de la porteuse modulée par la bande saturée elle-môme.
La polarisation produite par le faible courant con- tinu fixe un môme, point de départ à chaque impulsion du signal enre- gistré, c'est-à-dire donne un point de fonctionnement qui se trouve sur la branche saturée de la caractéristique, par exemple en BR.
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L'aimantation de la bande dans le sons opposé à la satura- tion (démagnétisation ou désaturation) est donc produite par les com- 1 posantes constantes de la fréquence du signal de modulation (infor- mation vidéo), plut8t que par des forces magnétisantes dont la fré-
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quence couvre toute la bande vidéo, 0 à bzz bllz environ.
Cette der- nière solution, enregistrement direct des signaux vidéo comme dé- crit par exemple dans le second dos brevets antérieurs cités ci-des- sus, exige une compensation de fréquence et conduit à une perte de
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sensibilité# à une faible intensité de reproduction, et à un bruit élevée Par contre, la première solution, celle de la présente inven- tion, donne lieu à des flux dont la vitesse de variation est contenua dans une plage relativement étroite, car on peut considérer que la
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porteuse découpe le signal vidéo à un rythme régulier en impulsions rectangulaires do largeur à pou près uniforme et d'amplitude varia-
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blet Avec les bandes magnétiques normales, ot à la fréquence considé- r6e, il peut se produire une légère porto de définition mais,
on to- ' nant compte de facteurs exposés plus loin, on peut facilement y mmé- dier par application dos techniques relatives aux bandes et aux tê- tes d'enregistrement. L'invention montre que, contrairement à ce qui a été dit par le passe, l'enregistrement vidéo n'exigo pas des fré-
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quences porteuses élevées par rapport aux fréquences de modulation.
De plus, l'invention montre que l'on obtient une meilleure sensibi- lité et des composantes de bruit plus faibles en fixant le point do fonctionnement au niveau de saturation do la caractéristique. De plus, la modulation est efficace pour augmenter la linéarité et réduire la distorsion, apparemment patce que la modulation agit d'une façon analogue à une polarisation en courant alternatif.
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Los "résultats remarquables que l'invention permet d'obtenir dans l'enregistrement et la reproduction des signaux vidéo peuvent
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s'expliquer à l'aide de la th6oriq de l'enregistrement haute-fréquen- ce et par déduction des expériences, mais sans garantie quo les ex- plications sont absolument exactes. Dans l'invention, en enregistrant le signalà un niveau trop élevé consécutivement à une saturation de la bande, on a noté que la polarisation résiduelle du support d'enre- gistrement tend à prendre une valeur inférieure au niveau de satura- tion, d'où résulte une perte appréciable de l'effet désiré se tradui- sant par une augmentation des composantes de bruit ou par une perte de composante haute fréquence.
On a trouvé que l'on peut retrouver
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l'effet désiré en ramenant le point do fonctionnement dynamique au niveau de saturation. Dans ce but, on a tout d'abord essayé d'appli- quer à la tête d'enregistrement des impulsions de polarisation en courant continu, mais sans résultat heureux en raison de la complexi- té et d'une porto relativement rapide du magnétisme résiduel par la tête d'enregistrement. On a obtenu'une augmentation appréciable.de la sensibilité par l'application continue d'un faible niveau de po- larisation en courant continu sur la tête d'enregistrement. On peut attribuer l'augmentation do sensibilité au fait que la partie la plus abrupto de la boucle d'hystérésis se trouve sur la partie des- condante de la courbe à partir du point de rémanence BR.
Loo bandes normales, en particulier colles pour l'enregistrement dos signaux haute fréquence, pouvant se désaimanter en-dessous do BR à cause des interactions do champ entra les particules magnétiques, par exemple dans les couchos magnétiques formées d'oxyde ferreux. En tout cas, une combinaison de phénomènes courants do Foucault, effet do poau, vitesse de défilement de la bande, etc.. exerce un effet, peut-être déterminant, sur la perte du magnétisme résiduel dans la sens désiré et diminue la sensibilité. La polarisation on courant continu appli- quée en permanence sur la t8te d'enregistrement s'oppose à tout effet déterminant exercé par ces phénomènes,
ou du moins atténue suffisam- ment pour rétablir l'induction à la valeur BR pour laquelle la sensi- bilité est la plus grande dans le sons descendant. Cette polarisation agit dans la champ focalisé de la tôto d'enregistrement ot exerce un contrôle dynamique continu sur l'enregistrement dos signaux on rame- nant le niveau de saturation au même point pour chaque composante .
haute fréquence (porteuse) du signala
La saturation initiale, par exemple produite par los têtes d'effacement, annule 1.'effet magnétisant des signaux alternatifs qui agissent dans le même sons que la polarisation continue, mais permet l'enregistrement des signaux alternatifs qui agissent en sons opposé, Dans ce dernier cas, l'aimantation de la bande diminuo en même temps que la fréquence porteuse on suivant la partie la plus sensible de la caractéristique, à partir du niveau de saturation et dans une me- sure proportionnelle du niveau du signal vidéo. Si on trace une cour- be do l'induction en fonction du temps, et si on marque l'amplitude moyenne pour chaque cycle de la porteuse, le lieu de ces points déter- mine le signal enregistré ou reproduit.
Avec uno tôte de locture de bonno qualité, la réponse au signal enregistra est forte'. Do plus, il est inutile de prévoir une détection de la porteuse dans l'appa- reil de reproduction, car la bande se comporte elle-même comme un dé- modulateur, ainsi qu'on l'a déjà dit.
Il semble que la limite théorique absolue de la résolution d'enregistrement soit accessible, et on fait a été presque observée dans des essais, si, pendant l'enregistrement, on maintient le signal
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à un niveau suffisamment bas pour que l'aimantation se confine dans-
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une couche mince du revêtement magnétique, do l'ordre de 1 miirod.
En principe, la fréquence maximale enregistrable est déterminée par la largeur do l'entrefer d'enregistrement, par la vitesse do la ban-
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de et par certaines caractéristiques do la bande, par exemple d1men- lion et orientation des particules'magnétiques.'
Conformément à ce que l'on vient d'exposer, le but général de l'invention est d'apporter des perfectionnements aux appareils ma- gnétiques d'enregistrement.
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De façon plus détaillée, l'invention se.propose principale ment de remplir los buts suivante 1 - réaliser un enregistreur do signaux vidéo sur bande magnétique, ca- pablo d'enregistrer las signaux avec une vitesse relativement faible de la bande, susceptible d'une utilisation domestique sur des télé-
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viseurs du commerça," d'une construction relativement simple et d'un prix pou élevé - réaliser un enregistreur dans lequel des champs magnétiques sont fe-
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caliséa et ont une largour plus faible sur la bande que dans 1"entre- fer do la tête d'enregistrement ;
- réaliser un enregistreur utilisant une polarisation on courant con- tinu, dans lequel la polarisation est renforcée directement à la tô-
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te àlenrogistrernont afin d'augmenter la sensibilité ainsi que le rap" port signal/bruit - r4nliflor un appareil pour onro(J1utror don signaux vid6o Impuloton.
no15, la fréquence dos impulsions étant au moins égale à la plus elo- vée dos fr6quocG vid6o à enrogistrrrr - réaliser un appareil pour produire un signal d'enregistrement à partir d'un signal vidéo ayant une fréquence maximale f on utilisant un modulateur équilibré pour moduler en amplitude le signal vidéo sur une porteuse dont la fréquence est approximativement égalà f, de telle sorte que le modulateur supprime la signal vidéo, et on appli- quant la porteuse modulée à un circuit d'enregistrement ayant une forte atténuation pour les fréquences supérieures à la fréquence por-
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touao onrouiotrer un signal vidéo sur un support magnétique on lui don nant la forma do variations en haute fréquence d'un champ magnétique unidirectionnel, do façon à pouvoir, pour la reproduction,
prélever la signal vidéo directement sur le support, sans qu'il y.ait lieu
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d'effectuer un h6t6rodynage ou une détection réelle.
L'uniformit6 de la vitesse de défilement de la bande posé un problème sérieux dans l'enregistrement sur bande des signaux vi- déo. Dans l'invention, ce problème est résolu en faisant passer la bande sur un tondeur à volant d'inertie.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, donnéetitre d'exemple non limitatif, et illustrée par
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les figures jointes un annexe qui représentent ! s
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Fig. 1 ! un schéma, partiellement sous forme de blocs, de l'enregistreur conforme à l'invention ;
Pige 2 une vue schématique détaillée des tétas d'enregis-
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1 tremont j .Fig. 3 :un schéma détaillé d'une partie du circuit d'enre- gistrement do la figure 1 ; Fig. 4 1 un schéma détaillé d'une autre partie du circuit de la figure 1 Fig. 5 : une vue schématique du système enrouleur de bande conforme à l'invention ;
Fig. 6 un boucle d'hystérisis typique.
On va maintenant se référer à la figure .1. qui donne le sché- ma simplifia d'un enregistreur conforme à l'invention. Comme on l'a déjà dit, l'enregistreur peut aussi comprendre un système d'enregis- trement du son agence do telle façon que l'on puisse enregistrer si- multanémgnt des signaux de son et des signaux d'imago sur des pistes
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différentes d'une m0fie bande magnétique. On peut également prévoir un système do tr±l1toront stéréophonique du son'. Aucun détail ne sera donné sur cos systèmos acoustiques, car ils sont bien connus dans la technique. Il suffit do dire que leur adjonction à l'enregistreur de l'invention est à la portée des spécialistes et entre dans la cadre do l'invention.
Le signal vidéo arrive dans l'enregistreur par une borne
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d'entrée 10 shuntée par un poteniiombtre 12*, Ensuite, le signal ajus- té à un niveau convenable est appliqué à un amplificateur-inverseur do phase représenté par un seul bloc 15, et la sortie do ce dernier ' est reliée à un modulateur 17 dans lequel le signal vidéo modula on
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amplitude une portous-a dont la fréquence est égale ou presque à la plus haute dos fréquences contenues dans le signal vidéo'.
La portou- se est fournie par uri oscillateur 21 ayant uno borno do sortie rolioo une boeno d'entrée du modulateur 17-o
L'ondo port,ouso modulée on amplitude par le signal vidéo, telle qu'elle apparaît à la sortie du modulateur, eot appliquée à un amplificateur'd'enregistrement 24, capable do produire les tensions nécessaires au fonctionnement de la tata d'enregistrement 27. La té- te d'enregistrement 27 est en contact intime avec la surface magné- tique d'un support d'enregistrement tel qu'une bande 28.
La bande, mobile par rapport à la tête d'enregistrement, est animée par un mécanisme do transport classique, par exemple un moteur (non représenté) accouplé à la bobine do la bande. La bande peut également avoir une formo classique ot comprendre par exemple
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un support en matibre plastique qui ost recouvert d'une couche ma- gnétique faite d'oxyde do fer finomont divisé et mole à un liant. La . couche magnétique peut être relativement mince car, pour l'enrogis-
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trament vidéo, la profondeur de pénétration aux plus hautes fréquences est de un micron environ.
Dans une réalisation concrète, on a utilise une bande classique de 6,35 mm à quatre pistes magnétiques,'doux pour chaque sens do défilement de la bande, pour enregistrer simultanément l'image et la con d'une émission rogue sur un téléviseur domestique du commerce. Le signal vidéo composite, de type NSTC, était enregistré sur une pisto et le son sur une autre piste pour chaque sana do défi- lamant. Avec une bobine de 18 cm contonant 1500 m de bande, et avec une vitesse de défilemont do 75 cm/s, on a ainsi enregistré 32 minutes do 1 programme dans chaque direction, soit 64 minutes en tout. Une bobine de 27 cm contenant 3 COO m de bande donne le même temps de programme avec une vitesse de 150 cm/s.
L'enregistreur de l'invention peut aus- si Otro adapte à l'enregistrement des signaux de télévision en cou- leur si on utilico les quatre pistes, co qui réduit do moitié le tempe de programme pour uno longueur do bande donnée.
Il faut notor quo les dimensions do banda, types ot compo-. sition, ne sont donnés ci-dessus qu'à titre d'exemple, car on a uti- lise cotte bande avec sucées dans une série d'essais'. D'autres types do bandes sont également utilisables, et on pourra aussi utiliser des . bandes plus perfectionnées qui apparaîtront probablement dans le fu- ture
On revient maintenant sur la description de la figure 1.
Une tôte additionnelle 30 ost en contact avec la bande on avant du point où se trouve la tête 27, dans le sono do défilement do la ban- do. La tôte 30 sort à produire un flux'magnétique unidirectionnel suffisamment fort pour polariser à saturation la couche magnétique do la bande. La tête 30 pout par exemple être constituée par une tê- te d'effacement classique à laquelle est appliquée une tension con- tinuo 32, D'une autre façon, on peut utiliser un aimant permanent suffisamment fort pour causer la saturation. La formo do la tête 30 n'est pas critique, pour autant que la largeur do banda saturée soit à pou près égale à la largeur do la piòce polaire do la tata d'on- registrement.
En passant devant la tata do polarisation 30, les par- ticules magnétiques do la bande s'orientent on fonction do la pola- rité et de l'intensité du champ magnétique. A l'état neutre, les par- ticules ont une orientation aléatoire et, si la bande a été préala- blement enregistrée, l'orientation des particules correspond à la nature des forces magnétiques produites par les signaux enregistrés.
Toutefois, sous l'effet de la polarisation saturante et unidirection- nolle de la tôte d'effacement,'les particules c'orientent à peu prèa verticalement, avec, dos p81es dirigés selon la polarité appliquée. par contre,,une polarisation continue bipolaire ot une polarisation alternative impriment respectivement une orientation longitudinale et latérale.
Dans l'invention, on a noté quo l'orientation verticale des
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, ,:.t.iCl.:U)9, conjointement à d'autres phénomènes décrits ici, permet <' $y ßistrar des signaux vidéo d'une façon qui donno une roproduc- tion très fidèle. Il semble qu'une orientation longitudinale ou la-
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t6xa1 des particules n'est pas recommandable car, dans le premier cas, 'il se produit une inertie exagérée' qui augmente la fréquence
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du signal et diminue son amplitudo et,'dane la second cas, on obtient une mauvaise réponse aux impulsions de haute fréquence.
Par contre, l'orientation verticale semble produire la minimum d'inertie dos par- ticules et leur maximum d'isolement,,
L'orientation verticale des particules peut facilement
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s'interpréter à l'aide dei la courbe S/H de la figure 6. Les particu- les étant à l'état neutre, c'est-à-dire avec une orientation aléa-
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toiro, un champ unidirectionnel lis produit par la t0to d'effacement l1mono les particules saturation suivant la courbe de A ce moment, toutes les particules sont orientées verticalement mais, à mesura
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que la bande progresse yors la t8te d'enregistrement, les particules qui sortent du champ dp polarisation tendent à s'orienter légèrement on biais soue l'effet due champs élémentaires intornas.
L'induction de la couche magnétique décroît alors suivant la courbe b jusqu'à la valeur BR. et elle conserve co niveau de saturation, à moins quo des champs do polarité opposée ne soient appliqués. Toute application do champ magnétique dans le sens de la saturation est sans effet appr6- ciable sur l'état do la couche magn6tiquo. Toutofoic, dos signaux de polarité opposée amènent le point concerné do la bande magnétique à un nouvel état, 1'induction so déplaçant le long do la courbe c pro-
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portionnellemont au niveau des signaux.
Sur la figure 11, la bande 2a passe devant des pbles magné- tiques Nord-Sud qui figurent la polarisation unidirectionnelle et sa-
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turants ; cette polarisation peut ôtro obtenue par tout moyen magné- tique ou.électromagnétique, pour autant que la condition relative à la largeur saturée (voir ci-dessus) soit respectée. On produit donc - une orientation transversale uniforme des particules magnétiques.on soumettant la bande à un champ magnétique énergique, de préférence extrêmement étroit, donnant lieu à une diffusion latérale très fai- blet .
D'une façon empirique, on a trouvé que, dans sa forme la plus avantageuse, la tête d'enregistrement 27 a une configuration po-
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laire N-N et S-S obtenue avec des électroaimants 40, 42 et 45, 47, en plaçant leurs polos do même non en opposition de chaque côté de la bonde et en contact intime avec elle. Un élément magnétique 50 as-
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sure la retour de la majeure partie du flux. Une tête d'enregistre- ment ayant cette configuration produit un champ très focalisé, tol que les lignes de force qui traversent la bande soient concentrées dans une surface qui est plus étroite que les entrefers des électroaimante. Il faut souligner que c'est le champ très focalisé que l'on
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recherche, plutôt que la configuration particulière de la tête d'on-
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rogistrement.
Pour la fréquence élevée que l'on veut enregistrer, do , 3 à 4 Miz, les tatas doivent astro faites avec des tôles extrêmement minces, 50 microns par exemple, d'alliée magnétique spécial, afin do
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réduire les courants do Foucault. On est arrivé à réaliser dos entre- fors do 0,23 à 0,73 micron. La limite 'théorique absolue do rendu- tion pour un entrefer de 0,23 micron environ, ot pour une aimanta- tion ne pénétrant probablement pas à une profondeur supérieure à 1,25 micron, peut assurer, à une vitesse de défilement de 150 cm/s, uno ré- ponse à environ 40 000 longueurs d'onde (cycles) par centimètre, ce qui fixe la limite d'enregistrement à environ 6 MHz.
Avec l'invention, on a observé une fréquence do réponse supérieure à 4 MHz.
On a aussi observé que l'on obtient la meilleure fidélité à la reproduction si, pondant l'enregistrement, la tôte d'enregis- trement est légèrement aimantée, c'est-à-diro légèrement polarisés . on courant'.continu. On a donné plus haut une explication possible du comportement du système d'enregistrement dans ces conditions.
De tou- tes façons, on a noté une augmentation sensible de la sensibilité d'enregistrement on présence d'uno légóre aimantation résiduelle ob- tenuo en "pulsant" une tension continue sur la tête. dans une direc- tion qui correspond à l'orientation do la polarisation magnétique de
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la bande après son passage dans le champ unidirectionnel cx'xxbbaax do la tôto d'effacement'. Pendant l'enregistrement, un faible courant
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continu subsiste dans la mûmo direction quo le courant "puisse". Des r6Gultt& semblables peuvent ttro obtonus par application permanente ou presque d'un courant continu sur la tête d'enregistrement.
D'une autre faon, on peut placer un petit aimant permanent dans l'entrefer
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arrière do la t8te d'enregistrement pour produire la polarisation uni.' directionnelle rechercha. On ornürqu6 qu'il peut 8tro utile de pré- voir une polarisation semblable eur la t#r'ta de reproduction.
La figure 3 représente, a titre d'exemple, le schéma d'un circuit quo l'on a utilisé avec succès pour produire la modulation dans le circuit de la figure 1. Le signal d'entrée en 10 peut être obtenu à l'aide d'un circuit en émetteur commun connecté au détecteur vidéo d'un téléviseur normal, ou à partir du signal de sortie de la caméra d'un système en circuit fermé,
Le signal vidéo est réglé par le potentiomètre 55, puis ap-
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plique ut amplifïcatour-invorsour do {'.hase comprenant deux transis- tors PNP 60,
61 couplés on push-pull dont la sortie équilibrée est a- monéo au modulateur on pont 70 par les fils 64, 65. On peut aussi uti- lisor un circuit déséquilibré, mais la signal équilibré donne une meilleure linéarité et une plus grande amplitude sans surcharge. Dans la plupart dos systèmes do modulation, il est habituel d'utiliser un signal basse fréquence pour moduler une porteuse de fréquence nette- ment plus grande;. Quand une porteuse HF est modulée on amplitude par
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un signal BF, on peut facilement aupprimor le signal de modulation et obtenir une sortie contenant l'énergie do la porteuse et de la bande latérale.
Toutefois, dans le système de l'invention, le signal vidéo a une largeur de bande do 30 Hz à 3,5 MHz; si le signal modu- le une portouso do 4 MHz, on obtiendra une bande latérale à pou pros semblable au signal de modulation. Pour supprimer co dernier, on uti- lise un modulateur équilibré, par exemple un modulateur en pont 70, qui demande que le signal de modulation (aux fils 64, 65) est équi- libre.
Cette condition est remplie par l'amplificatour-inverseur de phase comprenant lestransistors 60 et 61. Ce circuit a non seu- lement l'avantage de faire apparaîtra des impédances égales pour cha- que phase du signal à partir du modulateur, mais aussi de produire un gain*
La porteuso appliquée au modulateur 70 est engendrée par ,un multivibrateur haute fréquence 75 comprenant deux transistors 78, 79, )La multivibrateur constitue un oscillateur push-pull simple et fidèle, donnant un signal carré de 4 MHz par exemple, Comme on l'a déjà dit, une onde carrée augmente la linéarité et compense des per- tes do définition aux fréquences les plus élevées.
De chaque coté, le multivibratour est rolié aux transistors 81,83, dont le branche- mont on émetteur commun produit, sous basso impédance, un signal équilibré pour le modulateur'70, et produit aussi un isolement du miltivigbrateur. Les sorties équilibrées du modulateur sont reliées aux fila 68 et 87.
Pour quo la modulation soit linéaire avec des taux élovés de modulation, et pour éviter le découpage et la compression des' pointes de modulation, il est recommandable de polariser légèrement le modulateur. La sortie du modulateur apparaissant aux fils 90, 91 est un.signal modulé en amplitudo à doux bandes latérales quo l'on applique à l'amplificateur d'enregistrement comme représenté sur la figure 4.
L'amplificateur d'enregistrement de la figure 4 (24 sur la figure 1)'.est un amplificateur à deux étages de pentodes on push.. pull capable de fournir la.puissance nécessaire à l'alimentation de la tète d'enregistrement. Le premier groupe de pentodos comprend les tubes 101 et 103 ; il donne le gain on tension et a une grande lar- gour de bande. Les fils 90 et 91 do la figure 3 sont respectivement reliés aux fils 94 et 9! de la figure 4 et ils smènent le signal modulé on amplitude à doux bandes latérales.
Le second-groupe de pon- todes comprend les tube)? 110, 112 il est relié par capacité à la tête d'enregistrement 1;la (représentée d e façon simplifiée), à tra- vers les fils 115, 116. Chacune des deux dernières pentodes est ali- mentée par induction par l'intermédiaire do potites inductances va- riables 123, 124, plutôt que par dos résistances classiques, afin de
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compenser des portes do la tête on haute fréquence et d'accorder la circuit à l'impédance de la tête. La polarisation est fournie par une , source qui, sur la figure, est donnée pour 300 volts, ce qui crée un - faible courant continu dans la toto en raison de la résistance des circuits.
Du point de vue électrique, ia tête d'enregistrement que l'on pout voir on 27 sur la figure 2 a, comparativement aux têtes claa- siques. /une très faiblo impédance (3 à 4 ohms) aux basses fréquences.
Toutefois, à la fréquence porteuse, son impédance est notable - on- viron 30 000 ohms à 4 MHz dans un modèle - ,et cala nécessite dos tensions d'alimentation assez élevées. L'amplificateur d'enregistre- mont, qui a une caractéristique linéaire, fournit facilement cec tensions. Un câble à à faible capacité relativement court peut être u- tilo pour maintenir la fréquence naturelle do résonance du circuit au-dessus do la fréquence porteuse. Sur la figure 4, la tête d'of- facement 128 est représentée par un éloctroaimant alimenté en cou- rant-continu par une borne 132.
Toutefois, comme on l'a déjà dito un aimant permanent puissant peut être mis à la placo.
Dans le présent exemple, le modulateur fournit un signal module en amplitudedeux bandes latérales, mais le filtrage dos 'parties finales du système d'enregistrement, résultant do facteurs tels que les pertes haute fréquence dans la tête, les portes dans la bande et les variations d'impédance avec la fréquence, arrive à ré- duire notablement l'énergie de la bande latérale supérieure. Par sui- te, 10 système fonctionne approximativement comme un système à ban- de latérale unique.
La figure 5 représente un arrangement permettant à la ban- do dedéfiler avec douceur sous tension constante à des vitesses moyen- nes. par exemple 75 et 150 cm/s.
. La bande 28 part de la bobine dérouleuse 150 elle peut ê- tre ou non sous tension mais, de préférence. n'est pas freinée ; el- le passe entre guide 153 et un rouleau presseur 155. Le rouleau sort à donner une tension arrière relativement uniforme indépendamment du remplissage de la bobino 150.
La bande' 28 passe ensuite autour d'un rouleau tondeur et amortisseur'159 ayant uno forte inertio et tournant sur dos paliers à faiblo friction. Le rouleau 159 constitue un volant qui tourne une vitesse imposée par la tension de la bande et par d'autros fac- teurs tels que l'épaisseur de la bande, les qualités do glissement do la bande ou de la couche d'oxyde, etc. Do cotte façon, toute va- riation de la vitesse ou de la tension de la bande du côté du dérou- lement n'est pas ressentie par les têtes'.
Ensuite, la bande passe sur un premier guide principal 161, devant la tôte d'offacomont 165, sur un second guido principal 167 et devant la tète d'enregistrement 170, Comme on l'a déjà dit, le son
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.1 nLï-gis,tr6 sur une autre piste de la bande, Sur la figure 5, la tête de reproduction vidéo 175 est dis- pesée do façon b pouvoir occillor entre doux guidon 179t 180 sous l' action d'un mécanisme alternatif non représenta. Cotte disposition est facultative et a pour but de permettre la reproduction d'une uni-
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que image quand la bando est à l'arr6t'ou en mouvement lent,.
Si cette disposition est utilises, les deux guides 179 et 180 sont placés de part et d'autre do la tête oscillante 175 do telle façon quo la face parabolique do cette tâte soit toujours en contact avec la bande. De plus, la tête est soumise à la tension d'un ressort 183 qui sertà amortir des effets transitoires qui se manifestent par dos papillot-
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temonts S 10 ressort sort aussi maintenir uno fréquence fixe d'08- cillation, avec le maximum d'amplitude. de Ensuite, la bande passe entre un doigt moteur 185 et un
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-tée presseur 15 rouleau/187, sur le dernier guide principal 190 et enfin sur la bobino enrouleuse 193.
Au démarrage, quand le presseur 187 est engage, la doigt moteur 185 ainsi quo la bobine enrouleuse 193 se mettent si-
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multan6rnont à tourner sous l'action d'un moteur 196, et par l'inter- médiaire do transmissions bzz3, 199. Le démarrage est très doux ot la bande s'enroule sans contrainte. Des essais effectues avec le sys- témo do la figure 5 ont montr6 quo le tompo qui '6coulQ ontro le début do la mise en rouiho ot la pleine vitesse do la bande est com- pria entre 250 ot OO m:ll1sor.ondQI3.
L'invention ne se limite pas la description donnée ci- dessus à titre d'exemple et couvre de nombreuses variantes et modi- ficationw.
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"Magnetic tape apparatus for recording and reproducing tape signals".
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The present invention relates to apparatuses for recording and reproducing signals containing information, and more particularly for recording and reproducing wideband signals such as video signals, by magnetic means and with a moderate scrolling speed.
One of the most advantageous forms of the invention is a magnetic tape video signal recorder-reproducer partially suitable for home use with television receivers. However, those skilled in the art will understand that the present invention is applicable to the recording and reproduction of wideband signals of all kinds, for example those used in telemetry systems, as well as to storage. andextracting the information in computer memories and, more generally, whenever it is useful to accumulate a large amount of information in a small volume without the extraction or reproduction causing an appreciable loss of data. quality.
In one form, the apparatus of the invention is intended to record image and sound signals on separate tracks of a single magnetic tape of the same type as that of common domestic tape recorders. For example, on a 6.35mm wide tape, at moderate speeds between 75 and 150 cm / s, the sound can be recorded on a track and the imago (the normalized empty signal received by domestic televisions) on a second track At a speed of 75 cm / s, a 1700 m reel allows the recording of 32 minutes of program in each winding sound, or 64 minutes in all, which is satisfactory for a domestic use.
According to the most common method of magnetic recording of the prior art, the useful signal is mixed with a carrier signal of generally quite high frequency, although other forms of alternating current polarization have also been used. continuous recording is done on a demagnetized or magnetically neutral tape.
The AC or DC bias in magnetic recording processes is primarily driven by the search for operation in a linear portion of the characteristic of the tape. This technique is well known, and yet another description can be found in a book by Begun "Magnetic Recording" (Murray Hill Books, 1949) pp. 54 and following.
According to a less common mode of the prior art, the magnetic tape is saturated in one direction before the application of signals at acoustic frequency amplitude modulating a high-frequency carrier. One such system is described in U.S. Patent No. 1886616.
In short, this patent says that after the band has passed the saturation heads, the remanent induction drops to a value which
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, #, wolf again on the saturated branch of the B-H curve. Consequently, when the flux of the amplitude modulated HP carrier is applied to
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the tape by the recording t8tej3 placed further, it produces a rejection of the alternations of carrier flux which, on one side of the modulation envelope, tend to magnetize the tape with the polarity for which this tape is already full. When the alternations of the carrier flow are in opposite direction and not modulated,
the point of func-
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operation is established little. near the middle of the linear part of the transfer characteristic of the tape (demagnetization of the tape), 1 so that, when they are modulated, the alternations having co-direction demagnetize (more exactly desaturate) the tape to a suitable extent so that it records signals roughly som.
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blable to the initial sound signals. The pre-saturation of the band thus ensures demodulation of the carrier and makes it possible to record only the sound signals to the exclusion of all others.
The advantage of this
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The method of high frequency sound recording resides in a reduction of the distortion usually caused by large variations in the recording characteristics of the tape with acoustic signals whose frequency variation is relatively large. It goes without saying that this recording mode is unnecessary for video signals, because the carrier frequency must be about ten times higher than the frequency to be recorded, and therefore
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the fact that the frequency band of video signals is from 0 to 4 bl4z.
Furthermore, in US Patent No. 2,734,941, it is said that an alternating polarization, not to be confused with
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the portouoo wave of modulation here-doesua, gives good results * for recording acoustic and acoustic signals but it does not fulfill the usual function mentioned above consisting)) to make the transfer risk more linear, This alternative polarization, of a normal frequency several times higher than the highest acoustic frequency, is not easy to superimpose on the sound signals, for example for reasons of cost, complexity and inefficiency, as it is said in the patent.
This US Pat. No. 2,734,941 proposes that the recording of video signals be done with a current bias.
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continued. In short, the bung is saturated in one direction, wideband video signals are enrogiomed with the DC component of these signals. The pre-satuxation of the tape only acts to avoid the non-linear characteristic of the tape in order to improve dynamic operation.
The DC bias is provided jointly by a DC current flowing through the recording head, and by reinserting the DC component of the video which had been removed, so that the DC level of the video
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$ # establish in the linear part of the caM @ t6x'iatiqua this continuousization is used to produce a fine adjustment of the point due to static ot / or dynamic operation on the characteristic curve
According to the invontion,
the magnetic tape is saturated in a
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without by a uniditectionnollot pU! 1 pre-polarization this moving tape is sent to a strong focused field created by a recording head to which is applied on the one hand a carrier wave.
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is amplitude modulated by the video signals that one wants to on4gis trer, and on the other hand a unidirectional polarization signal tending to magnetize the tape in the same direction as the initial saturation.
In this way, the video signals coming from television stations are well recorded, and, during reproduction, one can, on a normal television receiver, produce an image of the same quality.
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that glue obtained with signals received directly o It is not easy to explain the B1on6 of this good functioning because, if the theory of the recording moves frequency is well known, it is not the same for lGonrog1Gtr @ high frequency, the limit between high and low frequency being in the region of 100 kHz for the purposes of this discussion.
However, it is clear that the acceptable level of non-linear distortion is much higher in recording video signals than in recording output signals. Indeed, the linearity of video signals does not need to be. to be respected in a large extent of the dynamic regime, because the advantages that one could derive from it no.
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oio "(c't4l &) do not correspond to the difficulty / expense that this will entail 111 (; 1 ri Sufficiently faithful reproduction of signals can very well be achieved with a few distinct levels or steps of linearity.
Therefore, no attempt has been made to attain almost impossible results with regard to the level of linearity and intortion in the recording. Rather, we have tried to obtain a recording solution close to the absolute theoretical limit, with good high frequency response and also great sensitivity, i.e. recording. very weak signals, as well as elimination or appreciable reduction of noise. Unexpectedly, we also obtained better linearity and lower distortion than we had hoped for. Briefly, these results were obtained as follows.
Before recording, the magnetic tape is subjected to direct current bias, for example by means of the normal erasing head, the field Hs being sufficient to saturate the tape in a certain sound. The magnetic induction of the tape then decreases to a value of remanence which can
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ntro less than 1! saturation induction "R.
The video signals to be recorded are for example taken from the video detector of a normal television set, in a band of
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frequencies do 0 to 6, dt Mlz these signals are used to modulate in amplitudo uno portouso whose frequency is about 6.galo b the frdquonco vid60 the most 61ov60, 6.5 mit in this example. So we can't really talk about high frequency compared to the signal from
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The lower sideband is in the same frequency range as the modulating signal, and it is necessary to cancel the modulating signal before applying the modulated carrier to the recording head.
It goes without saying that, because the frequency of the modulating signal is close to the frequency of the carrier, the highest video cables in the band will suffer a great loss of resolution, but that is not the case. grava, because the theoretical limit of resolution in the current bands is about my
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At this frequency <Pax 'the following, we can slightly increase the port freconce to 6.1 los improving recording support The function of the gn 4ratoESr do portouso also becomes Important c9 pointa The definition port of the 61cv6 side is compensated by the fact that the generator produces a square4 signal instead of the usual sinusoldal signal ear, do co fact, an information signal having a frequency lower than)
that of the generator found an electrical area
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. 20 do operation plus csandos%: (1J Technical stupidity is fundamental and essential to ob-
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keep a linear rethink of the recording oyàtôho lanl force the high frequency * The tùto of Etnrog1GtrQmQnt is arranged as we will see hereafter, so as to strongly focus the field on the tape when the tape scrolls past this t8tos The modulated carrier applied the recording head produces a magnetizing signal in the form of successive altitudes having both the same sounds and the opposite sound,
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relative to the direction of saturation of the bndoe, As in the first patents mentioned above, the band performs a detection of the modulation signal,
because the alternances of the carrier whose direction is opposite to the polarization demagnetize the previously saturated band according to the shape of the envelope of these alternations. However, in the present invention, it has been found that an appreciable increase
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This sensitivity can be obtained if we follow by a return to full saturation DD induction the successive demagnetizations of the inductor according to the modulation. In this case, the zero level is the continuous saturation level and not the demagnetization level of the tape as in the past.
To maintain the zero level or operating point at the level of continuous saturation, it is necessary to apply to the recording head, in addition to the modulated carrier, a low direct current of bias in the direction of saturation and with sufficient intensity to bring the band back to saturation between the demagnetizations. Thus, the moving magnetic strip receives successive impulses
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repeating at the frequency of the carrier, each desaturing the band by an amount equal to the value of the modulating signal) which leads to an effective rectification of the carrier modulated by the saturated band itself.
The polarization produced by the weak direct current fixes a same, starting point for each pulse of the recorded signal, that is to say gives an operating point which is located on the saturated branch of the characteristic, for example. example in BR.
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The magnetization of the tape in the sound opposite to saturation (demagnetization or desaturation) is therefore produced by the constant frequency components of the modulating signal (video information), rather than by magnetizing forces. whose fre-
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quence covers the entire videotape, 0 to bzz bllz approximately.
This latter solution, direct recording of video signals as described for example in the second earlier patents cited above, requires frequency compensation and leads to a loss of frequency.
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sensitivity # to a low reproduction intensity, and to a high noise On the other hand, the first solution, that of the present invention, gives rise to flows whose speed of variation is contained within a relatively narrow range, since it is possible to consider that the
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carrier cuts the video signal at a regular rate into rectangular pulses of uniform width and varying amplitude
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blet With normal magnetic tapes, and at the frequency considered, a slight definition port may occur, but,
Considering the factors set forth below, this can be easily remedied by application of techniques relating to tapes and recording heads. The invention shows that, contrary to what has been said in the past, video recording does not add energy to
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High carrier frequencies compared to modulation frequencies.
In addition, the invention shows that better sensitivity and lower noise components are obtained by setting the operating point at the saturation level of the characteristic. In addition, the modulation is effective in increasing linearity and reducing distortion, apparently because the modulation acts in a fashion analogous to AC bias.
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The remarkable results which the invention achieves in the recording and reproduction of video signals can
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to be explained using the theory of high-frequency recording and by deduction from experiments, but without guarantee that the explanations are absolutely correct. In the invention, by recording the signal at too high a level as a result of saturation of the tape, it has been noted that the residual polarization of the recording medium tends to take a value lower than the saturation level, of. whereby an appreciable loss of the desired effect results, resulting in an increase in the noise components or in a loss of the high frequency component.
We found that we can find
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the desired effect by reducing the dynamic operating point to the saturation level. For this purpose, attempts were first made to apply direct current bias pulses to the recording head, but without success due to the complexity and relatively fast port of the magnetism. residual by the recording head. An appreciable increase in sensitivity has been obtained by continuously applying a low level of DC polarization to the recording head. The increase in sensitivity can be attributed to the fact that the steepest part of the hysteresis loop is on the descending part of the curve from the point of remanence BR.
Loo normal tapes, especially glues for recording high frequency signals, may demagnetize below BR due to field interactions between magnetic particles, for example in magnetic layers formed of ferrous oxide. In any case, a combination of eddy current phenomena, poau effect, tape running speed, etc. exerts an effect, perhaps determining, on the loss of residual magnetism in the desired direction and decreases the sensitivity. The direct current bias applied permanently to the recording head opposes any determining effect exerted by these phenomena,
or at least attenuate enough to restore the induction to the BR value for which the sensitivity is greatest in the descending sound. This bias acts in the focused field of the recording device and exerts continuous dynamic control over the recording of the signals, bringing the saturation level back to the same point for each component.
high frequency (carrier) signala
The initial saturation, for example produced by the erasing heads, cancels out the magnetizing effect of the alternating signals which act in the same sounds as the direct polarization, but allows the recording of the alternating signals which act in opposite sounds. last case, the magnetization of the band decreases at the same time as the carrier frequency following the most sensitive part of the characteristic, from the saturation level and in a proportional measure of the level of the video signal. If we plot a curve of the induction as a function of time, and if we mark the average amplitude for each cycle of the carrier, the locus of these points determines the recorded or reproduced signal.
With good performance, the response to the recorded signal is strong. In addition, it is unnecessary to provide for detection of the carrier in the reproduction apparatus, since the tape itself behaves like a demodulator, as has already been said.
It seems that the absolute theoretical limit of the recording resolution is reachable, and it has been almost observed in tests, if, during recording, the signal is maintained
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at a level low enough so that the magnetization is confined in-
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a thin layer of the magnetic coating, of the order of 1 miirod.
In principle, the maximum recordable frequency is determined by the width of the recording air gap, by the speed of the tape.
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of and by certain characteristics of the strip, for example the size and orientation of the magnetic particles.
In accordance with what has just been explained, the general aim of the invention is to bring improvements to magnetic recording devices.
,
In more detail, the invention is mainly intended to fulfill the following objects 1 - to provide a video signal recorder on magnetic tape, capable of recording signals with a relatively low tape speed, capable of recording the signals. domestic use on tele-
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commercial sights, "relatively simple in construction and expensive - to make a recorder in which magnetic fields are fired -
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and have a smaller width on the tape than in the gap of the recording head;
- make a recorder using a DC bias, in which the bias is reinforced directly at the tô-
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You can use it in order to increase the sensitivity as well as the signal / noise ratio - r4nliflor a device for onro (J1utror don signals vid6o Impuloton.
no15, the frequency of the pulses being at least equal to the highest dos fr6quocG vid6o to enrogistrrrr - make an apparatus to produce a recording signal from a video signal having a maximum frequency f using a balanced modulator for amplitude modulating the video signal on a carrier whose frequency is approximately equal to f, so that the modulator suppresses the video signal, and the modulated carrier is applied to a recording circuit having a strong attenuation for the higher frequencies at the port frequency
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touao onrouiotrer a video signal on a magnetic support giving it the forma of high frequency variations of a unidirectional magnetic field, so as to be able, for reproduction,
take the video signal directly from the medium, without the need for
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to carry out a heterodynage or an actual detection.
Uniformity of tape running speed poses a serious problem in the recording of video signals to tape. In the invention, this problem is solved by passing the belt over a flywheel mower.
The invention will be better understood with the aid of the description which follows, given as a non-limiting example, and illustrated by
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the figures attached an appendix which represent! s
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Fig. 1! a diagram, partially in the form of blocks, of the recorder according to the invention;
Pin 2 a detailed schematic view of the tetas of record-
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1 tremont j. Fig. 3: a detailed diagram of part of the recording circuit of FIG. 1; Fig. 4 1 a detailed diagram of another part of the circuit of FIG. 1 FIG. 5: a schematic view of the tape winding system according to the invention;
Fig. 6 a typical hysteresis loop.
We will now refer to figure .1. which gives the simplified diagram of a recorder according to the invention. As already mentioned, the recorder can also include a sound recording system arranged in such a way that one can simultaneously record sound signals and image signals on tracks.
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different from a m0fie magnetic tape. It is also possible to provide a system of stereophonic sound tr ± ltoront. No details will be given on these acoustic systems, as they are well known in the art. It suffices to say that their addition to the recorder of the invention is within the reach of specialists and falls within the scope of the invention.
The video signal enters the recorder through a terminal
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input 10 shunted by a potentiometer 12 *, Then the signal adjusted to a suitable level is applied to a phase inverting amplifier represented by a single block 15, and the output of the latter is connected to a modulator 17 in which the video signal modulates
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amplitude a sub-a whose frequency is equal or nearly equal to the highest frequency contained in the video signal.
The port is supplied by an oscillator 21 having uno borno do rolioo output a boeno input of the 17-o modulator
The wave port, or amplitude modulated by the video signal, as it appears at the output of the modulator, is applied to a recording amplifier 24, capable of producing the voltages necessary for the operation of the recording tube. 27. The recording head 27 is in intimate contact with the magnetic surface of a recording medium such as a tape 28.
The tape, movable relative to the recording head, is driven by a conventional transport mechanism, for example a motor (not shown) coupled to the reel of the tape. The band can also have a classic form ot include for example
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a plastic backing which is covered with a magnetic layer made of finely divided iron oxide and mole to a binder. The . magnetic layer can be relatively thin because, for the enrog-
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video frame, the penetration depth at higher frequencies is approximately one micron.
In a concrete embodiment, a conventional 6.35 mm tape with four magnetic tracks, soft for each direction of tape travel, was used to simultaneously record the picture and the con of a rogue broadcast on a home television. Trade. The composite video signal, of the NSTC type, was recorded on a pistol and the sound on another track for each passing sana do. With an 18 cm reel containing 1500 m of tape, and with a web speed of 75 cm / s, 32 minutes of 1 program were recorded in each direction, ie 64 minutes in all. A 27 cm reel containing 3 COO m of tape gives the same program time with a speed of 150 cm / s.
The recorder of the invention can also be adapted to the recording of color television signals if the four tracks are used, which halves the program time for a given tape length.
It is necessary to note that the dimensions of banda, types ot compo-. sition, are given above only by way of example, since the sucked tape was used in a series of tests. Other types of bands can also be used, and we can also use. more sophisticated bands that will probably appear in the future
We now come back to the description of FIG. 1.
An additional head 30 is in contact with the band before the point where the head 27 is located, in the sound system for scrolling the band. Head 30 results in producing a unidirectional magnetic flux strong enough to saturate the magnetic layer of the tape. Head 30 could for example be a conventional erase head to which a DC voltage 32 is applied. Alternatively, a permanent magnet strong enough to cause saturation can be used. The shape of the head 30 is not critical, as long as the saturated bandwidth is roughly equal to the width of the pole piece of the recording tata.
As they pass the polarization tata 30, the magnetic particles of the tape orient themselves according to the polarity and strength of the magnetic field. In the neutral state, the particles have a random orientation and, if the tape has been previously recorded, the orientation of the particles corresponds to the nature of the magnetic forces produced by the recorded signals.
However, under the effect of the saturated and unidirectional polarization of the erasing head, the particles orient approximately vertically, with the particles directed according to the applied polarity. on the other hand, a bipolar DC polarization and an alternating polarization respectively imprint a longitudinal and lateral orientation.
In the invention, it has been noted that the vertical orientation of the
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,,:. t.iCl.:U)9, along with other phenomena described here, allow video signals to be streamed in a way that results in very faithful reproduction. It appears that a longitudinal orientation or la-
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t6xa1 of the particles is not advisable because, in the first case, 'there is an exaggerated inertia' which increases the frequency
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of the signal and decreases its amplitude and, in the second case, a poor response to the high frequency impulses is obtained.
On the other hand, the vertical orientation seems to produce the minimum inertia of the particles and their maximum isolation ,,
The vertical orientation of the particles can easily
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be interpreted using the S / H curve in figure 6. The particles being in the neutral state, that is to say with a random orientation.
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toiro, a unidirectional field read produced by the t0to of erasure l1mono the particles saturation following the curve of At this moment, all the particles are oriented vertically but, to measure
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as the tape progresses at the recording head, the particles which leave the polarization field tend to orient themselves slightly, one biasing the effect of the intomatic elementary fields.
The induction of the magnetic layer then decreases along the curve b up to the value BR. and it retains its saturation level, unless fields of opposite polarity are applied. Any application of a magnetic field in the direction of saturation has no appreciable effect on the state of the magnetic layer. However, the signals of opposite polarity bring the point of interest on the magnetic tape to a new state, the induction moving along the pro curve.
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portionnellemont at the signal level.
In figure 11, the band 2a passes in front of the North-South magnetic pbles which represent the unidirectional polarization and its
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turants; this polarization can be obtained by any magnetic or electromagnetic means, provided that the condition relating to the saturated width (see above) is met. A uniform transverse orientation of the magnetic particles is thus produced by subjecting the tape to a strong magnetic field, preferably extremely narrow, giving rise to very little lateral scattering.
Empirically, it has been found that, in its most advantageous form, the recording head 27 has a positive configuration.
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N-N and S-S area obtained with electromagnets 40, 42 and 45, 47, by placing their polo shirts do the same not in opposition on each side of the bung and in intimate contact with it. A magnetic element 50 as-
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sure the return of most of the flow. A recording head having this configuration produces a very focused field, so that the lines of force which pass through the tape are concentrated in an area which is narrower than the air gaps of the electromagnets. It should be noted that it is the very focused field that we
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research, rather than the particular configuration of the on-
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rogistrement.
For the high frequency that we want to record, do, 3 to 4 Miz, the tatas must astro made with extremely thin sheets, 50 microns for example, of special magnetic ally, in order to do
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reduce eddy currents. We have managed to achieve gaps of 0.23 to 0.73 microns. The theoretical absolute limit of yield for an air gap of about 0.23 microns, ot for a magnetization probably not penetrating to a depth greater than 1.25 microns, can assure, at a travel speed of 150 cm / s, a response at about 40,000 wavelengths (cycles) per centimeter, which sets the recording limit at about 6 MHz.
With the invention, a response frequency greater than 4 MHz has been observed.
It has also been observed that the best fidelity to reproduction is obtained if, while recording, the recording head is slightly magnetized, that is to say slightly polarized. we run '. continuous. A possible explanation of the behavior of the recording system under these conditions has been given above.
In any case, there has been a noticeable increase in recording sensitivity in the presence of a slight residual magnetization obtained by "pulsing" a DC voltage on the head. in a direction which corresponds to the orientation of the magnetic polarization of
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the tape after it has passed through the unidirectional field cx'xxbbaax do the erasure early '. During recording, a weak current
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continuous remains in the movement direction that the current "can". Similar results can be achieved by applying a continuous or nearly continuous current to the recording head.
Alternatively, we can place a small permanent magnet in the air gap
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rear of the recording head to produce the uni bias. directional searched. It is noted that it may be useful to provide for a similar polarization at the stage of reproduction.
Figure 3 shows, by way of example, the diagram of a circuit which has been used successfully to produce the modulation in the circuit of figure 1. The input signal at 10 can be obtained at the using a common transmitter circuit connected to the video detector of a normal television set, or from the output signal of the camera of a closed circuit system,
The video signal is adjusted by potentiometer 55, then
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plique ut amplifïcatour-invorsour do {'.hase comprising two PNP 60 transistors,
61 coupled on push-pull whose balanced output is a-monéo to the modulator on bridge 70 by the wires 64, 65. We can also use an unbalanced circuit, but the balanced signal gives a better linearity and a greater amplitude without overload. In most modulation systems it is customary to use a low frequency signal to modulate a significantly larger frequency carrier. When an HF carrier is amplitude modulated by
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LF signal, one can easily increase the modulation signal and obtain an output containing carrier and sideband energy.
However, in the system of the invention, the video signal has a bandwidth of 30 Hz to 3.5 MHz; if the signal modulates a porto of 4 MHz, a sideband similar to the modulation signal will be obtained. To remove the last co, a balanced modulator is used, for example a bridge modulator 70, which requires that the modulating signal (at leads 64, 65) be balanced.
This condition is fulfilled by the phase inverter-turn-amplifier comprising the transistors 60 and 61. This circuit not only has the advantage of making equal impedances appear for each phase of the signal from the modulator, but also of producing a gain*
The porteuso applied to the modulator 70 is generated by a high frequency multivibrator 75 comprising two transistors 78, 79,) The multivibrator constitutes a simple and faithful push-pull oscillator, giving a square signal of 4 MHz for example, As we have seen already said, a square wave increases the linearity and compensates for losses of definition at the highest frequencies.
On each side, the multivibratour is linked to transistors 81, 83, whose connection to a common emitter produces, under basso impedance, a balanced signal for the modulator '70, and also produces an isolation of the miltivigbrateur. The balanced outputs of the modulator are connected to fila 68 and 87.
In order for the modulation to be linear with high modulation rates, and to avoid chopping and compressing the modulation peaks, it is advisable to slightly bias the modulator. The output of the modulator appearing at wires 90, 91 is a soft sideband amplitude modulated signal which is applied to the recording amplifier as shown in Figure 4.
The recording amplifier of Fig. 4 (24 in Fig. 1) is a two-stage, on-push-pull pentode amplifier capable of supplying the power required to supply the recording head. The first group of pentodes includes tubes 101 and 103; it gives the gain on tension and has a large bandwidth. The wires 90 and 91 of FIG. 3 are respectively connected to the wires 94 and 9! of figure 4 and they send the modulated signal on amplitude with soft sidebands.
The second-group of bridges includes the tubes)? 110, 112 it is connected by capacitance to the recording head 1; la (shown in a simplified manner), through the wires 115, 116. Each of the last two pentodes is supplied by induction through the intermediary of potites variable inductors 123, 124, rather than by conventional resistors, in order to
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compensate for high frequency head gates and tune the circuit to the head impedance. The polarization is provided by a source which, in the figure, is given for 300 volts, which creates a low direct current in the toto due to the resistance of the circuits.
From an electrical point of view, the recording head which can be seen is shown in Figure 2a, as compared to conventional heads. / a very low impedance (3 to 4 ohms) at low frequencies.
However, at the carrier frequency, its impedance is noticeable - around 30,000 ohms at 4 MHz in one model - and this requires fairly high supply voltages. The recording amplifier, which has a linear characteristic, easily supplies these voltages. A relatively short low capacitance cable can be useful in maintaining the natural resonant frequency of the circuit above the carrier frequency. In FIG. 4, the blanking head 128 is represented by an electromagnet supplied with direct current by a terminal 132.
However, as we have already said a strong permanent magnet can be put in the plasterboard.
In the present example, the modulator provides a modulated signal in amplitude of two side bands, but the filtering of the final parts of the recording system, resulting from factors such as high frequency losses in the head, gates in the band and variations. impedance with frequency, manages to significantly reduce the energy of the upper sideband. As a result, the system operates approximately as a single side strip system.
Figure 5 shows an arrangement allowing the band to scroll smoothly under constant tension at medium speeds. for example 75 and 150 cm / s.
. The web 28 leaves the unwinder reel 150 and may or may not be under tension, but preferably. is not braked; It passes between guide 153 and a pressure roller 155. The roller comes out to give a relatively uniform back tension regardless of the filling of the bobbin 150.
The band '28 then passes around a mower and damper roller' 159 having a high inertia and rotating on low friction bearings. Roller 159 forms a flywheel which rotates at a speed imposed by the tension of the web and other factors such as the thickness of the web, the sliding qualities of the web or the oxide layer, etc. . However, any change in the speed or tension of the web on the unwinding side is not felt by the heads.
Then, the tape passes over a first main guide 161, in front of the offacomont head 165, over a second main guido 167 and in front of the recording head 170, As we have already said, the sound
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.1 nLï-gis, tr6 on another track of the tape, In figure 5, the video reproduction head 175 is dis- posed so b power occillor between soft handlebars 179t 180 under the action of a non-reciprocating mechanism. represented. This provision is optional and is intended to allow the reproduction of a uni-
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as image when the band is stopped or in slow motion ,.
If this arrangement is used, the two guides 179 and 180 are placed on either side of the oscillating head 175 in such a way that the parabolic face of this head is always in contact with the strip. In addition, the head is subjected to the tension of a spring 183 which serves to damp the transient effects which are manifested by the back flap.
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temonts S 10 spring also leaves maintaining a fixed frequency of oscillation, with the maximum amplitude. de Then, the tape passes between a motor finger 185 and a
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-presser clamp 15/187, on the last main guide 190 and finally on the winding bobbin 193.
At start-up, when the presser 187 is engaged, the drive finger 185 as well as the winding reel 193 are set.
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multi-year to rotate under the action of a motor 196, and through the transmissions bzz3, 199. The start is very smooth and the tape is wound up without constraint. Tests carried out with the system of FIG. 5 have shown that the tompo which results in the start of the start-up at full speed of the belt is between 250 and OO m: ll1sor.ondQI3.
The invention is not limited to the description given above by way of example and covers many variations and modifications.