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"tonband" Heft 1 • Februar 1972 • 9. Jahrgang
"Die Magnetbänder der 1970er Jahre" (von 3M)

Dargestellt am Beispiel der neuen High Energy-Bänder von 3M.
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Anmerkung : Das hier ist kein redaktioneller Artikel der "tonband"-Redaktion sondern ein "verkleideter" Werbe- bzw. Promotion-Artikel der Firma 3M !!!


Zu Beginn der 70er Jahre wurden umfassende Verbesserungen auf dem Gebiet der Fernsehaufzeichnung angekündigt. Auf dem Gerätesektor wurden sie erfüllt durch die Einführung hochqualitativer Videorecorder, sowohl für die professionelle (2" Quadruplex-) als auch für die semiprofessionelle (1" Helical Scan-) Videoaufzeichnung. Vielfach angekündigt und demonstriert wurde auch der revolutionäre Versuch, bespielte Videobänder im Schnellverfahren zu duplizieren. Diese Entwicklung ist faszinierend und für die Industrie von größter Bedeutung. Jedoch darf nicht übersehen werden, daß eines der wichtigsten Kriterien für den Fortschritt der Videoaufzeichnung das Magnetband selbst ist.
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Rückblick

Während der vergangenen 10 Jahre konnten auf dem Gebiet der Magnetbandherstellung große Fortschritte erzielt werden. Die Verbesserungen führten uns vom Schwarzweißbild bis zum tadellos brillanten Farbbild. Das in den 60er Jahren von 3M entwickelte Low Noise Oxyd in Verbindung mit neuen Bindersystemen führte zu der ausgezeichneten Aufnahmequalität, die heute als selbstverständlich betrachtet wird.

Bei der Erforschung neuer Methoden zur Verbesserung der elektromagnetischen Eigenschaften der Videobänder ist man zu der Erkenntnis gelangt, daß die uns heutzutage zur Verfügung stehenden Oxyde mit Low Noise Eigenschaften schon das Maximum im Rahmen des Möglichen darstellen.

Wollte man eine entscheidende Verbesserung im Leistungsvermögen des Magnetbandes erzielen, so müßte das in ein Forschungsgebiet führen, das sich hauptsächlich mit der Änderung der Grundpartikel des Oxyds auseinandersetzt.
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High Energy - Ein neu entwickeltes Magnetbandoxyd

Nachdem 3M viele Jahre auf diesem Gebiet Forschungsarbeiten betrieben hatte und auch zahlreiche Auswertungen praktischer Versuche zur Verfügung standen, ist 3M nun in der Lage, das Ergebnis dieser Arbeiten bekanntzugeben. Es ist gelungen, eine neue Oxydgruppe zu entwickeln, die alle jene Eigenschaften besitzt, die die von den Forschern gesetzten Ziele verwirklicht.

Die Bänder, in denen die neuen Oxyde verwendet werden, nennt man aufgrund des höheren Outputs High Energy Magnetbänder. Da allgemein bekannt ist, daß ein höherer Output erzielt werden kann, wenn Koerzitivkraft und Remanenz eines Magnetbandes verstärkt werden, konnte dieser Durchbruch anhand entsprechender Änderungen dieser Punkte ermöglicht werden.

Über die Koerzitivkraft und die Remanenz

Die erforderliche Erhöhung der Koerzitivkraft und der Remanenz wurde erreicht, indem die Zusammensetzung des Gamma-Eisenoxyds verändert wurde. Das High-Energy-Oxyd ist ein mit Kobalt versetztes Gamma-Eisenoxyd. Jedem Oxydteilchen wurde eine geringe Menge Kobalt zugegeben und zwar in einer Weise, die es ermöglichte, die resultierende Koerzitivkraft auf einer vorher festgelegten Stärke zu halten.

Dieses Verfahren ist zwar schon seit Jahren bekannt, aber die früheren Ergebnisse waren erfolglos, weil das Zusetzen von Kobalt Größe und Form der Oxydpartikel nachteilig veränderte und besonders Wärme und Zugspannungen negative Auswirkungen auf die Signalspeicherung hatten.

Das von 3M entwickelte Verfahren ermöglichte es erstmalig, High Energy Oxyde herzustellen, die die gleiche Partikelgröße und -form haben wie das Gammaeisenoxyd. Die oben erwähnten negativen Auswirkungen konnten durch dieses neue Verfahren völlig ausgeschaltet werden.

Von 300 Oersted bis zu 1000 Oersted

Durch diese neue Technik der Oxydherstellung können Magnetbänder mit Koerzitivkraftwerten von 300 Oersted bis zu 1000 Oersted hergestellt werden, wobei die Remanenzwerte weiterhin im 1300 Gauss-Bereich liegen. Da die Koerzitivkräfte individuell gesteuert werden können, ist 3M in der Lage, Magnetbänder zu entwickeln, die auf verschiedene technische Anforderungen abgestimmt werden können.

3M hat Videobänder für die 2" Quadruplex- als auch für die 1" Helical Scan-Aufzeichnung mit Koerzitivkräften von 500 Oersted in der laufenden Produktion; Videobänder mit 900 Oersted wurden für Testzwecke bereits hergestellt. Die 500 Oersted-Ausführung ist - im Gegensatz zu den Chromdioxydbändern - voll kompatibel auf allen auf dem Markt befindlichen Videorecordern, und das 900 Oersted-Band wird in Zukunft auf dem Gebiet technisch weiterentwickelter Videosysteme eingesetzt werden können.

Die elektromagnetischen Verbesserungen konnten ohne Abstriche an die Mechanik des Bandes erzielt werden. High Energy Bänder vereinigen in sich die besten Eigenschaften der heutigen Videobänder in bezug auf physikalische Handhabung, Bandabrieb und Lebensdauer der Videoköpfe.
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Erhöhtes Leistungsvermögen (typische Markting-Sprüche)

Das klassische Mittel, die Leistungsfähigkeit verschiedener Oxyde miteinander zu vergleichen, ist die Hysteresisschleife. Eine Analyse der Schleife ergibt drei wichtige Anhaltswerte.

Das ist einmal der Sättigungemagnetismus (Bs), die remanente magnetische Flußdichte (Br) und die Koerzitivkraft (Hc). Diese drei Werte ebenso wie Form und Größe der Oxydpartikel sind für die Leistungsfähigkeit eines Magnetbandes entscheidend.

Erklärung der Abbildungen (1)

In Abb. 1 sind verschiedene Hysteresisschleifen abgebildet. Die kleine steht für das konventionelle Videoband Scotch 400, die nächst größere für das kompatible 500 Oersted High Energy Band und die größte stellt ein experimentelles 900 Oersted High Energy Band dar. Die Höhe von Bs, Br, und Hc, kann an dem Achsenkreuz abgelesen werden.

Die Größe der Fläche unterhalb des Schleifenabschnitts Br Hc ist ein Maß für die magnetischen Kräfte, die durch das Oxyd erzielt werden können. Beachtenswert ist der zusätzliche Flächeninhalt, der durch die beiden High Energy Bänder gewonnen wird.

Der für das 900 Oersted-Oxyd stehende Flächeninhalt ist viermal, der für das 500 Oersted-Oxyd ca. zweimal so groß wie der für das konventionelle 300 Oersted-Oxyd. Diese zusätzliche Fläche oder diese zusätzlich zur Verfügung stehende Leistung der High Energy Oxyde kann natürlich vorzüglich für z. B. Fernsehaufzeichnungen oder Kopierprozesse genutzt werden.

Erklärung der Abbildungen (2)

Abb. 2 zeigt die Optimierungskurven der verschieden hoch koerzitiven Videobänder sowie deren Farbgefälle. Die Kurve des 300 Oersted Bandes wird als Standard angenommen, da sie für die heute zur 2" Quadruplex-Aufzeichnung eingesetzten Bänder, wie z. B. Scotch 400, typisch ist. Die Optimierungskurve - als durchgehende Linie gezeichnet - hat ihr Maximum bei etwas über 25% des Aufzeichnungsstromes, der für die Optimierung des 900 Oersted Bandes benötigt wird.

Die Ausgangsleistung ist auf der vertikalen Skala bei ca. 40 Einheiten ablesbar. Dieses mit 40 angegebene Maximum sowie der Verlauf der Optimierungskurve sind wichtig, um Vergleiche mit Bändern mit höherer Koerzitivkraft durchführen zu können. Die Kurve des 300 Oersted Bandes hat eine starke Steigung und ein starkes Gefälle. Das Maximum der Kurve für das 500 Oersted Band liegt bei ca. 60 Einheiten, auch liegt die gesamte Kurve weiter rechts, was darauf hinweist, daß mit einem höheren Aufzeichnungsstrom gearbeitet wurde als beim Standardband.

Wie bereits erwähnt, ist das 500 Oersted High Energy Band voll kompatibel auf allen heute existierenden Recordern. Diese Kurve bestätigt dies, da sie vollständig in den Bereich des erzielbaren Aufzeichnungsstromes fällt. Der Optimierungspunkt liegt bei 45 % des Aufzeichnungsstroms, der für die Optimierung des 900 Oersted Bandes benötigt wird.

Verwendet wurde ein Aufzeichnungskopf mit einer Spalttiefe von 1,5 mill. Weil ein neuer Kopf mit voller Spalttiefe mehr Aufzeichnungsstrom benötigt, besteht also genügend Spielraum, um leicht die Optimierung des High Energy Bandes zu erzielen.

Größerer Justierungsspielraum für 2" Video-Recorder

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Anmerkung : In 1972 war der 2" Quadruplex Recorder von Ampex und RCA das Maß der Dinge. Die teilweise Neuentwicklung der deutschen FESE mit dem 1" Recorder wurde erst 1974 in Montreux vorgestellt.
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Die 500 Oersted Kurve verläuft auch nicht so steil wie die des konventionellen Bandes. Es ist also ein größerer Justierungsspielraum vorhanden, um das gewünschte Optimum zu erreichen. Dieser größere Spielraum bedeutet auch, daß der Recorder während der Lebensdauer eines Aufzeichnungskopfes nicht so häufig nachjustiert werden muß.

Die unterbrochenen Linien geben das Farbgefälle der Bänder an. Diese stellen die Änderung der Entzerrung dar, die notwendig ist, um den Abrieb der Polspitzen des Videokopfes zu kompensieren.

Aufgrund der höheren Koerzitivkräfte verläuft die Kurve abwärts. Dies besagt, daß nur wenige Korrekturen notwendig sind, um weiterhin eine gute Entzerrung zu gewährleisten.

Die oberste Kurve steht für das experimentelle 900 Oersted Band. Dieses Band ist nicht voll kompatibel auf den allgemein gebräuchlichen Recordern. Der Aufzeichnungsstrom wurde auf das Maximum (100 %) festgesetzt, um optimale Leistung zu erzielen.

Der verwendete Kopf wurde eigens für diesen Versuch ausgesucht, um so über eine Leistung zu verfügen, die zur Erreichung des Optimierungspunktes erforderlich ist. Dies entspricht zwar nicht den normalen Betriebsbedingungen für die heutigen Geräte, demonstriert aber deutlich den gravierenden Leistungsgewinn.

Die Optimierungskurve ist noch breiter als beim 500 Oersted Band, und die Kurve für das Farbgefälle nähert sich einer horizontalen Linie. Es wird deutlich, daß zukünftige Geräte, die diese hohen Koerzitivkräfte ausnützen können, praktisch nur einmal einjustiert werden müssen.

Der Rauschabstand und die Bildqualität im Studio

Der Rauschabstand ist ein Schlüsselparameter und ein vieldiskutierter Punkt, wenn es um die Bildqualität geht.

Fernsehkamera-Hersteller und Konstrukteure der Quadruplex Videorecorder haben bereits große Fortschritte in dieser Richtung gemacht. Mit dem High Band Farb-Standard haben Bandhersteller wie die 3M Company Videobänder mit Low Noise Oxyden auf den Markt gebracht. Die Mutterbänder lieferten klare und rauscharme Aufnahmen, und zwar so rauscharm, daß Zweit- und Drittkopien hergestellt werden konnten, die die Qualität früherer Originalaufnahmen hatten.

4dB erhöhter Video-Rauschabstand bei der professionellen Aufzeichnung

Der zweite wichtige Vorteil des High-Energy Oxyds besteht darin, daß der Video-Rauschabstand bedeutend besser ist, sowohl für das 500 Oersted als auch für das 900 Oersted Oxyd. In Abb. 3 erkennt man drei Kurven, die auf den ersten Blick denen der Abb. 2 sehr ähnlich sind. Diese Abb. zeigt den Zusammenhang von Aufzeichnungsstromstärke, in % zum Maximum angegeben, und Rauschabstand, angegeben in dB. Bezugsband ist das 300 Oersted Standardband mit einem Bezugspunkt von 0 dB Rauschabstand.

Die Kurve des 500 Oersted Bandes liegt im Maximum bei +4dB. Selbst bei einer Justierung des Recorders auf das 300 Oersted Standardband (ca. 25% Aufsprechstrom) wird mit dem High Energy Band noch ein Gewinn im Rauschabstand von ca. 2dB erzielt.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß die Verbesserung von +4dB auf den heutigen Recordern erreicht werden kann, und das ohne wesentliche Änderung. Einzig und allein notwendig ist eine normale Optimierung. Wie weiter aus der Abbildung ersichtlich ist, kann mit dem 900 Oersted Band - mit eigens ausgewähltem Kopf und maximalem Aufzeichnungsstrom - der Rauschabstand um +7 1/2dB im Vergleich zum Bezugsband verbessert werden.

Dies ist natürlich kein kompatibles Band, aber es regt die Phantasie im Hinblick auf die Zukunft an; auf eine Zeit, in der Recorder entwickelt werden, die den zusätzlichen Aufsprechstrom liefern können und die genügend Löschfeldstärken erzeugen können, um die Bänder zu löschen. Die zusätzlichen 4 dB im Rauschabstand des 500 Oersted Bandes lassen sich vorteilhaft beim Kopieren von Originalaufzeichnungen nutzen, wie aus Abb. 4 zu ersehen ist.

Verbesserte Kopiereigenschaften

In dem mit Nr. 1 bezeichneten ersten Beispiel sind die Kopierverluste beim dreimaligen Kopieren dargestellt, wobei in jeder Stufe ein konventionelles 300 Oersted Band verwendet wurde.

Jede Stufe bringt aufgrund des Kopiervorganges einen Verlust im Rauschabstand von 1,5dB. Die letzte Kopie hat einen Rauschabstand von 45,5dB, womit sie 4,5dB unter dem des Mutterbandes liegt. Die heutigen Originalaufzeichnungen auf dem 300 Oersted Band sind unbestritten ausgezeichnet und ebenso unbestritten ist, daß die Qualität der letzten Kopie zwar brauchbar ist, jedoch gegenüber der Originalaufzeichnung ein deutlicher Qualitätsverlust vermerkt werden muß.

Wieder ein Beispiel - mit dem 500 Oersted Band

Im zweiten Beispiel wurden die Originalaufzeichnung und die drei nachfolgenden Kopien auf den 500 Oersted High Energy Bändern erstellt. Bei dieser Bandtype hat das Mutterband einen Video-Rauschabstand von 54dB, die Drittkopie aufgrund der Kopierverluste noch einen von 49,5dB.

Es besteht also zwischen der dritten Kopie auf High Energy Band und einer Originalaufzeichnung auf Standardband nur ein Unterschied im Rauschabstand von 0,5dB. Damit ist es gelungen, eine Drittkopie herzustellen, deren Aufzeichnungsqualität praktisch genau so gut ist wie eine Originalaufzeichnung auf einem 300 Oersted Standardband.

Ein drittes Beispiel

Das dritte Beispiel zeigt die Kopierverluste auf, die bei der Verwendung eines Standardbandes als dritte Kopie entstehen. Auf den beiden ersten Kopierstufen sind wie im Beispiel 2 je 1,5dB Rauschabstandsverluste festzustellen, bei der Drittkopie jedoch 2dB. Diese hat also einen Video-Rauschabstand von 49dB und liegt damit nur geringfügig unter dem einer Originalaufzeichnung auf Standardband.

Reihenfolge und Benutuzung der Bänder

Die Zahlen zeigen deutlich, daß bei allen Drittkopien, z. B. aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus, die Originalaufzeichnung und die ersten Kopien auf High Energy Band erfolgen sollten, die letzte Kopie aber auf einem Standardband.

Überall dort, wo hochqualitative Aufzeichnungen benötigt werden, sollten im gesamten Kopierprozeß High Energy Bänder eingesetzt werden. Die Erläuterungen zu diesem Punkt bezogen sich auf das 500 Oersted Band. Das High Energy Oxyd kann jedoch, wie bereits erwähnt, mit verschieden hohen Koerzitivkräften hergestellt werden. Dies sollte bei zukünftigen Geräteentwicklungen berücksichtigt werden.

Für bestimmte Anwendungsbereiche könnte z. B. ein System ideal sein, für das ein 650 Oersted Band optimale Leistungen liefert. Für andere Bereiche könnte wiederum ein 825 Oersted oder ein 435 Oersted Band optimal sein. Das Videoband ist nicht länger ein einschränkender Faktor bei der Bildaufzeichnung. Was fehlt, sind Geräte, die die Leistung dieser neuen Bandtypen voll ausschöpfen können.
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Erhöhung des Outputs und Video-Rauschabstandes um dB

Auf dem Gebiet der Schrägspur-Aufzeichnung ist es genau wie bei der oben besprochenen Quadruplex-Aufzeichnung möglich, durch Erhöhung der Koerzitivkraft sowohl Output als auch Video-Rauschabstand zu erhöhen.

Abb. 5 zeigt die Optimierungskurve für das 300 Oersted Standard Helical Scan Band, das zur Zeit ebenso wie zwei High Energy Bandtypen auf dem Markt erhältlich ist. Bei 50% des zur Verfügung stehenden Aufsprechstromes erreicht das Standardband seinen max. Output. Das 500 Oersted High Energy Band erfordert 70% des verfügbaren Aufzeichnungsstromes zur Optimierung und bringt dann im Output 4dB mehr.

Weiter zeigt Abb. 5 die Optimierungskurve des experimentellen 700 Oersted Bandes. Obwohl ein eigens ausgesuchter Videokopf verwendet wurde, war es gerade möglich, den Optimierungspunkt zu erreichen.

Bemerkenswert ist eine Erhöhung im Output um 6dB bei 100% Aufzeichnungsstrom. Genau wie bei den Quadruplex-Bändern fällt auf, daß die Optimierungskurve flacher verläuft. Dies wiederum bedeutet, daß die optimale Justierung des Recorders auf das High Energy Band nicht so häufig erfolgen muß und auch mehr Spielraum zur Optimierung zur Verfügung steht.

Vergleich des Video-Rauschabstandes

Abb. 6 zeigt den Video-Rauschabstand der drei Bandtypen. Wenn man das 300 Oersted Standardband als Bezugsband nimmt, so sieht man, daß das kompatible 500 Oersted Band einen um 4dB und das experimentelle 700 Oersted Band einen um 6dB höheren Video-Rauschabstand haben.

Die Kurvenverläufe in den Abb. 5 und 6 wurden auf einem 1"-Recorder gemessen. 1"-Recorder sind ohne Modifikation zwar nicht für das 700 Oersted High Energy Band geeignet, jedoch bestens für das 500 Oersted Band.

Unverminderte Qualität bei halber Kopf/Band-Geschwindigkeit

Alle diese Kurven machen deutlich, daß es nun bei der geräteherstellenden Industrie liegt, Video-Systeme zu entwickeln, die das Leistungsvermögen dieser neuen Oxyde voll ausschöpfen können, um so möglicherweise einen Schritt nach vorn in der Video-Technologie zu tun.

In Zukunft wird das Bestreben sein, mehr Informationen auf einem Videoband unterbringen zu können. Aufgrund der stark verbesserten Kurzwellen-Wiedergabe bieten die High Energy Bänder die Möglichkeit, bei halber Geschwindigkeit zu arbeiten. Das Aufzeichnen bei solcher Geschwindigkeit eröffnet neue Möglichkeiten zur praktischen Video-Kassetten-Aufzeichnung.

Bisher mußten Kompromisse gemacht werden zwischen einer übergroßen Kassette, einem unverhältnismäßig kurzen Programm oder der Qualität der Aufzeichnung.

Messungen mit einem Recoder bei 3M im Labor

Um die Leistungsfähigkeit der drei zur Diskussion stehenden Bandtypen bei niedrigeren Geschwindigkeiten zu demonstrieren, wurde ein Videorecorder mit einem Spezialkopf modifiziert.

In Abb. 7 sind die Ergebnisse der Testversuche bei halber Geschwindigkeit dargestellt. Der Output ist als Funktion der aufgezeichneten Wellenlänge dargestellt. Der Bezugspunkt 0dB wurde bei 3µm Wellenlänge festgesetzt, was dem normalen Arbeitspunkt für das 300 Oersted Standardband entspricht.

Wenn nun die Geschwindigkeit um die Hälfte reduziert wird, sinkt der Output um fast 5dB (s. rechte vertikale Achse). Das 500 Oersted High Energy Band hat bei normaler Geschwindigkeit 2dB mehr als das Bezugsband und bei halber Geschwindigkeit einen Output wie das Standardband bei normaler Geschwindigkeit. Das Standardband ergibt bei normaler Geschwindigkeit ein qualitativ gutes Bild.
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Nochmal der Hinweis : Das hier ist (war) kein redaktioneller Artikel der "tonband"-Redaktion sondern ein "verkleideter" Werbe- bzw. Promotion-Artikel der Firma 3M !!!

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