Bandes magnétiques: systèmes à bobine

Bonjour,

• ce tuto a pour but de décrire les paramètres importants des bandes magnétiques
• de résumer les caractéristiques de quelques bandes disponibles en 2023 sur le marché.

Il y a plusieurs normes de référence, je ne possède que les CEI et ai trouvé des copies partielles des NAB.

Normes de référence

• CEI 60094-6 (1985) Systèmes d'enregistrement et de lecture du son sur bandes magnétiques - Sixième partie: Systèmes a bobines

• CEI 60094-2 (1994) Systèmes d'enregistrement et de lecture sur bandes magnétiques - Partie 2: Bandes magnétiques étalons

extraits de la 60094-2: toute bande étalon normalisée doit comporter au moins les sections suivantes:
1) niveau de référence;
2) réglage d'azimut;
3) réponse amplitude/fréquence.
Chaque section doit être enregistrée suivant un angle de 90° ± 1 ', par rapport au bord de la bande.

Composition d'une bande magnétique

La bande magnétique est composée de différentes couches comme le montre le croquis ci-dessous

La matière du support (base, substrate) peut être

• du papier (les toutes premières) stable mais fragile
• AC cellulose acetate, pas stable
• PVC, stable
• PE polyester, polyethylene; stable (pas le polyester urethane)

les différentes matières résistent plus ou moins bien à l'action du temps et en particulier à l'humidité.

L'effort de traction pour une élongation de 3% varie suivant matière, largeur et épaisseur; idem effort à la rupture.

Avec tous les paramètres physiques, chimiques et magnétiques, ont peut calculer un 'score' pour la durée de vie de la bande magnétique. Certaines marques /modèles sont à éviter. Le nombre d'enregistrements/effacement n'a pratiquement pas d'influence. Ainsi il ne faut pas tenir compte lors d'un achat de mentions telles que "enregistrées une seule fois"; il s'agit souvent de bandes archives qui sont bonnes pour la poubelle car chimiquement/physiquement endommagées et vont complètement encrasser votre magnétophone en quelques secondes. La boite, la bobine peut avoir un intérêt.

Dimensions et répartition des pistes

Largeur des bandes:

• CEI 60094-6 (1985) 6.3 mm = 0.248 inch et non 1/4 " (graphe ci-dessous)
• NAB NATIONAL ASSOCIATION OF BROADCASTERS Cartridge "Tape Recording and Reproducing" (1964) 0.246 inch
• NAB E416 (1965) 0.246 ± 0.002

Épaisseur de la bande:

on distingue 4 épaisseurs, il y a des petits écarts suivant fabricant; les 'désignations' ne sont pas standardisées

• 'standard play' 52 µm épaisseur totale
• 'long play' 35 µm épaisseur totale
• 'double play' 26 µm épaisseur totale
• 'triple play' 18 µm épaisseur totale

suivant l'épaisseur, on pourra mettre plus ou moins de bande [m] sur une bobine, l'épaisseur d'oxyde magnétique est indépendant;

la durée de lecture variera comme dans le tableau ci-dessous

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• (année) mise sur le marché: '1948-' début; '-1995' fin; '-1979-' ou '-2001-2023-' vu dans une revue, un site cette (ces) année(s) là
• le matériau de base est important pour la conservation (longue durée)
  • AC (très mauvaise conservation)
  • PE généralement bonne conservation sauf:
• PE* PE ou PVC suivant année
• PE0 cerains batch ne se conservent pas bien

Caractéristiques magnétiques

Bias (enregistrement et lecture)

Il me semble nécessaire ici de donner quelques explications sur les propriétés magnétiques d'une bande, leur composition et des détails sur les têtes d'enregistrement et de lecture. Par ailleurs il faut jeter un coup d’œil sur le principe de la polarisation AC (tutoriel sur AF)
Les principales grandeurs magnétiques utilisées sont :
Flux magnétique (unité : Wb)
Densité de flux B (unité : T) = 10.000 Gauss
Intensité du champ magnétique H (unité : A/m)
Ils sont liés par les équations : B = µ x H [1 x A/m]; Φ = B x S [T x m²]
La densité de flux de saturation des bandes professionnelles est < 100 mT
Une valeur typique pour la valeur maximale de la densité de flux enregistrée dans l'émulsion de une bande magnétique fait 50 mT. Ceci serait atteint à la valeur maximale d'un enregistrement à niveau d'enregistrement complet.

Calcul 1

La valeur efficace de cette densité de flux est alors
B_rms = 0,71 * 50 mT = 35 mT
Le flux total dans l'émulsion du ruban est alors le produit de la densité de flux et l'aire de la surface magnétique. Cette surface est le produit de la largeur du ruban et de la épaisseur de l'émulsion.
S = 6,3 mm * 14 μm = 9 * 10-8 m²
Φ_rms = 35 mT * 9 * 10-8 m² = 3150 pWb
Ce flux total dans l'émulsion est normalement lié à la largeur de piste. Par conséquent, nous énoncez-le en termes de flux par mm de largeur de piste : Φ_rms/largeur = 3150 pWb / 6.3 mm = 500 pWb / mm = 500 nWb / m
C'est un peu inhabituel pour moi de voir des Wb/m, on voit dans le détail ci dessus que c'est bien la bonne unité (on peut remplacer les 6.3 mm par la largeur magnétique de 1.05 mm dans le cas de 4 pistes, la valeur est identique)
Il s'agit d'une valeur typique pour le niveau de flux utilisé dans l'enregistrement sur bande moderne (matériel professionnel) en jaune dans les tables ci-dessous

• 3M ci dessous induction [mT] de 50 à 150 environ ou  

• ci dessous fluxivité (la première) valeurs trouvées dans la littérature, datasheet des bandes ou sur le net
• sachant que le courant signal est de 3 à 20% environ (ici 14.6% et 21%) du signal bias, en se basant sur "calcul 1" on peut faire une estimation fluxivité (dernière colonne) à partir des épaisseurs coating; c'est une valeur max qui dépend de plusieurs paramètres dont la vitesse la largeur de l'entrefer (surtout pour les coating épais). Les datasheets renseigent les conditions de mesures

exemple avec Quantegy 499 (je n'ai pas mis les calculs intermédiaires)

Tentative de modélisation tête enregistrement et bande

les premières simulations de l'enregistrement donnent les résultats suivants, certains paramètres sont devinés et à confirmer. J'utilise un modèle avec cinématique, la bande est un anneau de 50 µm qui tourne dans le sens trigono (on ne voit que le haut). La matière est un "aimant" avec les données du fabricant de la SM 911 (utilisée dans ce tuto) puis de SM 900 & LPR 35

l'induction [T] la plus élevée dans la bande (à l'endroit de l'entrefer) est plus élevée que ce qui est indiqué plus haut (0.15T) mais lorsque le matériau sature, l'induction augmente encore si H [A/m] augmente. Dans la tête, elle est faible ± 100 mT

Références:

• TEAC "A-3440 service manual"
• MAGNETIC REFERENCE LABORATORY, INC Choosing and Using MRL "Calibration Tapes for Audio Tape Recorder Standardization"
• Masanori Kimizuka "Historical Development of Magnetic Recording and Tape Recorder"
• JRF Magnetic Sciences: "Tape Heads-An Introduction"
• NAB MAGNETIC TAPE RECORDING AND REPRODUCING STANDARDS REEL-TO-REEL
• NATIONAL ASSOCIATION OF BROADCASTERS "NAB Standard Cartridge tape recording & reproducing"
• JOHN G. McKNIGHT "Speed, Pitch, and Timing Errors in Tape Recording and Reproducing"
• ROBERT K. MORRISON FOUNDER STANDARD TAPE LABORATORY "STANDARD TAPE MANUAL"
• IEC 60094-6 (1985) Magnetic tape sound recording and reproducing systems. Part 6: Reel to reel systems
• SCOTCH Magnetic Tape "Sound Talk" vol1 #2 (1968)  High frequency bias requirements for magnetic tape recordings
• HP (1967) rev1975 Magnetic tape recording handbook HP-AN-89
• NASA (1982) ref 1075 Magnetic Tape Recording for the Eighties