Эволюция видеоленты: революция в медиа и домашнем развлечении

Основы магнитной записи

Видеолента — ключевой элемент видеотехнологий, перевернувших медиа и домашнее развлечение. Сначала контролировалась телеиндустрией, позже стала доступна частным лицам, кардинально изменив распространение информации и создание контента.

Основа — магнитная запись. Коммерчески введена в 1956 году. Видеолента по составу близка к аудиоленте: слой микроскопических магнитных частиц на базе Mylar (прочный полиэтилентерефталат). На кв. дюйм приходится ~миллиард частиц, работающих как микромагниты. При прохождении через электромагнит информация записывается и воспроизводится.

Качество ленты определяют размер, состав, плотность и распределение частиц. При производстве они ориентируются в покрытии. При записи видеоголовки выстраивают их в узоры, задаваемые напряжением видеосигнала. При воспроизведении головка считывает узоры, восстанавливая изображение.

История развития

Первые ленты — ржавчина на бумажной базе. Ранние машины записывали на тонкую металлическую проволоку. Открытие лучших свойств магнитной ленты привело к созданию магнитофонов. Первые модели использовали маленькие электромагниты, намагничивающие железную проволоку между бобинами.

Лента удобнее проволоки — не скругляется. Сперва наносили порошковые оксиды железа. Частицы были крупными — проще производство, но хуже качество. Позже добавили кобальт для улучшения магнитных свойств.

Исследования показали: меньше частицы — лучше лента. Но мелкие частицы труднее диспергировать в связующем веществе (жидкой смеси, застывающей в магнитный слой). Улучшение связующих и методов нанесения кардинально повысило качество.

1951 г.: Bing Crosby Enterprises демонстрирует магнитную видеозапись. Низкая скорость делала её коммерчески нецелесообразной, но преимущества были очевидны: качество вещания, многоразовые ленты, дешевизна производства.

1956 г.: Ampex представляет первый практический видеомагнитофон — крупный бобинный аппарат с 4 записывающими головками и лентой 2 дюйма. 30 ноября 1956 г. CBS впервые вещает программу с видеоленты.

1969 г.: Sony выпускает стандарт EIAJ, 3/4-дюймовую систему U-Matic — первую массовую видеокассетную систему. Кассета революционизировала видео по сравнению с бобинами.

Начало 1980-х: Sony создает потребительский рынок видеокассет с Betamax. JVC вводит VHS (лента 0,5 дюйма / 1,3 см), быстро захватывающий рынок. 1984 г.: Kodak и GE представляют 8-мм видеокамеру (камеркордер). 1995 г.: появление цифровой видеоленты — меньше шумов, меньше деградация качества.

Появление цифровой ленты и DVD заставило многих предсказать конец видеокассет. Но в 2001 г. оценка: 90% домохозяйств имеют видеомагнитофоны, только 10% — DVD-плееры. Новые достижения в производстве лент и потребительские предпочтения отодвигают «вымирание» видеоленты на долгие годы.

Сырьё: трёхслойная структура

Современная магнитная лента — три слоя:

• Базовая пленочка (Base film): полиэтилентерефталат (PET) — прочный, устойчивый к растяжению, дает механическую прочность.
• Магнитный слой: определяет магнитные свойства. Состоит из магнитных порошков (от оксидов железа до высокоэнергетических металлических частиц), связующих (полимеры, клея, смазки, очистители, растворители, дисперганты, антистатики), добавок (технический углерод) и смазок для снижения трения/износа.
• Заднее покрытие (Back coating): смазки, повышающие долговечность и производительность.

Конструкция и принцип производства

У каждого производителя своя технология и материалы для конкурентного преимущества, но базовый процесс единый: берется рулон прозрачной пластиковой пленки, наносится смесь связующего и магнитных частиц («краска»), сушится в печи, режется на узкие полосы, навиваемые на бобины.

Магнитные частицы иглообразные — позволяют плотно упаковать их на поверхности. Чем выше магнитная плотность, тем лучше лента. Лучшие ленты — мелкие частицы в высокой концентрации.

Производственный процесс (по данным Sony)

1. Смешивание (Mixing): создание «краски» для магнитного слоя. Магнитный порошок предварительно смешивают с растворителями и диспергантами (полиуретан) против всплывания. Планетарные миксеры в больших баках диспергируют порошок. Затем добавляют связующие, добавки, смазки. Смесь проходит через валковую мельницу (сдвиговые силы предотвращают агломераты).
2. Нанесение покрытия (Coating): магнитная «краска» наносится на базовую пленку в непрерывном процессе. Рулоны пленки подаются в коутер (длина 36,6 м, мощность 400 кВт). Пленку тащат 6 моторами при низком натяжении. Автоматическая сшивка новых рулонов «на лету» (flying splice) без остановки. Коутер наносит магнитный слой методом экструзии: «краска» выдавливается под давлением через узкий зазор, пленка проходит над ней, слой лежит гладко. Толщина измеряется в субмикронах (млн. долях метра). Компьютеры контролируют равномерность.
3. Ориентация частиц: еще влажная лента проходит через сильное магнитное поле — частицы физически ориентируются в едином направлении. Изначально они случайны, выравнивание критично для записи. Чем равномернее дисперсия и ориентация, тем лучше характеристики. Затем — сушка.
4. Сушка: фиксирует ориентированные частицы. Растворители испаряются и рекупераруются. Магнитный слой стабилизируется. После сушки рентген-сканер проверяет равномерность слоя.
5. Нанизывание на крупные рулоны: лента навивается на рулоны до 1,2 м ширины и 300+ м длины. Натяжение удерживают постоянным, снижая скорость навивки по мере роста рулона. Сшивка нового рулона аналогична «flying splice».
6. Календование (Calendaring): промежутки между частицами еще не зафиксированы полностью. Ленту пропускают между стальными и эластичными валами — уплотнение слоя, увеличение упаковочной плотности частиц, максимальная магнитная плотность, шероховатость снижается для лучшего контакта с головками. После этого финальные поверхностные характеристики и толщина зафиксированы.
7. Продольная резка (Slitting): ленту режут на ширину формата: 0,5 дюйма (1,3 см), 0,75 дюйма (1,9 см), 1 дюйм (2,5 см). Высокоточная резка лазер-контролем (дефекты: складки, дырки). Точность в микронах для плавной работы в видеомагнитофоне/камеркордере. Плохой срез сбрасывает оксид, базу, заднее покрытие. После резки — очистка валиком, навивка на «блинчатые» (pancake) рулоны. Готово к фазе упаковки в кассеты.
8. Финишная фаза — сборка кассет: корпуски кассет литьют из расплавленного пластика в металлические формы (верх/низ, 5 винтов). Компоненты: две бобины для ленты, пружинная дверца, нержавеющие стержни/ролики защиты от царапин, низкотриботельные ролики, антистатический лидер, два пружинных замка против размотки внутри. Пустые корпуски с хабами и лидером подаются в машину вкассетной загрузки: лидер сшивается с «блинчатыми» рулонами, намотавается измеренное количество ленты. Собранные кассеты упаковывают в защитные чехлы, коробки, отгружают.

Побочные продукты и отходы

На некоторых заводах растворитель из процесса покрытия рекупераруется: испаряется в сушильных камерах, смесь воздуха и растворителя уходит трубами на станцию регенерации, разделение, дистилляция, повторное использование.

Контроль качества

Постоянный на всех этапах. Компьютеры, рентген, лазеры мониторят стадии. Ингредиенты тестируют до запуска: оксид/металл — на равномерность и размер, магнитные «отпечатки» — на соответствие характеристикам, связующие/смазки — на чистоту, PET-пленку — на прочность и консистенцию.

Будущее: металлические испаренные ленты (Metal Evaporated)

К 2000 г. доминировали оксидные ленты. Ленты с покрытием из чистого металла (metal evaporated tape) превосходят их. Процесс иной: магнитный материал не в связующем, а испаряется из твердого состояния и осаждается на базовую пленку. Электронный луч нагревает металл до тысяч градусов в вакуумной камере. Пар оседает на подготовленной пленке. Наносится защитное покрытие. Результат — гладкая, тонкая, сверхплотная пленка чистых магнитных частиц. Без связующего плотность приближается к твердому металлу. Sony лидирует с процессом Advanced Metal Evaporated (AME). Технология относительно новая, полный потенциал еще не раскрыт.

Источники

Книги

• Alldrin L. et al. The Computer Videomaker Handbook, 2-е изд., Focal Press, 2001.
• Nmungwun A. Video Recording Technology: Its Impact on Media and Home Entertainment, Lawrence Erlbaum Associates, 1989.
• Heller N., Bentz T. The Great Tape Debate: Evolution of the New Video Format, Knowledge Industry Publications, 1987.

Веб-ресурсы

• Stoffel T. Videotape Systems Theory Web Page, дек. 2001: lionlmb.org/quad/theory.html
• mtc-open.net

Автор: Dan Harvey