JPH0610844B2 - 磁気記録方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気記録方式更に詳細にはデジタル信号等の高
周波を含む信号の磁気記録方式に関する。本発明におけ
る磁気媒体はバイアス記録を行う物で、テープ，デス
ク，カード等その応用型体は何れでもよい。

一般に磁気記録方式には無バイアス記録とバイアス記録
があり、前者より後者の方が記録信号レベルを低く押え
られるのでしばしば用いられている。

また、一般に音楽信号の記録においては、アナログ信号
記録が行われてきた。

第１図(イ)は媒体（磁気テープ）の周波数ｆと記録レベ
ルｈとの飽和特性曲線ａを示す図、(ロ)は入力ｘと出力
ｙの各周波数ｆ′，ｆ″……の特性を示す図で定められ
た媒体及びヘツドに或る量以上のレベルを与えても飽和
してしまい記録再生レベルはこれ以上の値は記録再生出
来ない事を示している。

飽和領域ｈ₁₁に入る過度の信号は信号記録が出来ないの
みならず減磁作用を増加し更に出力を減らす方向に動作
すると共に非直線領域記録のために高調波歪を発生し、
この高調波はバイアス信号との間でいわゆるビート雑音
を発生することが知られている。

しかし音楽信号のアナログ記録においては音楽信号に含
まれる高域周波数のレベルは他の、中低域に比べ比較的
小さいので、ビード雑音が混入してもあまり問題視され
ていなかつた。また、発生したとしても音質劣化と云う
範囲にとどまり録音再生不能と云う本質的障害にはなら
なかつた。

また、このビート雑音発生を軽減するために第２図(イ)
示のようにバイアス信号ｂの周波数を音楽信号の最高周
波数（通常20kHz）の５倍以上の高い周波数に選んだ
り、また、第２図(ロ)，(ハ)に示す如く該最高周波数附近
の高い周波数にて高域を遮断するフイルターＦ₁，Ｆ₂を
設け不要な入力信号をヘツドに与えない様な配慮がなさ
れた。

また、本出願人の発明、特公昭５３−16684号が提案さ
れた。

このような配慮により音楽信号に含まれるビート雑音
は、音楽信号の所有するダイナミツクレンジの下限値で
ある-60〜-70db以下に低く押えるように設計されて来
た。

然るにデジタル記録においては、記録する波形は、基本
的に高調波を多量に含む波形（矩形波）であり、したが
つて、飽和領域に信号レベルが至らなくともこのビート
発生の傾向は大である。更に高密度記録化した場合は、
ヘツド，磁気テープで定められる飽和特性（ｆ特）の最
高周波数近傍での記録が要求され、かつ良好なS/N比を
得るために可能な限り飽和領域に近い高いレベルで記録
が行われるので高調波歪を発生し易く、したがつて更に
ビート発生を助長する。第３図はこの状態を示すもの
で、Ｓは信号、Ｎはビート雑音、テープスピードは4.75
cm／秒である。

この第３図示の例では信号Ｓはテープのヒスノイズ等の
背景雑音に比して30db以上のS/N比で再生されている
が、信号Ｓに含まれる高調波とバイアス信号周波数によ
り略20kHz附近に強いビート雑音Ｎが発生しているの
で、Ｓ／Ｎ比は10dbしかない。デジタル信号NRZ（ノ
ン，リターン，ゼロ信号）再生においては第４図に示さ
れるように変調手段Ｍ₁で変調し、これをヘツドテープ
で記録再生し、復調手段Ｍの信号検出回路で信号成分を
抜き出し、該抜き出した信号によりもとのデジタル信号
NRZ等の入力信号を復調しなければならない。なお、図
中Ｈ₁は記録ヘツド、Ｈは再生ヘツド、Ｎ₁は記録信号増
幅手段、Ｎは再生信号増幅手段である。この抜き出しに
必要なS/N比は一般には30〜20dbである。しかるに先の
第３図のようなビート信号が再生信号中に存在している
時は、その為にＳ／Ｎ比が10db位となり、抜き出し不能
となる。この事は従来アナログ録音における音質障害の
ようなものではなく、信号録音再生不能と云う記録再生
の本質的な障害を意味する。

また音楽信号等においても第４図に示す記録側の変調回
路において、デジタル信号NRZの変調が行われる場合に
は記録電流波形のグループコード変調（例えば４−７変
調）波は第５図に示すようなランダム信号における４−
７変調信号スペクトルを有し、高範囲な高調波を含んだ
波形が記録されるのでアナログ記録に比してビート発生
の要因が増加する傾向がある。なお、例として示す４−
７変調の最小周期Tminと最大周期Tmaxは以下の通りであ
る。

以上のように大量に高調波を含む変調波形の記録再生に
おいてはビート雑音軽減がデジタル信号バイアス記録の
大きな課題となつていた。

本発明はこのバイアス記録において記録信号とバイアス
信号とヘツド及び磁気テープを含めた伝送路の非直線性
に起因して発生するいわゆるビート雑音の軽減を図るこ
とを目的とするものである。

本発明者は研究の結果上記高調波を有する記録再生にお
いてその変調手段とヘツド駆動手段の系即ち信号記録系
に特定の特性を有するウエデイングフイルターを設ける
事により、著しくビート障害を軽減する事に成功し、本
発明を完成したものである。

以下本発明の実施例を詳細に説明する。

一般的な手法としてバイアス信号の周波数を高くする事
はビート雑音を軽減しうるが使用するヘツド及び回路等
よりその周波数の上限が制限され、実施例では1MHzとす
るが、この方式でのビート雑音の軽減は限度がある。

次に、第５図に示す様な高調波を含む信号の変調波形と
記録再生用伝送送路を通して復調する場合、その伝送路
の周波帯域は、広い事が理想であるがナイキスト条件10
0％ロールオフの考えを適用した場合は、変調波形の最
小周期Tminの逆数の最高周波数ｆ_max帯域でも原波形が
復調可能である事が判る。即ち、変調波形の最小周期Tm
inに相当する最高周波数ｆ_maxが60kHzの時は120kHzの帯
域を必要とすることを示している。（この事は70kHz
等、該周波数未満の帯域しか持たない伝送路においては
復元が困難で記録再生の場合は再生不可能と云うことを
意味している。） この事を考慮した時第２図(ロ)，(ハ)に示す如き高域遮断
フイルターＦ₁，Ｆ₂を用いてビート軽減を行う手法にお
いては、そ遮断周波数は、少なくとも最小周期Tminに相
当する周波数の２倍の周波数を通過せしめる様に該フイ
ルターを設定すれば良い事になる。

更に先のナイキスト条件の思考では伝送路における群遅
延特性は一定を前提としている。したがつて、該フイル
ターは群遅延特性がナイキスト条件で設定された帯域内
において大きく変化しない事が望まれる。しかしビート
軽減効果を考慮して高次のフイルターを用いると一般に
は合群遅延特性が悪くなる傾向があり、したがつて一般
フイルターで該軽減手法を実施する為には２倍以上でか
つ出来るだけ高い周波数に該フイルターの遮断特性を設
定し２倍までの帯域内での群遅延変化を低く押える必要
がある。

従来の音楽信号用アナログ記録においては、背景雑音
（ヒスノイズ等）レベルと同等の低い値でビートノイズ
がある時もその雑音の中のビート雑音が聞かれるためこ
の障害を防ぐためにビート雑音軽減は背景雑音のレベル
を50dbとしても耳に聞こえない70db近くになる様に配慮
して来た。

一方、デジタル記録においては、信号抜き取りの可能な
レベルは20〜30dbであり、高密度化を配慮して背景雑音
（ヒスノイズ等）がこの値附近まで許容し記録再生を行
つている。高密度記録は伝送周波数特性の内、特に高域
部が重要でありしたがつて、Ｓ／Ｎ比の低い領域で記録
が行われる傾向にある。したがつてこの背景雑音や該可
能レベル以上の入力信号に対してはデジタル記録では重
要な意味をもつて来るがこのレベル以下の信号に対して
は記録再生について本質的な影響がない。したがつてビ
ート雑音が背景雑音レベルと同等（例30db）またはそれ
以下であつても抜き取り可能レベル（例28db）以下にあ
つては復調されずアナログの様な音質障害を発生する事
は無い事を意味している。

この事より第２図に示すビート軽減手段をデジタル記録
において実施する手法では、その効果はビート雑音レベ
ルが先の復調器の信号検出可能レベル（例−28db）以下
になる如くフイルターの高域遮断特性を可能な限り高域
側に寄せて設定すれば良い。

実施例をもつて示すと、 第６図は磁気ヘツド，テープよりなる伝送路の伝達周波
数ｆ特性の飽和曲線ｃを示す。なお、この場合バイアス
信号ｂの周波数は、１MHz，変調方式は４−７変調（第
５図）を用い、 の高密度記録の例を示す。背景雑音レベルｈ₁はテープ
を走らせた時の摺動ノイズや再生回路やヘツドより発生
する雑音を示すものでこの場合背景雑音レベルは−30db
である。

第７図は、高密度記録を行う為に55kHzの信号を記録し
た時の装置の入力ｘと出力ｙの特性曲線ｄを示してい
る。この場合は第６図に示すｆ特の高域端での記録とな
る。Ｓ／Ｎ比を可能なかぎり上げる為に第６図の飽和点
ｃ₁に近い所での記録は第７図のｄ₁に相当する。本発明
ではこの点ｃ₁，ｄ₁の入出力レベルを基準レベル０ｄｂ
としている。第７図に示すものは55kHzの信号の特性曲
線だが飽和特性は磁気媒体やヘツドやバイアス量等で定
まるので周波数でそれぞれ異なる値を示す。

バイアス周波数（１MHz）の1/n（ｎ＝整数）の周波数に
おいて例えば1/2の500kHzや1/4の250kHz等の近傍周波数
でビート雑音の発生する量が多いが、このような周波数
は高過ぎるので、第６図示のようにこの伝送路における
記録再生出力としては現われて来ず、記録されない。す
なわち、上記の周波数は飽和特性曲線ｃがノイズレベル
ｈ₁以下になつて再生ヘツドで検出出来ない帯域にあ
る。しかしこれらの周波数を入力して記録するとヘツド
と媒体で歪を発生し高調波を発生する。この高調波とバ
イアスがビートを発生し再生帯域内にビート雑音として
現われて来る。例えば入力信号の周波数が510kHz、バイ
アス周波数が１MHzの時は入力信号の２倍の高調波の周
波数は510×２＝1020kHzでこれとバイアス周波数のビー
トすなわち差の周波数の20kHのビート雑音が再生されて
来る。この様子を示したものが第８図である。

第８図は該伝送路の入力ｘ₁対ビート出力ｙ₁を示したも
ので、ビート発生の比較的多い周波数即ちバイアス周波
数の1/2，1/4の500kHzと250kHzを選び、それぞれの近傍
±10％範囲の周波数のサイン波の入力ｘ₁を、第４図に
示す回路の点に与え、点での出力ｙ₁を測定したも
のでグラフｅ₀は500kHz，グラフｆ₀は250kHzを示す。記
録は歪波の発生を行うのみであるのでその入出力特性は
出力としてはビート雑音の型で示される事になる。

復調手段Ｍの検出可能レベルを−28dbとした時少なくと
もビート雑音を−30dbに押える必要があり、したがつて
第８図より500kHz近傍の入力雑音は点ｅ₁で示すように
−25db以下、また、250kHz近傍の入力雑音は点ｆ₁で示
すように−18db以下に押える必要のあることが一つの条
件となる事が判る。

記録する波形は変調波ｇであるので、この各条件を第９
図示の変調波ｇのスペクトラムに重ね合わせて考えると
先の条件は点ｅ₂，ｆ₂のようになる。即ち、点ｅ₂，ｆ₂
はビート雑音を30db以下に押えるための入力信号レベル
を示している。

第９図示のように250kHzの点ｆ₂の近傍では６ｄｂ、500
kHzの点ｅ₂の近傍では10db変調波が高く、したがつて、
先の可能レベルの範囲内にビート雑音が現われ、復調不
可能であることを示している。

この事よりフイルター手段は250kHz近傍では６ｄｂ、50
0kHz近傍では10db、変調波のレベルを下げればよい事が
判る。

第10図は本発明の一実施例におけるウエイテイングフイ
ルターの周波数特性を示すもので、その特性曲線ｋには
４次のパタワーズで200kHzにカツトオフがあり、850kHz
に向つて直線状に減衰している。

このウエイテイングフイルターに上記第９図示の変調波
ｇを入力すると、これが第10図の曲線ｌで示すように抑
圧される。一方、この第10図に、第８図の点ｅ₁，ｆ₁を
示すと、ｅ₃，ｆ₃のようになり、これらの点ｅ₃，ｆ₃は
曲線ｌよりもレベルが低くなる。従つて、このウエイテ
イングフイルターを用いればビート雑音を30db以下に押
えることができ、これにより、変調波はビート雑音の影
響なく信号の復調が可能であることが示される。なお、
この設定は変調方式が定まれば変調波形の成分スペクト
ルが自動的に定まるので、そのフイルタ遮断特性が容易
にこの様に誘導する事が可能である。

第10図は本発明によるウエイテイングフイルターをパタ
ワーズの単純な構成で示したが、本発明における条件を
みたすフイルターは種々応用出来る。

第11,12,13図は本発明の他の実施例を示すものである。
第11図に示すウエイテイングフイルターの特性曲線ｋ₁
は300kHz附近までは急峻な減衰特性をもたせそれ以上は
oct 6dbとしたものである。

第12図に示すウエイテイングフイルターの特性曲線ｋ₂
は第11図と同様な特性曲線ｋ₁に更に600kHz近傍より急
峻な下降特性を附与したもので複数の高域遮断特性を組
み合わせたものである。

第13図に示すウエイテイングフイルターの特性曲線ｋ₃
はcot 6dbのフイルター特性にビート発生量の多い周波
数に共振を有する帯域遮断型のフイルター特性を附与し
たものである。

いずれも第９図示の変調波ｇ及び第８図示の点ｅ₁，ｆ₁
の雑音を入力すると曲線ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃及び点ｆ₄，
ｆ₅，ｆ₆，ｅ₄，ｅ₅，ｅ₆のようになり、曲線ｌ₁，
ｌ₂，ｌ₃は点ｅ₄，ｅ₅，ｅ₆，ｆ₄，ｆ₅，ｆ₆よりも下に
なるので変調信号の高域（ビート発生量の多周波数）で
ビート雑音の発生は、30db以下になり、ビート障害の影
響なく信号の復調が可能となることが示される。

実施例は４−７変調で示したが、本発明はこの方式（４
−７変調）にこだわらず、任意の変調方式でも使用可能
でそれぞれの変調方式の周波数成分を考慮して該フイル
ターを設ければ良い。また、矩形波等直接ＮＲＺ信号を
記録するものにおいても同様である。

以上本発明の要旨とするウエイテイングフイルターの周
波数特性は第14図示の通りである。

１．ナイキストの定理によりそ特性曲線ｋのカツトオフ
周波数ｆ_ｃは該変調手段で得られる変調信号の最小周期
をTminとしたとき の２倍の周波数以上である。

２．変調信号の最小周期Tminの信号を記録再生した時の
入出力レベルを基準レベルとし、第15図示のようにバイ
アス信号ｂの周波数ｆ_ｂの整数（ｎ₁，ｎ₂……≠０）分
の１の周波数近傍における該装置の入力ｘ対ビート雑音
出力ｙ特性において、該各周波数 ……の入力信号の出力レベルＹ₁，Ｙ₁……が該復調手段
の雑音余裕レベルＹ₀に等しい（Ｙ₁，Ｙ₂＝Ｙ₀）値を示
す該入力レベルをＬｎ（Ｌ₁，Ｌ₂……）とした時、記録
ヘツドに与える変調信号ｇを入力したときの出力ｌの高
域成分ｌｎが最小周期Tminの信号に対して、レベルLn近
傍でレベルＬｎ以下のレベル差δを有する如き減衰特性
を有する。

上記の本発明による遮断特性を有するウエイテイングフ
イルターの具体的な回路を第16図に示す。入力信号端子
１にはNRZ（ノン，リターン，ゼロ）等のデジタル信号
が与えられる。該入力信号を変調信号に変換する変調手
段２と、記録ヘツド５を駆動する駆動手段３と記録ヘツ
ドにバイアス信号を供給するバイアス供給手段６よりな
り、該変調手段２と駆動手段３との間に本発明で示すビ
ート雑音軽減用ウエイテイングフイルター手段７を設け
る。このように構成する事により駆動手段３にはビート
雑音を30db以下に押える如く変調波の信号は、ウエイト
付けされて供給されるので、復調時障害なくデジタル信
号が再生される。

第17図は、駆動手段３とヘツド５の間に該フイルター手
段を設けた例であり同様な効果が得られる。

第18図は、駆動手段３に例えばフイードバツクループを
用いて該フイルター特性をもたせたものである。

該フイルター手段７はコンデンサ，抵抗やコイル等によ
りパツシブ或いはアクテイブフイルタで構成されるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図(イ)は一般の磁気テープの周波数と記録レベルの
飽和特性曲線を示すグラフ、(ロ)は各周波数における同
入力と出力の関係を示すグラフ、第２図(イ)は従来のフ
イルタの周波数特性を示すグラフ、(ロ)，(ハ)は夫々その
フイルタの具体的回路の２例を示す回路図、第３図はデ
ジタル信号の周波数特性を示すグラフ、第４図は従来の
磁気媒体デジタル記録再生装置の一例を示すブロツク
図、第５図はＮＲＺデジタル信号の周波数特性を示すグ
ラフ、第６図は第１図(イ)と同様の磁気ヘツド，テープ
よりなる伝送路の周波数特性曲を示すグラフ、第７図は
55kHzの信号の入力と出力の特性を示すグラフ、第８図
はバイアス信号の周波数の整数分の１の周波数近傍の入
力信号における入力とビート出力との関係を示すグラ
フ、第９図はデジタル信号の変調波のスペクトラム、第
10図は本発明によるウエイテイングフイルターの周波数
特性を示すグラフ、第11,12,13図は本発明の他の実施例
におけるウエイテイングフイルターの周波数特性の３例
を夫々示すグラフ、第14図は本発明によるウエイテイン
グフイルターの特性を説明するグラフ、第15図は同バイ
アス信号の周波数の整数分の１の周波数近傍の入力信号
における入力とビート出力との関係を示すグラフ、第1
6,17,18図は本発明によるフイルターの具体的回路の３
例を夫々示すブロツク図である。 ２，Ｍ₁……変調手段、３……記録ヘツド駆動手段、６
……交流バイアス供給手段、５，Ｈ₁……記録ヘツド、
Ｈ……再生ヘツド、Ｎ……再生信号増幅手段、Ｍ……復
調手段、ｆ_ｃ……カツトオフ周波数、ｆ_ｂ……バイアス
周波数、ｘ……入力レベル、ｙ……ビート雑音出力レベ
ル、Ｙ₀……雑音余裕レベル、Ｙ₁，Ｙ₂……雑音余裕レ
ベルの値、ｇ……変調信号、ｌ_ｎ……高域成分、δ……
レベル差、７……ウエイテイングフイルター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変調手段と記録ヘツド駆動手段と交流バイ
   アス供給手段と記録ヘツドと再生ヘツドと再生信号増幅
   手段と復調手段を有する磁気媒体デジタル記録再生装置
   において、カットオフ周波数は該変調手段で得られる変
   調信号の最小周期をTminとしたとき の２倍の周波数以上でかつ、変調信号の最小周期Tminの
   信号を記録再生した時の入出力レベルを基準レベルと
   し、バイアス周波数の整数（ｎ≠０）分の１の周波数近
   傍における該装置の入力レベル対ビート雑音出力レベル
   特性において、該出力レベルが該復調手段の雑音余裕レ
   ベルに等しい値を示す該入力レベルをＬｎとした時、記
   録ヘツドに与える変調信号の高域成分が最小周期Tminの
   信号に対して、上記の周波数近傍で該入力レベルＬｎ以
   下にレベルを押え込む如く、該カットオフ周波数と減衰
   特性を有するウエイティングフィルターを、変調手段と
   記録ヘッドの間の信号系路に設けてなる磁気記録方式。