Helikassett

Ajalugu

Helisalvestuse jaoks mõeldud magnetlindi kassettide ajalugu ulatub teise maailmasõja järgsesse aega, kui lindipoole püüti paigutada mitmesugusel viisil lindi kasutamise mugavamaks tegemiseks ümbrise või kasseti sisse. Laialdasemalt tuntuks said kassetid aga alles 1950. aastatel diktofonides, eriti aastakümne lõpus RCA cartridge'i turuletulekuga.
1963. aastal tuli Philips turule kompaktkassetiga ja selle jaoks mõeldud portatiivse kassettmagnetofoniga. Erinevalt oma selleks ajaks juba levinud kinnist lindiaasa ja ühe lindipooliga cartridge'itest, mida oli radade ümberlülitamise vajaduse tõttu salvestamisel keeruline kasutada, oli kompaktkassett mõeldud tavakasutajatele, kes on nõus odavuse ja kasutamismugavuse nimel leppima halvema helikvaliteediga. Algselt oli kompaktkassett mõeldud kasutamiseks diktofonides ja kodustes tingimustes heli salvestamiseks, kuid 1970. aastate alguseks olid tehtud mitmed tehnoloogilised ja tehnilised uuendused, mis olid piisavad selleks, et tagada ka kõrgema kvaliteediga heli salvestamine ja taasesitamine. Nii saavutas kompaktkassett edu seniste põhiliste konkurentide 8-rajalise lindikasseti (8-track cartridge) ja Play ning 1980ndatel isegi vinüülplaatide ees, ning muutus laialt kasutatavaks nii autodes kui kodudes, aga ka ringhäälingu stuudiotes.
Philipsi helikassettide masstootmine algas 1964. aastal. Nende kassettide kasutamisel ulatus salvestatav sagedusala esimeste turule ilmunud kassettmagnetofonide puhul vaid 7000 hertsini ja sahina tase oli −50 dB suurusjärgus. See oli küllaldane diktofonide jaoks. Kuid erinevalt paljudest teistest cartridge-tüüpi kassettidest oli kompaktkasseti puhul eeliseks tema kasutamise lihtsus, mis tulenes lindiveo teostuse sisulisest analoogiast tavaliste lahtiste poolidega magnetofonidega (ka RCA cartridge'iga).
Magnetlindi magnetilises töökihis kasutatavate magnetmaterjalide arendamise tulemusena, aga samuti magnetpeade täiustamise tulemusena (tööpilu paksuse vähendamine 1,5 μm-ni, millega saavutati ülemine sageduspiir 15 000 Hz) sai neid aastakümne lõpus hakata kasutama ka kõrgekvaliteetseks muusika salvestamiseks. Probleemiks jäi siiski suhteliselt kõrge sahinatüüpi müra tase. Selle nõrgendamiseks vastuvõetava −70 dB tasemeni võeti kasutusele mitmesugused lindisahina summutamise vahendid (mürasummutussüsteemid või -filtrid, nagu näiteks salvestamise juures nõrgemaid kõrgemate sagedustega heli komponente tugevamini salvestav Dolby Noise Reduction (DNR) süsteem ja ainult taasesitamisel toimiv helisignaaliga juhitava madalpääsfiltri kasutamisel põhinev Dynamic Noise Filtering).
Tänu nendele arendustele kujunesid helikassetid paarikümne aastaga kõige populaarsemateks muusikakandjateks, ületades sellel alal 1980. aastate teises pooles ka heliplaate. Oma osa selles oli kindlasti portatiivsete kasettmagnetofonide laialdane kasutussetulek (Sony Walkman jt). Umbes sellest ajast pärineb ka kompaktkasseti helikasseti sünonüümiks saamine (võrdluses VHS ja teiste videokassettidega ja digitaalsete andmete salvestamiseks mõeldud andmekassettidega).
Kuigi need kassetid olid algselt heli salvestamiseks mõeldud, hakati neid nende hea kättesaadavuse tõttu kasutama ka andmekandjana varajastes mikroarvutites. Selle juures kasutati binaarse signaali salvestamiseks helisagedusalasse jäävaid kandevsignaale, mida moduleeriti salvestatavate binaarsete signaalidega.
Mõnedes maades saavutas sarnase edu ka lineaarmõõtudes CC-st praktiliselt veel kaks korda väiksemad firma Olympus mikrokassetid (MicroCassette, MC). Kuna nendes kasutati reeglina veelgi väiksemat lindikiirust (2,38 cm/s), siis ei saavutatud nende puhul piisavat helisalvestuse kvaliteeti.
Kasutamist on leidnud veelgi väiksemate mõõtmetega kassetid, kuid seda peamiselt vaid diktofonides (Pico-Cassette), kuid mitte ainult (Nano-Cassette).
CD-de ja muu digitaalse helisalvestustehnika võidukäik tõrjus kassetid 21. sajandi esimesel kümnendil praktiliselt välja, seda vaatamata digitaalse salvestuse kasutuslevõtmisele kassettides (DCC, DAT).

Konstruktsioon

Kassettide tagaserval on sälgud, mille abil saab kaitsta salvestist eksliku ülekirjutamise või kustutamise eest. Hilisematel kassettide versioonidel on neid rohkem ja nende abil toimuvad magnetofonis kassetis olevale lindi tüübile vastavalt automaatsed ümberlülitamised (eelmagneetimisvoolu suurus, sageduskarakteristiku korrektsiooni ajakonstant, müranõrgestuse kasutamine jm).

Kasseti lindi materjalid

Magnetlindid koosnevad õhukesest magnetiseeritavast töökihist, mis on kantud õhukesele aluslindile. Varasemates magnetsalvestust kasutavates lahendustes on kasutatud saksa firma BASF linte ning ka algsetes kompaktkassettides on palju just nende välja töötatud linte. Esimestes turule tulnud kassettides oli kasutusel tüüp BASF PES-18, mille alusmaterjal on polüestrist ja magnetiseeritav töökiht γ-Fe₂O₃ nõelakujuliste osakeste pulbrist. Kuigi on pakutud ka teistsuguseid materjali aluslindi valmistamiseks nagu PVC ja atsetaatalused, on läbi aja levinuim polüester.
Rohkem on varieeruvust magnetiseeritava materjali osas. Raudoksiidiga lindiga kassette nimetatakse tüüp I kassettideks, millel on üldjuhul probleemid taustamüra ja heli kvaliteediga eriti kõrgema sagedusega helide puhul. 1970. aastate alguses arendati ettevõtete DuPont ja BASF koostöös CrO₂ töökihiga magnetlint, mida nimetatakse tüüp II kassetiks. Kroomdioksiidist kattega lindiga kassette kasutasid esimesed kõrgema kvaliteediga salvestusseadmed, mis andsid tõuke kompaktkassettide levimiseks massidesse. Nende heli on aga nimetatud liiga "õhuliseks" ja "heledaks" ning madalama sagedusega helid olid kehva kvaliteediga. Selle probleemi lahendamiseks toodi turule tüüp III kassetid, kus kroomoksiidile lisati raudoksiidi kiht. Sellega saavutati küll kohati kuulajatele meelepärasem heli, kuid tehnilised probleemid kaalusid eelised üles ja nii ei saavutanud tüüp III kuigi suurt edu. 1970. aastate lõpus tuli turule tüüp IV kassett, kus kasutati magnetiseeritava kihina metalliosakesi. Need kassetid tagasid seni parima helikvaliteedi igal sagedusel.

Aluslindi materjalid

Magnetlindile salvestatud heli kvaliteet sõltub suures osas sellest, kui heade mehaaniliste omadustega on kasutatav lint: see peab olema võimalikult sile ning ei tohiks venida ja koolduda temperatuuri või õhuniiskuse toimel, kuid samas peab see olema painduv ning kergesti poolidele keritav. Selle saavutamiseks kasutatakse aluslindi materjalina plastikuid.
Levinuim ja pikimat aega kasutusel olnud materjal on polüester, millel on väga head füüsikalised omadused toatemperatuurile lähedastel temperatuuridel ning millest saab valmistada sobivaid linte plastifikaatoreid lisamata. Lindi valmistamiseks venitatakse algmaterjali eri suundades, mille käigus polümeeri molekulid orienteeruvad ühtlaselt ning sel viisil töödeldud materjal on stabiilne kuni ligi 150 °C juures. Selleks, et valmis polüestrist linti venitada 5% võrra, on vaja rakendada kuni 30% suuremat jõudu kui näiteks sama paksusega atsetaatlindi puhul ning ka rebenemisele on polüester kuni kaks korda vastupidavam.
Palju on kasutusel olnud ka tselluloosi di- ja triatsetaadist aluslinte. Nendest saab valmistada linte, millele on võimalik kanda väga ühtlane magnetmaterjali kiht, kuid diatsetaat on väga tundlik õhuniiskusele. Triatsetaat on niiskusele mõnevõrra vastupidavam ja on ka parema tugevuse ja painduvusega.
Euroopas on laialt kasutusel olnud ka polüvinüülkloriidist aluslindid. Sellel on magnetlindi rakendustes sarnased omadused tselluloosi triatsetaadiga.

Magnetkihi materjalid

Magnetlindile salvestamiseks peab magnetkiht olema ferromagneetik ehk selles peab olema võimalik tekitada püsivat magneetumust, mis ei muutu info lugemisel. Magnetiline materjal kantakse aluslindile õhukese pulbrikihina, et tagada võimalikult suur infotihedus.

Raudoksiid

Magnetlintidel kasutatakse raudoksiidi pulbritest gamma raud(III)oksiidi. Nõelja kujuga osakestega γ-Fe₂O₃ saadakse antiferromagnetiliseks α-Fe₂O₃ redutseerimisel 400 °C juures magnetiidiks Fe₃O₄ ning selle kuumutamisel oksüdeerivas keskkonnas 250 °C juurde. Kasutades lähteainena rauasoolasid, on võimalik valmistada ka sfäärilise kujuga osakestega γ-Fe₂O₃ pulbrit. Selle puhul mõjutab pulbri magnetilisi omadusi kristalliline anisotroopia, samas kui nõelja kujuga osakeste puhul on domineeriv osakeste kujust tulenev anisotroopia. Magnetlintide jaoks on sobivamad aga nõelja kujuga osakesed. Nõelja kujuga osakesed tagavad piisava orientatsiooni korral ka võimalikult väikese taustamüra. Fe₃O₄ sobiks magnetilise omaduste poolest samuti infosalvestamise rakendustesse, kuid pole leidnud kasutust, kuna on toatemperatuuril ebastabiilne ja väiksemad osakesed kipuvad oksüdeeruma. Samuti on seda raske enne kasutamist täielikult kustutada eelnevast infost.
γ-Fe₂O₃ on temperatuuri suhtes küllalt hästi vastupidav, kuna selle Curie temperatuur on 675 °C. Samuti on sellel võrreldes teiste materjalidega küllalt ühtlane struktuur, kuna sünteesi tingimusi kontrollides on võimalik saada ühtlase kuju ja suurusega osakesi, mis võimaldab paremat info salvestamise kvaliteeti. Samuti on γ-Fe₂O₃ puhul madal jääkmagneetumuse ja koertsitiivsuse suhe, mis tähendab, et iseeneslikud demagneetumisprotsessid on kaduvväikese tähtsusega. γ-Fe₂O₃ kattega lintide jääkmagneetumus on 120 gaussi juures ning koertsitiivsus 250 Oe. Koertsitiivsust on võimalik tõsta redutseerumise-oksüdeerumise tsüklite arvu tõstmisega materjali sünteesimise käigus kuni 400 Oe juurde.

Koobaltiga dopeeritud raudoksiid

Raudoksiidile koobaltiioonide lisamisega on võimalik saada materjal, mille väikestel osakestel on piisavalt suur hüstereesisilmus, et neid saab kasutada magnetlintide valmistamisel. Koobaltiga dopeeritud raudoksiidi valmistatakse sarnasel meetodil, nagu sfäärilise kujuga γ-Fe₂O₃, kuid protsessi käigus lisatakse koobaltsulfaati. Saadavad osakesed võivad olla sõltuvalt sünteesi läbiviimise tingimustest erineva suurusega, kuid vahemikus 600–1000 Å on võimalik saada väga ühtlase suurusega osakesi. Minimaalne osakeste suurus, millel on veel ferromagnetilised osakesed, on 150 Å suurusjärgus, sellest väiksematel osakestel on superparamagnetilised omadused.
Koobaltit lisatakse kuni 10% metalliioonide koguarvust. Suurem koobaltisisaldus, nagu on näiteks puhtal koobaltferriidil, viiks liiga suure koertsitiivsuseni (kuni 1000 Oe), mis muudaks info kirjutamise ja kustutamise selliselt lindilt raskeks. Kogu materjali koertsitiivsus sõltub koobalti kontsentratsioonist pea-aegu lineaarselt ning juba väike kogus koobaltit on piisav, et materjal oleks kassetilintides kasutatav. Siiski ei ole dopeerimine väga palju kasutatav, kuna tõstab lindi temperatuuritundlikkust.
See töökihi materjal oli põhiliseks kasseti lintide puhul. Selle nn I tüüpi (IEC-I) lindi põhiajakonstandiks on 120 μs, millele vastab karakteristlik sagedus 1,3 kHz.

Kroomdioksiid

Kroomdioksiidi CrO₂ kasutamisel magnetmaterjalina saadi kaks korda suurem jääkmagneetuvus. Selle juures kehtestati lindi põhiajakonstandiks 70 us, millele vastab karakteristlik sagedus 2,3 kHz. Kuna tegelikult kroomdioksiidi sagedusomadused nii palju paremad ei ole, siis tuleb see võit osaliselt maksimaalse salvestusnivoo arvelt.

Metallipulbrid

Raud, koobalt ja nende sulamid nii üksteise, nikli kui ka muute elementidega võimaldavad kuni neli korda suuremat jääkmagneetumust kui oksiidide pulbrid. Sageli on sulamitel paremad magnetilised omadused kassetilintides kasutamiseks kui puhastel metallidel: näiteks raua ja koobalti puhul saavutatakse maksimaalne koertsitiivsus (kuni ligi 500 Oe) sulamis, mille Co sisaldus on 50–70%. Magnetlintides kasutatavaid metallide pulbreid saadakse näiteks elektronsadestuse, oksiidide või hüdriidide redutseerimise teel.

Puhastuskassetid

Helipea puhastuskassetid sisaldavad puhastavat toimet omavat karedapinnalist linti, mitte magnetlinti.

Mikrokassetid

Mikrokassetid on kompaktkassetist veelgi väiksemad helisalvestuseks mõeldud kassetid, lineaarmõõtude poolest peaaegu kaks korda igas mõõdus, välja arvatud paksuses.

Diktofonikassetid

Diktofonide jaoks mõeldud helikassetid on kompaktkassetist erinevate mõõtmetega ja erinevad oluliselt selle poolest, et on mõeldud lindiveoks otse lindisüdamike abil, mitte veovõlli kasutades.