Bias

Wie zijn of haar Tapedeck of Cassettedeck bij ons heeft laten afregelen zal op de nota de regel ‘bias afgeregeld’ terugvinden en in sommige gevallen zit er op een cassettedeck een knop waarmee de gebruiker zelf de bias kan instellen, maar wat is Bias en hoe regelen we die af, vroeg een van onze trouwe lezers zich af.

DC bias

De vroegste magnetische opnamesystemen voerden het onbewerkte ingangssignaal toe aan een opnamekop, wat resulteerde in opnames met een slechte laagfrequente respons en hoge vervorming. Zoekend naar een oplossing bleek de toevoeging van een gelijkstroom aan het signaal, een DC-bias, de vervorming te verminderen door de tape substantieel binnen zijn lineaire respons gebied te laten werken wat een aanzienlijke verbetering gaf in de weergave. Het belangrijkste nadeel van DC-bias was dat het een magnetisatie op de tape achterliet die bij het afspelen een aanzienlijke ruis genereert vanwege de korrel van de banddeeltjes. 

AC bias

Alhoewel het eerste patent voor AC bias al stamt uit 1921 duurde het tot de jaren veertig totdat, min of meer per toeval, het nut van een AC bias uitgevonden werd. Naar verluidt zorgde een assemblage fout in de opname versterker van een van de eerste tapedecks voor een aanzienlijke verbetering van de gemaakte opnames. Na onderzoek bleek de opname versterker te oscilleren, waardoor er bovenop het gewenste opname signaal een hoogfrequent toon werd gesuperponeerd en aan de opname kop werd aangeboden. 

Deze hoogfrequent toon zorgde ervoor dat, ook tijdens zachte passages, altijd alle bandruis gewist werd. De toon zet immers alle magnetische deeltjes in een patroon, waardoor het random patroon van de magnetische deeltjes, wat in ruis resulteert, niet meer op de band staat. 

Naast het wissen van de bandruis zorgde de bias er ook voor dat het gewenste signaal veel lineairder en zonder vervorming op de band gemoduleerd werd. Hierdoor werd een grote stap gemaakt in de ontwikkeling van opnametechniek, en geboren werd hifi!

Afregelen

Alle tape machines die vanaf begin jaren vijftig gemaakt zijn beschikken over een een bias oscillator die een vaste, hoogfrequente toon genereert die tijdens het opnemen van de tape aan de wiskop wordt gevoerd en tegelijkertijd gebruikt wordt om het LF audio signaal te moduleren. Met moduleren bedoelen we mixen, de amplitude van de opname versterker die het LF signaal versterkt voor de opname kop en de amplitude van de bias oscillator worden zodanig afgesteld dat de hoge tonen weergave zo ver mogelijk doorloopt en de vervorming minimaal is.

Step by step 

Voordat de bias afgeregeld kan worden dienen eerst een aantal andere belangrijke stappen doorlopen te zijn. 

Talking heads

Allereerst moeten de koppen goed afgesteld zijn. Meestal staat de kop hoogte nog wel goed, als niemand aan de stelschroef heeft gedraaid tenminste. De azimute, de hoek afstelling van de kop loopt over de jaren heen vaak wel een beetje weg.

Nadat de koppen echt helemaal goed staan wordt het weergave deel afgeregeld. Met een referentie tape die op 0dB opgenomen is stellen we de playback amplifier zodanig af dat er 1Vrms of een andere, door de fabrikant opgegeven waarde, bij 0dB tape modulatie uit de machine komt.

Playback

Als die instelling correct is, gaan we kijken naar de eq van de playback amplifier. Door verschillende test tonen af te spelen die op -20dB opgenomen zijn op onze referentie tape, kunnen we de lineariteit van de weergave versterker afstellen. Dit is een belangrijke stap, omdat bij het afregelen van de bias de lineariteit van de opname trap afgeregeld wordt. Als de weergave lineariteit niet goed staat, dan zal de bias instelling natuurlijk nooit goed ingesteld staan.

Recording

Wanneer alle instellingen van de weergave kop en de playback amplifier correct zijn uitgevoerd gaan we over naar het opname deel. Hiervoor gebruiken we het liefst een nieuwe tape van het merk / type naar keuze van de klant (ATR of RTM) (anne linkjes invoegen). We regelen de recorder op dit type tape af, wat inhoudt dat alleen met deze tape formule de prestaties van de recorder optimaal zijn. Andere merken / type tapes kunnen in de praktijk ook uitstekend gebruikt worden hoor, maar er is natuurlijk wel een optimum.

Tijdens het afregelen van het opname deel kijken we eerst weer naar de hoek van de opname kop. Die moet perfect zijn voordat we verder stappen ondernemen. Dit doen we door een hoge toon op te nemen en met een oscilloscoop de fasehoek tussen de twee kanalen te bekijken. Deze moet 0 graden zijn. 

Level

Staat deze instelling goed, dan nemen we een laagfrequent toon op, bijvoorbeeld 400Hz en stellen we het level goed af. 0dB in moet 0dB uit zijn. 

Bias

Als deze instelling goed staat dan zijn we eindelijk toegekomen aan de bias, pfffff 😉

We nemen nu een hogere frequentie op, bijvoorbeeld 6…10kHz op -20dB en stellen de bias zo af dat -20dB in ook resulteert in -20dB aan de uitgang.

Iteratief proces

Dan volgt er een iteratief proces, de 400Hz test-toon op 0dB wordt herhaald en afgewisseld met het opnemen van de hogere frequenties op -20dB totdat de frequentie respons zo recht mogelijk is.

Bias trap

Dan was er nog een vraag over de bias trap. De HF bias-toon spreekt altijd over naar de playback amplifier en resulteert soms in ‘haren’ op het output signaal wanneer de output tijdens het opnemen wordt bekeken met een oscilloscoop. Het bias-trap filter wordt zo afgesteld dat de amplitude van de bias op de uitgang van de playback amplifier minimaal is.

Lab gear

Alle monteurs die voor Vintage Audio Repair werken zijn bekend met bovenstaande methode. Dit is helaas geen proces wat simpel zelf gedaan kan worden omdat (goede) lab apparatuur een vereiste is om goed beslagen ten ijs te komen. Ook is het belangrijk om goed te kunnen rekenen in dB om amplitudes in dB om te rekenen of dB waardes in amplitude uit te drukken. 

In de werkplaats maken we gebruik van de volgende apparatuur:

• Tektronix AFG5101 Arbitrary Function Generator
• Lecroy LT224 4-channel Oscilloscope
• Rohde & Schwartz HMO724
• Audio Precision SYS-322 System One Dual Domain Audio analyzer
• Referentie tape, opgenomen op een Studer A80 met mono fulltrack heads.

Met deze setup kunnen we de belangrijkste parameters van een tapedeck analyseren:

• Weergave level.
• Kanaal gelijkheid.
• Fase.
• Overspraak.
• Snelheid.
• Wow and flutter.
• Opname level.
• Frequency response.
• Vervorming.