De DAT recorder

1. Samenvatting

De DAT-cassette is ongeveer half zo groot als de compact-cassette. Het loopwerk van een DATrecorder lijkt erg op dat van een video recorder. De band ligt maar 90 graden om de koppentrommel heen. Het opnameformaat is PCM. Bij het DAT systeem is veel ruimte vrijgehouden voor subcodes en dergelijke. De kopieerbeveiliging SCMS zorgt ervoor dat er van een origineel maar één digitale kopie gemaakt kan worden.

2. De DAT-cassette

De cassette van het DAT-Systeem is een stuk kleiner dan een compact cassette, de maten zijn 73 x 54 x 10,5 mm. De breedte van de band is 3,81 mm.

Het is net als bij videocassettes niet mogelijk de band per ongeluk aan te raken. Bovendien zijn de bandhaspels van een blokkering voorzien waardoor bandsalade wordt voorkomen. De onderstaande tabel geeft een vergelijking tussen de DAT- en de analoge cassette.

	DAT	Compact Cassette
Afmetingen cassette	73 x 54 x 10,5 mm	102,4 x 63 x 12 mm
Bandmateriaal	ijzer (metal) barium-ferriet	ijzeroxyde (Type I) Chroomdioxyde (Type II) ijzer (metal, Type IV)
absolute bandsnelheid	8,15 mm/s	47,5 mm/s
relatieve bandsnelheid ten opzichte van de kop	3130 mm/s	47,5 mm/s
afwijking gelijkloop	onmeetbaar (kristalprecies)	ligt aan de kwaliteit van het deck, bij een gemiddeld deck is dit 0,02 %
breedte van de band	3,81 mm	3,81 mm
spoorbreedte	13,591 µm	600 µm
maximale speelduur	120 min (240 min in LP mode)	90 min
vervorming	0,005 %	ca. 0,5 %
dynamisch bereik	max. 96 dB	50-60 dB
frequentiebereik	2-20.000 Hz	20-17.000 Hz

Net als bij de Video 8 cassette is de DAT-cassette voorzien van een uitschakelbare opnamebeveiliging, en dus niet van een onhandig afbreeklipje zoals bij VHS- en analoge cassettes. Openingen in de behuizing identificeren de bandsoort.

3. De DAT-recorder

1. Het loopwerk

De overeenkomst tussen een DAT loopwerk en een loopwerk van een videorecorder is opmerkelijk.
Bij de DAT recorder zitten de koppen ook in een draaiende koppentrommel, waardoor de relatief hoge snelheid van de koppen ten opzichte van de band, die voor PCM nu eenmaal noodzakelijk is, bereikt kan worden.

2. De bandloop

De afmetingen zijn echter veel kleiner, de koppentrommel heeft bijvoorbeeld een diameter van ongeveer 30 mm, en is dus zo ongeveer even groot als een rijksdaalder. Onder normale omstandigheden roteert deze trommel met 2000 toeren per minuut.
In tegenstelling tot de videorecorder bedraagt de omgeslagen hoek van de band (de hoek waarover de band langs de koppentrommel loopt) slecht 90 graden, tegenover 180 graden bij de videorecorder. De band wordt met een constant tempo van 8,15 mm/s getransporteerd. De sporen worden schuin in de bewegingsrichting van de band opgenomen, de relatieve bandsnelheid (snelheid van de koppen ten opzichte van de band) bedraagt zodoende 3,13 m/s.

DAT cassette digital audio tape bandloop speler dat Digital Audio Tape nabandcontrole kopieren kopiëren

3. Het loopwerk van een DAT recorder

De sporen op de band hebben een breedte van slecht 13,6 µm (1/5 van de breedte van een mensenhaar). Elk spoor is 23,5 mm lang. Het spoor maakt een hoek van 6 graden met de lengterichting van de band. De koppen hebben een azimut-hoek van 20 graden, de kopspleten staan dus niet loodrecht op de spoorrichting.
Ondanks de kleine omgeslagen hoek van 90 graden, worden er maar 2 koppen gebruikt. Daardoor kan door de toevoeging van 2 extra koppen, nabandcontrole gerealiseerd worden. Daarnaast heeft de kleine omgeslagen hoek het voordeel dat de bandspanning zeer laag kan blijven. De band kan (en moet) ook tijdens het snelspoelen langs de koppentrommel blijven lopen, en kan dan ook gelezen worden. Op die manier kunnen passages met 200-voudige snelheid worden opgezocht.

4. Het opnameformaat

Naast de eigenlijke PCM-data wordt net als bij een CD ook subcode-data op de band opgenomen. Het subcode bereik bij het DAT-formaat is echter vijfmaal groter dan dat van de CD.
Zoals in de afbeelding te zien is, nemen de subcode- en PCM data de meeste ruimte op de band in beslag. Daarnaast zijn echter ook nog synchronisatiedata en spoorvolg zones (ATF-zones) aanwezig.
In de ATF zones worden signalen met specifieke frequenties opgetekend, die worden gebruikt voor de automatische spoorvolging.

DAT opnameformaat digital audio tape opnameformaat formaat PCM pcm CD atf Automatic Track Following subcode veiligheidsspoor verkoop verhuur

De standaard bemonsteringsfrequentie bedraagt 48 kHz. Een DAT recorder kan ook op "long play" gezet worden, daardoor wordt de speelduur van een tape verdubbeld. De bemonsteringsfrequentie wordt dan 32 kHz, daardoor wordt het frequentiebereik beperkt tot 14,5 kHz.
DAT recorders zijn voorzien van SCMS (Serial Copy Management System), een kopieerbeveiliging die alleen eerste generatiekopieën toestaat van een digitale signaalbron. Van een eerste generatie kopie kan geen tweede digitale kopie gemaakt worden.
Voor de foutcorrectie wordt dezelfde Reed Solomon code gebruikt als bij de CD. Interleaving vindt plaats over twee sporen, dit biedt voldoende beveiliging tegen burst fouten of dropouts door vervuilde koppen. Er wordt gebruik gemaakt van 8/10 (acht naar tien) modulatie, die speciaal voor DAT is ontwikkeld. Dankzij deze modulatie is het mogelijk over een bestaande opname te schrijven zonder deze eerst te wissen, een aparte wiskop is dus overbodig.
Uit figuur blijkt dat het ATF-Signaal, de subcodes en de PCM-data op hetzelfde spoor geschreven worden, maar wel elk in hun eigen zone. Hierdoor is het mogelijk de subcodes apart op te nemen of te wissen.

5. ATF, Automatic Track Following

In de ATF-zone worden vier verschillende frequenties opgetekend:
f1 130,67 kHz piloottoon
f2 522,67 kHz sync-signaal
f3 784,00 kHz sync-signaal
f4 1,568 Mhz wis-signaal
Deze frequenties zijn afgeleid van een master frequentie van 9,408 Mhz (1/72, 1/18, 1/12 en 1/6 van deze frequentie). Deze signalen zijn op de even en oneven sporen in verschillende volgorde opgetekend. Het schema wordt om de vier sporen herhaald.
Bij weergave van een spoor worden ook de naastliggende sporen over een kwart van hun breedte (van 13,7 micrometer) afgetast. De elektronica zorgt ervoor dat de signalen van het linker en het rechter nabuurspoor hetzelfde niveau hebben. Wanneer dat het geval is, wordt het spoor correct gevolgd, als het niet het geval is wordt het toerental van de servomotor overeenkomstig aangepast.

4. Het digitale signaal

Het R-DAT-formaat biedt vanwege de zeer goed doordachte opzet veel principiële voordelen,
bijvoorbeeld:
Bruikbaar bij een niet-continue datastroom; dit maakt een omgeslagen hoek van 90 graden mogelijk en daardoor een extreem compact loopwerk
Nabandcontrole is mogelijk
De complete datastroom wordt door roterende koppen opgetekend, waardoor extra stationaire koppen overbodig zijn
Krachtige foutcorrectie, waardoor gebruik als datarecorder mogelijk is.
Voldoende subcode-capaciteit en uitbreidingsmogelijkheden, waarbij subcode bereiken apart zijn te wissen en op te nemen.
Subcodes kunnen ook tijdens het snelspoelen (meer dan 100 x de bandsnelheid) worden gelezen.

1. Signaalverwerking bij 90 graden omgeslagen hoek

Omdat de omgeslagen hoek slechts 90 graden bedraagt (bij video is dit 180 graden), is een continue datastroom onmogelijk. Dat vereist de inzet van digitale technieken. Het gedigitaliseerde signaal wordt eerst in een geheugen opgeslagen, waarna foutcorrectiedata wordt toegevoegd. Pas daarna wordt de data (met een factor 3 gecomprimeerd) op de band geschreven. Deze methode biedt de volgende voordelen:
Geen mechanische beperkingen, in principe moet alleen het dataformaat aangehouden worden.
De diameter van de koppentrommel hoeft slechts 30 mm te bedragen, voor draagbare apparaten kan een nog kleinere koppentrommel (15 mm) worden gebruikt.
Elke kop staat dus maar gedurende 90 graden van een volledige omwenteling met de band in contact.
Hierdoor is nabandcontrole eenvoudig te realiseren door 2 extra koppen toe te voegen.
Bij het overschrijven wordt de spoorvolgservo gestuurd door de informatie in de ATF-velden
(weergave), terwijl de PCM of subcodevelden naar keuze worden opgenomen of weergegeven. De opname/weergaveversterker moet dus in staat zijn zeer snel tussen beide modi om te kunnen schakelen. Wanneer de spoorvolging tijdens het overschrijven niet correct is, zou het mogelijk zijn dat andere velden (gedeeltelijk) gewist worden. Om dit te voorkomen wordt tussen de verschillende velden een tussenruimte opengehouden: de inter block gap. Daarnaast wordt het overschrijven zeer nauwkeurig gestuurd door het ATF-synchronisatiesignaal.

2. Compressie en expansie van de signalen

Alle digitale audio apparaten zijn van een data tussengeheugen voorzien. Een cd speler heeft een geheugen van tenminste 16 kbit nodig om de interleaving van de data ongedaan te kunnen maken en jitter (kleine snelheidsschommelingen) op te vangen. Bij DAT wordt het RAM geheugen ook gebruikt voor het comprimeren en expanderen van de signalen. De data die bij weergave periodiek van de band wordt gelezen en in het RAM-geheugen wordt opgeslagen, verschild sterk van de data die continu uit het geheugen wordt uitgelezen en naar de D/A omzetter wordt gestuurd.
Ook speelt de interleaving zich in haar geheel binnen één blok af. Wanneer dus niet alle data van een blok wordt ingelezen, is continue weergave onmogelijk. Daarom heeft DAT een RAM-geheugen van minstend 128 kbit nodig, acht maal zoveel als de CD. Deze 128 kbit zijn nodig vanwege de gebruikte interleaving methode en de lengte daarvan.
Omdat de interleaving van de PCM-data twee sporen beslaat, moet de inhoud van twee complete sporen in het RAM geheugen kunnen worden opgeslagen. Alleen dan is continue weergave mogelijk.
Twee sporen met PCM-data komen overeen met:
128 blokken x 32 tekens x 8 bit x 2 sporen = 65536 bit De HF-data moet worden ingelezen terwijl deinterleaving plaatsvindt en tegelijkertijd de data naar de D/A-omzetter wordt gestuurd. Daarom is de dubbele opslagcapaciteit van 128 kbit noodzakelijk. De subcodes, qua omvang vier maal zoveel als bij de CD, worden ook in het RAM opgeslagen.

3. Decodering en de-interleaving van de data

Het tempo waarmee de data uit het RAM wordt uitgelezen is afhankelijk van de samplefrequentie, en daarvan heeft DAT er drie: 48 kHZ, 44,1 kHZ en 32 kHz. Omdat een complete PCM-interleaving cyclus tijdens één volledige omwenteling van de koppentrommel plaatsvind, is het toerental van de koppentrommel gerelateerd aan de bemonsteringsfrequentie.

4. De subcode

DAT kent twee soorten subcodes (hulpcodes). De eerste bevindt zich in het eigenlijke subcode-bereik en bevat bijvoorbeeld de bemonsteringsfrequentie. Deze subcode is vereist bij weergave. De andere subcode is verstopt in het PCM-bereik, en bevat bijvoorbeeld het titelnummer, de tijdcode of aanvullende videosignalen. De subcodes worden ID-codes (identificatie-codes) genoemd: de ene, die zich in het PCM-bereik bevindt wordt PCM-ID genoemd en de andere, in het subcode bereik, subcode-ID. Het signaal dat op het eigenlijke subcode bereik wordt opgenomen, kan indien gewenst overschreven worden, onafhankelijk van het PCM-bereik. Het is dus mogelijk deze subcode te wijzigen zonder de PCM-code te veranderen.
De DAT-subcode structuur is buitengewoon complex en moeilijk te begrijpen, hier wordt er maar in het kort op ingegaan.
Het PCM-ID wordt samen met de PCM-data in het PCM-bereik opgetekend. De PCM-ID code wordt als 8 bit eenheden tot blokken samengevoegd. Elk blok bestaat uit 288 bit. Op elk spoor zijn voor PCM 128 blokken beschikbaar. Het PCM-ID is een uitermate belangrijk stuursignaal voor de PCMweergave, om foutief uitlezen te voorkomen wordt het per spoor maximaal 16 maal overgeschreven.
De volgende tabel geeft de inhoud van de stuursignalen binnen de PCM-ID code.
ID-1 geeft het formaat aan: wanneer DAT voor audiotoepassingen wordt gebruikt is ID-1 00. In de toekomst, wanneer DAT als datarecorder wordt gebruikt, wordt met dit ID een andere manier van opnemen aangegeven.
ID-2 geeft een eventuele pre-emphasis aan.
ID-3, 4 en 5 geven de bemonsteringsfrequentie, het aantal kanalen en het oplossend vermogen (aantal
bits) aan.
ID-6 wordt gebruikt als identificatie voor de spoorbreedte. DAT kent een normale spoorbreedte van 13,6 µm, maar een breedte van 20,4 µm is ook mogelijk, bij voorbespeelde banden. Daarom is een spoorbreedte gestandaardiseerd die groot genoeg is voor de weergave van deze banden.
ID-7 vormt een kopieerbeveiliging voor digitale kopie‰n. Bij digitaal kopi‰ren wordt de
geluidskwaliteit in geen enkel opzicht aangetast, ongeacht het aantal generaties van een kopie. ID-7 geeft aan of digitaal kopi‰ren is toegestaan of niet. Dit maakt illegaal kopieëren onmogelijk.
Overigens wordt nauwelijks gebruik gemaakt van deze beveiliging, die helemaal los staat van SCMS.
ID-8 staat voor PACK, een datapakket met een vaste omvang waarin allerlei informatie kan worden ondergebracht. Er passen 32 van deze 2 bits ID-8 codes, dus in totaal 64 bits, in één pakket. Het gebruik van deze bits moet nog nader gespecificeerd worden.

ID-1	00 = voor audio toepassingen
ID-2 (correctie)	00 = lineair	01 = tijdconstanten 50 en 15s	10,11 = gereserveerd
ID-3 (bemonsteringsfrequentie)	00 = 48 kHz	01 = 44,1 kHz	10 = 32 kHz	11 = gereserveerd
ID-4 (aantal kanalen)	00 = 2 kanalen	01 = 4 kanalen	10,11 = gereserveerd
ID-5 (bemonsteringsmethode)	00 = 16 bit lineair	01 = 12 bit nietlineair	10,11 = gereserveerd
ID-6 (spoorbreedte)	00 = 13,6 æm	01 = 20,4 æm	10,11 = gereserveerd
ID-7 (kopieerbeveiliging)	00 = digitale kopie toegestaan	10 = digitale kopie verboden	01,11 = gereserveerd
ID-8	PACK, bestaande uit 32 x ID-8

Bij DAT is een capaciteit van 273 kbit/s beschikbaar voor subcode signalen. In de toekomst kan deze capaciteit bijvoorbeeld gebruikt worden voor grafische en tekst informatie, synchroon met het PCM geluidssignaal. Momenteel wordt het subcode bereik gebruikt voor titelnummers, tijdcodes en dergelijke. Het subcode-bereik is opgesplitst in twee velden aan het begin en einde van het spoor, ruimtelijk gescheiden van het PCM veld.
Het in de praktijk meest gebruikte controle-ID is het start-ID. Deze code wordt aan het begin van elk muziekstuk gedurende 9 s op de band opgenomen. Tijdens weergave kan met behulp van dit signaal het begin van een muziekstuk gemakkelijk worden opgezocht. Deze code kan bij DAT onafhankelijk van de inhoud van het PCM bereik worden opgenomen.
Bij digiaal kopiëren vanaf een CD-speler naar een DAT-recorder, wordt bij elke nieuwe track van de CD automatich een start-ID op de DAT-tape opgenomen.
Elk start-ID krijgt bij opname een volgnummer, waardoor de muziekstukken genummerd worden, vergelijkbaar als bij de CD. Bij het later weghalen of bijschrijven van een start-ID, klopt deze nummering niet meer. Dit is bijvoorbeeld het geval bij opname vanaf een analoge bron, de muziekstukken worden als één track opgenomen. Door het later toevoegen van start-ID's kunnen de afzonderlijke nummers opgedeeld worden. Door daarna de functie renumber' te activeren, wordt de DAT-tape naar het begin teruggespoeld, en krijgen de start-ID's een juist volgnummer.

5. Kopieerbeveiliging met SCMS

Bij de introductie van DAT in 1987 ontstond er grote ongerustheid bij de muziekindustrie. In het analoge tijdperk kon men alleen kopies maken die slechter waren dan het origineel, met digitale recorders kan met zoveel kopieën maken zoveel men wil, zonder kwaliteitsverlies. Daarom is er SCMS ontwikkeld, dat staat voor Serial Copy Management System.
Door dit systeem kan er van een origineel slechts één digitale kopie gemaakt worden. Wordt er geprobeerd van die kopie nog een digitale kopie te maken, dan verschijnt er "copy prohibited" of "cannot copy" in het display. Alleen kopiëren via de analoge uitgang is dan mogelijk.
Inmiddels zijn er al apparaatjes verschenen die deze beveliging teniet doen, zogenaamde "copy bit killers".