カセットテープは？夜眠れないのでアナログとデジタルのことについてぼんやりと考えてみたら迷走した（７）
●カセットテープは？夜眠れないのでアナログとデジタルのことについてぼんやりと考えてみたら迷走した（７）ー媒体
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今回は音やデータ等を記録する媒体として磁気テープについて、です。
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例えばカセットテープ。まぁ、主に音楽用のコンパクトカセットテープのことです。音を磁気的に記録する媒体です。
音はアナログですが、カセットテープはアナログでしょうか。
調べてみたところ、テープ上に塗布された磁性粉（磁性体）を磁化して信号を記録するそうです。その際、テープ上の残留磁気を、音声信号を変換した電気信号を磁気ヘッドに流すことで音に相応させるのです。これはアナログですね！
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テープの幅は３．８１ミリ（０．１５インチ）で、片面（テープにはＡ面とＢ面がある）に２つのトラックがあって、毎秒４．７６ｃｍ（１５／８インチ秒）の速度で、ステレオ音声を記録可能と言うものでした。モノラル録音もできたかも。
録音時間は３０分、４６分、５４分、６０分、９０分、１２０分など。１０分などの短いテープもありましたね。
その他、カセットの形状など色々なことが互換性のためにしっかりと規格化されています。
国際電気標準会議（ＩＥＣ）のＩＥＣ６００９４シリーズ（Magnetic tape sound recording and reproducing systems）です。
１９６５年にオランダから規格提案があり、以後、詳細が策定されています。
日本（ＪＩＳ）だとＪＩＳＣ５５６２〜５５６８（磁気テープ録音再生システム）ですね。
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テープの録音特性として（昔はよく知られていた）ＴｙｐｅＩ〜ＴｙｐｅＩＶの４タイプ（ポジション）があります。
これはＩＥＣ６００９４で１９７９年に規格化されたものです。その後、新しいテープが開発されるのに応じて、１９８６年、１９９１年、１９９４年と改訂されています。
Type I ：ノーマルポジション。１９６３年の最初に発売されたテープ。時代毎に改良されて最後まで残りました。
Type II ：ハイポジション／クロム。１９７０年にＢＡＳＦ社から発売。高周波特性が優。１９７４年にはコバルトが日本で開発。２０１１年にＴＤＫ社が生産終了して無くなりました。
Type III：フェリクロム。１９７３年にソニー社から発売。だが直ぐに終了。
Type IV ：メタル。１９７８年に３Ｍ社から発売。高級品。メタルテープは対応するテープレコーダーでないと録音できないという制限がありました。ＴＤＫ社が２００１年末にメタルテープＭＡ−ＥＸを製造終了して、メタルは無くなりました。
当初のテープでは１５０〜６ｋＨｚ程が記録できる帯域で、電話回線より少しマシな音質だったのが、２０ｋＨｚまで録音できるように改良されて音楽用途にも使えるようになったそうです。
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磁気テープとしてはデジタル式もあったようです。ＤＡＴ（Digital Audio Tape）という規格です。信号を磁気に変調する際の方式による違いです。電話の例と似ていますね。
あと、ＤＣＣ（Digital Compact Cassette）とか、ＮＴ（Non-Tracking）テープとか。
デジタル式にはデータ保存用の規格もあり、ＤＡＴを利用してデータを記録するＤＤＳ（Digital Data Storage）やＱＩＣ（Quarter Inch Cartridge）、ＣＭＴ（Cartridge Magnetic Tape）、ＤＬＴ（Digital Linear Tape）やＬＴＯ（Linear Tape-Open）などがあり、乱立していたようです。
コンパクトカセットテープ（アナログ式）は、音楽用のテープとして世界標準ですね。
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磁気テープの分類を整理してみると、
・外形で、オープンリール式とカセット式。
・記録方式で、アナログとデジタル。
・記録内容で、音声とデータ。
といった感じ。記録方式にはマルチトラックとか、ヘリカルスキャンもあるけど。画像のことは別途です。よろしくお願いします。
記録方式と記録内容で、２ｘ２の４パターンを考えると、
・アナログで音声 → カセットテープ（なんとか存命）
・デジタルで音声 → ＤＡＴ（もう死滅したけど）
・アナログでデータ → ？？？
・デジタルでデータ → ＤＤＳなど（ＬＴＯは現存！）
となります。「アナログでデータ」については後述します。
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歴史の話です。
磁気テープは、ドイツのフリッツ・フロイメル（Fritz Pfleumer）の発明（１９２８年特許取得）。紙（やプラスチック？）をベースとした磁気テープと、それを使った録音機「サウンド・ペーパーマシン」を１９２９年に作製していて、これがテープレコーダーの原型とされています。
磁気テープの前には、デンマークのヴァルデマール・ポールセン（Valdemar Poulsen）が１８９８年に発明したワイヤー式の録音機「テレグラフォン（Telegraphon）」があったとか。直流バイアス方式はポールセンらの発明です（１９０７年特許取得）。
磁気テープを使った初の録音機の製品は、１９３３年から１９３５年にかけてドイツのＡＥＧ社が開発した「マグネトフォン（Magnetophon）」です。
ドイツのＢＡＳＦ社が開発したアセチルセルロース（アセテート）樹脂をベースとした磁気テープを使用。オープンリールテープでした。
１９４０年にはドイツのヴィーベル（W.Weber）が交流バイアス方式を発明して、音質を向上させました。
第二次世界大戦後、これらのドイツの技術は戦勝国が奪取して、アメリカやスイスなどでもテープレコーダーが製品開発されたそうです。
なお、交流バイアス方式は複数の特許があり、交流バイアスそのものは１９２１年のアメリカの海軍研究所のカールソン(W.L.Carson)とカーペンター(G.W.Carpenter)の発明。
アメリカでは１９３０年代にワイヤーレコーダー向けに交流バイアスが採用され、音質改善を行っています。
日本では同じく１９３０年代に東北大学の永井健三がワイヤーレコーダー向けに交流バイアスの実験をして特許を取得。だが戦時中のため、アメリカ等へ出願するも手続きが進まず。ああ！ 残念！
日本では、ソニー社が１９５０年に日本初のテープレコーダー「Ｇ型」と磁気テープ「ソニ・テープ（Soni-Tape）」を発売しています。音質の決め手である交流バイアスの永井特許も日本電気（NEC）と共同で買って利用とか。
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磁気記録とは、どういうことなのか少し深入りしてみます。
磁気ヘッドに流れる電流と磁気ヘッドの磁化力は比例します。しかし、磁気テープの残留磁気は磁化力とは比例しないのです。なので単純に音声信号（を変換した電気信号）を磁気ヘッドに流すのでは音が歪んでしまいます。
そこで考案されたのが直流バイアス方式と交流バイアス方式です。
・直流バイアス方式： 信号電流に一定のバイアス（オフセット）を付けて、磁化力と残留磁気が直線的になる区間を使用して録音する方式
・交流バイアス方式： 信号電流に８０〜２１０ｋＨｚ等の交流バイアスを重曹して録音する方式
どうして交流バイアスだと音質が改善されるのか？ 調べていたら理解は進みましたが、深みにハマってしまいました。とほほ。
磁気ヘッドの磁化力（外部電場Ｈ）と磁気テープの磁化の状態（磁束密度Ｂ）をグラフにしたものを「磁気ヒステリシス曲線（Hysteresis loop、ＢＨ曲線）」と言うそうです。具体的には、...ググってみて！
磁気ヒステリシス曲線は、なだらかに変化する曲線のように描かれていますが、細部を拡大すると至る所で階段状になっているそうです。
これは、１９１９年にドイツのハインリッヒ・バルクハウゼンが発見した現象で、「バルクハウゼン効果」あるいは「バルクハウゼン雑音」と言います。
オーディオのマニアな方々には、鉄心コイルを使ったカートリッジ（レコード針）や鉄芯トランスを使ったアンプには、バルクハウゼンノイズが入ることが良く知られているそうです。
残留磁気は不連続とは！ それも割と巨視的なレベルで見えることに驚きました。
磁気テープ（磁気記録）はアナログだと安易に断言してはダメだったかも？
どなたかー！ お客様の中に物性に詳しい方はいらっしゃいませんかー！ どなたかー！
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さて。コンパクトカセットテープは、１９６３年にフィリップス社が発売したのが最初。
当時、カートリッジ式の磁気テープは、ＲＣＡカートリッジ（ＲＣＡ社、１９５８年発売）や、３Ｍリビア（3M-Revere）カートリッジ・システム（３Ｍリビア社、１９６０年）、フィデリパック・カートリッジ（１９６２年）、ダブル・カセット（ＤＣ）インターナショナル方式（ドイツのグルンディッヒ社、テレフンケン社、ブラウプンクト社、１９６３年）、８トラック・カートリッジ（リアジェット社、１９６５年）など、....はぁはぁ、複数開発されていたのですが、１９６５年にフィリップス社は基本特許を無償公開して、コンパクトカセットテープが業界標準規格となりました。えらい！
日本での最初のカセットテープの販売は１９６６年。
１９７９年には、ソニー社が「ウオークマン」を発売しています。この頃がカセットテープの全盛期。
現在（２０２４年）でもノーマルテープ（TYPE I）は日立マクセル社が製造を継続しています。製造数は減ったらしいですが。国内では製造していないそうですが。
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デジタルなＤＡＴ（Digital Audio Tape）は、１９８３年にＤＡＴ懇談会ができて、１９８７年に発売されました。ソニーはベータマックスで業界との付き合いを学んだのです。
そして、２０１５年６月に製造終了しています。ＭＤや半導体プレーヤーができたりしたから。
デジタルは、新しい技術で新しい製品が出来ると、古いものに執着することなく移行できてしまうことが特徴の１つでしょうか。
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データ用の磁気テープにはＬＴＯという規格があって、富士フィルム社が現在も販売中！ 世界の７割のシェアとか。
むしろ復権中とか。大規模なデータの保存にはＨＤＤより、容量（記録密度）や価格などでメリットがあるから、採用されているらしい。
メリットがはっきりとあれば生き残る。だからデジタル人間（誤用だよ！）は自分のメリットは何なのかを、意識することが重要なのでしょう。
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実家に帰省したときに納屋などを整理したりすると、４０と数年くらい昔のカセットテープが発掘されることがあります。
再生してみると微妙に間延びした音が出て、むぉっぬもぉって、感じ。
これはテープが伸びたかららしいです。アナログ式で記録したデータは劣化するのです。
昔のＣＤが今でも大丈夫なのと対照的ですね。ＣＤも保存状態などにより物理的にヤバイ盤もあるそうですけれど。
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で、同じく４０と数年くらい昔、ＨＤＤもＦＤＤもあまり普及してなかった頃のパソコンの話です。当時はマイコンとも呼ばれていて主にホビー用でした。当時でもＦＤＤは販売されていて、パソコンを業務に使う場合なら持っていたのでしょうけど。ホビー用には高価すぎる機器でした。ＦＤＤは今なら２千円くらいでしょうか。というか要らないからと廊下に捨ててある場合も。
当時のパソコンではプログラムなどを保存するために音楽用のカセットテープが利用されていました。
ＭＺ８０Ｋという機種では本体にカセットテープレコーダが標準搭載されていたり、ＰＣ８００１やＦＭ７ではカセットテープへの録音用のインターフェースが準備されていました。
一部の機種、ＩＦ８００やＴＲＳ８０にはＦＤＤを搭載したモデルもありましたが。雑誌にはＦＤをカセットテープにバックアップするソフトが載っていました。ＦＤは高かったからね。ＦＤ１枚で千円〜２千円くらい。
それで、カセットテープはアナログ式なので、データを音声帯域の信号に変調して記録します。
この変調方式にはカンサスシティ・スタンダードやサッポロシティ・スタンダードなどがあり、３００〜２４００ｂｐｓあるいは３２００ｂｐｓ程の速度でデータを記録できたそうです。モデムのような専用の回路を用いればもっと高速化できるのですが、抵抗とコンデンサ、オペアンプ１個くらいの単純なインターフェースでしたから、これ位の速度が上限だったのでしょう。
特定のＩＯポートの１ビットがカセットテープへの出力になっていて、ＩＯポートから出力される矩形波を、抵抗とコンデンサーで構成されたＬＰＦにより直流成分をカットして正弦波にする（？）という、結構、乱暴な感じがする仕組みです。
こんなんでエラーなく動いていたのかしらん？と心配になるくらい。
３００ｂｐｓなら、０／１に対応して１２００Ｈｚの４波形分か２４００Ｈｚの８波形分を出力するのですが、この変調はソフトウェアで制御していた気配があります。
カセットテープ自体はアナログ式ですが、デジタル式に変調されたデータを記録するので、記録されたデータはデジタルだと言えましょう。パソコン通信のモデムと同様です。
なお、ＤＡＴやＤＤＳなどのデジタル式の磁気テープの転送速度はメガバイト以上で、数キロビットが限界のカセットテープとは桁違いです。磁気テープの読み書きに専用装置を使うからでしょうね。これに比べるとカセットテープはアナログか（誤用）。
それはさておき。音楽用の磁気テープなら、結局は音にしてスピーカーを鳴らすのだからアナログ式かデジタル式かは考える必要がないなんて、言えないですよね。
媒体であっても、アナログとデジタルがあって、その各々に特徴があります。
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ＭＺ８０Ｋは、１９７８年１１月にシャープ社が発表、１２月に出荷。キット発売でした。回路図が公開されていて便利。ＭＺ−８０Ｋ２は完成品で標準価格１９万８千円。ＦＤＤはＭＺ８０ＦＤが２９万８千円。当時は消費税はなかった。
ＰＣ８００１は、１９７９年５月９日に日本電気社が発表、９月２０日に出荷。本体１６万８千円。ＦＤＤはＰＣ８０３１が３１万円。ね、高価でしょ。
ＦＭ７は、１９８２年１１月８日に富士通社が発売（前年にはＦＭ８が発売）。付属のマニュアルが充実してた。
パソコン以前には、マイコンとか言いようがないマイコンボードあるいはワンボードマイコンキットがあり、これらもカセットテープを利用していました。
ＴＫ８０ １９７６年８月、日本電気（ＴＫ８０ＢＳは１９７７年１１月）
ＬＫＩＴ１６ １９７７年３月、パナファコム
Ｈ６８ＴＲ １９７７年？月、日立（５月には発売。中田さんが関係者？）
ＥＸ８０ １９７８年４月、東芝
１９７６年はＺ８０が出た年で、１９７７年はアメリカでＡｐｐｌｅＩＩやＴＲＳ８０が発売された年です。ＩＢＭＰＣは１９８１年。
１９８２年１０月には日本電気社がＰＣ９８０１を発売。１９８３年に発売されたＰＣ９８０１ＥやＰＣ９８０１Ｆになって、ＦＤの利用が広まった感じがします。
カセットテープにプログラムを保存していた時代は、（日本では）１９７０年代後半から８０年代前半がピークでしょう。これ豆知識ですよ。老人チェッカーに使えるかも。
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話が少し戻ります。
デジタルな写真をプリンタで印刷した場合についてです。表示方法に着目すれば、第２仮説によりアナログですね。
でも、プリンタの印刷精度と（顕微鏡などの）観察の精度によっては、ドットの有無や色が判別できてしまい、デジタルな情報を復元できるかも知れません。
表示方法としてはアナログだけれども、元のデジタルなデータへ１００％復元できるならば、それはデジタルであると言うべきかも知れません。
具体的な例を示します。写真とそのデータです。
左側の写真は、モノクロの４階調に調整しました。写真をクリックして拡大すれば、白色と黒色、それから灰色が２種あることが分かります。
右側は、写真の上中央部の階調を０〜３で示したものです。写真と写真のデータは、同じ情報であることが分かりますね。
モノクロなら４階調でもデジタルだけど、２５６階調ならアナログって、そんな区別はあるのでしょうか。困りますね。
このような印刷時には意図していなくてもデジタルに戻せるデータはデジタルなのかについて、ここはまだちょっと考えが及びません。だれか教えてー
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未だ良く分からないのですが、アナログとデジタルは非対称なのですよね。アナログなデータをデジタルにする時には情報の切り捨てが生じて、デジタルなデータをアナログにする時には何も追加される情報は無いから（せいぜいノイズが入るくらい）。
つまり、デジタルなデータをアナログ式に表示してもアナログなデータにはならないのかも知れません。表示方法がアナログ式なだけで、その本質的な意味ではデジタルなデータのままである、という気もするのです。
するとアナログな時計はスイープ秒針でもデジタルってことになってしまうので、ここには何か矛盾があるような感じです。スッキリしません。
「アナログは、一度デジタルになると、二度とアナログには戻れない」、「アナログはアナログなままでないとアナログでない」、...と、そんな感じがするのですが、うまく言語化できていません。
ああ。もやもやする。時計屋さんが言うアナログ表示式とデジタル表示式という分類は分かりますけれど、それっ、全部っ、デジタルやんっ！、と言ってしまいたい。ああ。
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デジタル回路とかデジタル信号処理とかの教科書を読んでいると、冒頭に時計を例としたアナログとデジタルの説明があって、時間は連続的に続いているもので、時間をとびとびにサンプルして測定したものがデジタル時計だという説明をした本がさあって、萎えました。
電流などを一定時間毎に測定することはよくあります。でも「時間をサンプルして測定」とはどういうことなのか。一定時間毎に時間を測定するのか？ しょんぼりします。そもそも時間は連続的って確認した人がいるのかな？
計算尺とソロバンを例にした説明は、探した範囲では、１９９０年の教科書まで遡ることができました。相当に年季が入っています。
時計のアナログ式とデジタル式を使った説明なら１９８５年の教科書にもある！ ほぼ４０年前ですよ！
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デジタルは数字で表現したものと言っても、アラビア数字で１０進法で表記された数値だけがデジタルでしょうか。
ローマ数字だとアナログ？ Ｉは１で、ＩＩが２、ＩＩＩが３、...これは本数で数値を示すからデジタルか？ どうしよう？ ＶやＸは？
謎が途切れません。
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間違いの指摘とか疑問とか、ご意見・ご感想とかありましたら、どうぞ感想欄に！
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2024.4.3 微推敲。内容に変更はありません。
2024.6.26 少し加筆。推敲も少し。
2024.6.27 推敲。
2024.6.30 推敲。誰も読んでいないけどね。
