Современная техника грамзаписи

Следующим шагом в механической звукозаписи был отказ от граммофонов и патефонов и переход к электрическому воспроизведению. Появился адаптер-устройство для преобразования колебаний иглы в электрический сигнал. Этот сигнал можно было усилить до любого необходимого уровня и подвести к громкоговорителю. При электрической грамзаписи не нужна большая амплитуда колебаний звуковой дорожки на пластинке, и плотность записи удалось значительно повысить. Появились долгоиграющие пластинки с микроскопической канавкой и большим временем звучания. Заметно возросло и качество звукозаписи. Давайте не будем подробно рассматривать технологию производства долгоиграющих пластинок. В принципе она осталась той же, что и для обычных пластинок. Рассмотрим аппараты для воспроизведения записи-проигрыватели-и обсудим проблемы, связанные с повышением качества звуковоспроизведения.

Прежде всего пластинку нужно привести во вращательное движение. Тут не обойтись без электрического двигателя. Согласитесь, что несерьезно в наш электронный век заниматься пружинными приводами с заводной ручкой, как у патефона! В относительно дешевых, массовых проигрывателях используют двигатели переменного тока, питаемые непосредственно от сети. К тонкому валу двигателя прижимается обрезиненный ролик, касающийся также и внутренней поверхности диска, на который кладется пластинка. Диаметры вала и диска подобраны так, чтобы получить требуемую скорость вращения пластинки 33 1/3 об/мин. В некоторых моделях предусматривают механическое переключение скорости на 45 об/ мин (зарубежный стандарт) и 78 об/мин (старые, недолгоиграющие пластинки). К недостаткам подобного привода относится повышенный шум, создаваемый двигателем. Его шум не только слышен непосредственно, но и передается на чувствительный элемент адаптера механическим путем, проникая таким образом в электрический канал воспроизведения. Для борьбы с шумом и двигатель, и звукосниматель-адаптер тщательно амортизируют. Обрезиненный ролик тоже вносит лепту, вызывая своими неровностями малые колебания скорости диска, называемые детонациями. В более совершенных проигрывателях отказываются от обрезиненного ролика и заменяют его бесконечным резиновым ремнем-пассиком, проходящим через шкивы на осях двигателя и диска. Пассик хорошо амортизирует вибрации двигателя, но хлопот с ним больше, и надежность системы получается ниже.

Диск проигрывателя в любом случае стараются делать потяжелее, чтобы своей инерцией он сглаживал рывки и детонации привода. Здесь важна не сама по себе масса диска, а его момент инерции. Больший момент инерции получается у дисков большого диаметра с массивным ободом. Подшипники диска выполняют с особой тщательностью, а сам диск подгоняют до точного совпадения его центра инерции с осью вращения, чтобы устранить возможные биения диска при вращении. Если не требовать быстрого раскручивания и быстрой остановки диска (а это обычно не нужно), то привод диска может быть совсем маломощным-ведь остается преодолеть лишь малую силу трения в подшипниках. В дорогих моделях проигрывателей отказались от двигателя переменного тока и стали применять микродвигатели, питаемые от стабилизированного источника постоянного напряжения, тем самым снижали шум и вибрации.

Наиболее совершенным считают привод от двигателя, выполненного как одно целое с диском. Обмотки этого многополюсного двигателя питают пульсирующим током от специального транзисторного генератора, а управляет генератором фотоэлектрический датчик скорости вращения, закрепленный у обода того же диска. Вся система позволяет поддерживать очень высокую стабильность скорости вращения диска.

Другой очень ответственный узел проигрывателя -звукосниматель с держателем или, как его называют, тонармом. Самый простой звукосниматель-пьезоэлектрический. Игла, бегущая по луковой дорожке, скреплена с небольшой прямоугольной пластинкой из пьезокерамики. Вибрации иглы передаются пластинке, и на ее поверхности возникает переменный потенциал звуковой частоты. Через специальные выводы он подводится к усилителю. Пьезоэлектрический звукосниматель очень высокого качества трудно изготовить по многим причинам. Пьезоэлемент жесткий, поэтому игла оказывает повышенное давление на стенки извилистой звуковой дорожки на пластинке. У пьезоэлемента много побочных механических резонансов, и поэтому трудно получить равномерную частотную характеристику звукоснимателя. По этим причинам пьезоэлектрические звукосниматели используют лишь в дешевых моделях проигрывателей.

В электромагнитной головке звукоснимателя с иглой скреплен крошечный магнит, около которого находится катушка с большим числом витков очень тонкого провода. Вибрация магнита изменяет магнитный поток, пронизывающий витки катушки, и наводит на них ЭДС индукции, изменяющуюся в такт с колебаниями иглы. Иногда магнит делают неподвижным, а с иглой скрепляют миниатюрную катушку. Чем легче подвижная система звукоснимателя и чем выше ее гибкость, тем точнее игла отслеживает извилины звуковой дорожки. При этом повышается качество звуковоспроизведения и уменьшается износ пластинки. Другой фактор, влияющий на износ пластинок,-прижимная сила на кончике иглы, проще говоря, сила, с которой игла давит на пластинку.

У первых патефонов и граммофонов эта сила составляла многие десятки и даже сотни грамм (физики знают, что силу надо измерять в ньютонах, но для всех эта единица уж очень непривычна). Один грамм силы-внесистемная единица-составляет 9,8 миллиньютон, в которых справочники и дают прижимную силу звукоснимателей.

Современные звукосниматели почти не нажимают иглой на пластинку-прижимная сила не превосходит нескольких грамм. С уменьшением прижимной силы должна увеличиваться и гибкость подвижной системы, иначе игла будет «выпрыгивать» из звуковой канавки. Как видим, современный звукосниматель представляет собой очень тонкий, сложный и дорогой механизм! Если ранее жесткая и сильно прижатая игла действовала на пластину подобно резцу (разве что стружка не вилась из-под иглы!), то теперь легчайшее прикосновение полированной алмазной иглы почти не портит пластинку. Любители грамзаписи хорошо знают: пластинку, предназначенную для хорошего проигрывателя, никогда нельзя проигрывать на более дешевых аппаратах с большой прижимной силой и малой гибкостью подвеса иглы.

Немало хлопот любителям грамзаписи доставляет и тонарм. Обычный поворотный тонарм в принципе не может удерживать звукосниматель на касательной линии к звуковой дорожке. Ситуация улучшится, если тонарм изогнуть и несколько удлинить, как обычно и делают в большинстве проигрывателей. Но при таком решении на иглу действует дополнительная, так называемая скатывающая сила, направленная по радиусу пластинки. Для ее компенсации используют грузики на тонких нитях или специальные подвесы тонарма. Наиболее совершенными считаются тангенциальные тонармы, основание которых перемещается по мере передвижения иглы к центру пластинки. Для движения тонарма служит специальный следящий привод.

Хотя мы упомянули далеко не все проблемы, связанные с конструкцией современного проигрывателя, перечисленных достаточно, чтобы составить представление о том, сколь сложной и тонкой машиной он оказался! К тому же проигрыватель обрастает массой дополнительных устройств и механизмов. Легкий звукосниматель с гибким подвесом нежелательно ставить и снимать с пластинки рукой: можно повредить и пластинку, и звукосниматель. Используют специальный механизм для подвода иглы к началу звуковой дорожки и плавного опускания ее… Зачем же нужны и что дают все эти сложные усовершенствования? Ответ один-высокую верность звуковоспроизведения. И действительно, переход к микрозаписи на долгоиграющие пластинки позволил значительно расширить полосу записываемых звуковых частот.

Старинные патефоны воспроизводили узкий диапазон частот, скажем от 300 Гц до 3…4кГц. Этого достаточно, чтобы узнать голос певца, но говорить о естественности звучания вовсе не приходится. Как это объяснить? Просто. Посмотрим внимательнее, хотя бы сквозь сильную лупу, на волнистую звуковую дорожку. Чем выше частота звуковых колебаний, тем круче становятся извилинки дорожки. Жесткая игла патефона или тяжелого звукоснимателя уже не может следовать за ними и разрушает стенки дорожки, перескакивает с одной дорожки на другую. Можно увеличить скорость вращения пластинки, но это не выход-сократится время звучания. Остается уменьшить амплитуду записи и одновременно ширину звуковой канавки. Так пришли к долгоиграющим пластинкам. Большинство из них выпускают со стереофонической записью.

На стереопластинке одна звуковая дорожка содержит запись двух звуковых каналов-от левого и правого микрофонов. Сейчас повсеместно принята система 45/45, обозначаемая символом «х». В этой системе сигналы двух каналов записываются на двух взаимно перпендикулярных стенках звуковой канавки, расположенных под углом 45° к поверхности пластинки. На рисунках показано, как движется резец рекордера при записи одного из каналов – левого или правого. Если же сигналы в обоих каналах одинаковы, получается обычная поперечная запись.

Для воспроизведения стереопластинки нужен стереофонический звукосниматель. В нем имеются два пьезокристалла (или две катушки), расположенные наклонно под углом 45° к горизонтали и перпендикулярно друг к другу. Каждый элемент воспроизводит звуковые колебания только «своего» канала. В качестве примера на рисунке показано возможное устройство магнитной стереофонической головки, относящейся к классу головок с подвижными магнитами. Колебания иглы 1, следующей по звуковой дорожке пластинки, через иглодержатель 2 передаются крестовине (или кольцу) 3, шарнирно закрепленному в точке О. С крестовиной также шарнирно связаны тяги 4 и 4′, на концах которых закреплены миниатюрные магниты. Плечи крестовины расположены под углом 45° к горизонтали, поэтому тяги 4 перемещаются только под действием колебаний, записанных в правом канале, а тяги 4′-в левом (взгляните еще раз на предыдущий рисунок, где изображена звуковая дорожка). Остальное несложно. Перемещаясь по оси катушек 6, магниты 5 наводят в них ЭДС, пропорциональную скорости изменения магнитного потока, а следовательно, и скорости колебаний и магнитов, и кончика иглы. Пары катушек каждого канала соединены последовательно, чтобы ЭДС, наводимые в них, складывались.

Что произойдет, если стереопластинку поставить на обычный, монофонический проигрыватель? Будут воспроизводиться колебания иглы только в поперечном направлении, вызываемые извилинами обеих стенок канавки. Следовательно, воспроизведется монофонический сигнал, образованный суммой сигналов левого и правого каналов. Принятая система стереофонической грамзаписи полностью совместима с монофонической техникой.

У грамзаписи много достоинств, но есть и один существенный недостаток: пластинку, которая «разонравилась», нельзя переписать заново. Да и вообще, любитель грамзаписи не может записать услышанную и понравившуюся мелодию-он должен ждать, когда это сделает за него фирма «Мелодия», выпускающая грампластинки. Совсем по-другому обстоят дела у любителей магнитной записи. Они могут записывать сами, что хотят и когда хотят.

Журнал “Основы Радиоэлектроники”