Сучасна техніка грамзапису

Наступним кроком в механічної звукозапису була відмова від грамофонів і патефонів і перехід до електричного відтворення. З'явився адаптер-пристрій для перетворення коливань голки в електричний сигнал. Цей сигнал можна було підсилити до будь-якого необхідного рівня і підвести до гучномовцю. При електричної грамзапису не потрібна велика амплітуда коливань звукової доріжки на платівці, і щільність запису вдалося значно підвищити. З'явилися довгограючі пластинки з мікроскопічної канавкою і великим часом звучання. Помітно зросла і якість звукозапису. Давайте не будемо детально розглядати технологію виробництва платівок. В принципі вона залишилася тією ж, що і для звичайних платівок. Розглянемо апарати для відтворення запису-програвачі-й обговоримо проблеми, пов'язані з підвищенням якості звуковідтворення.

Перш за все пластинку потрібно привести в обертальний рух. Тут не обійтися без електричного двигуна. Погодьтеся, що несерйозно в наш електронний століття займатися пружинними приводами з заводний ручкою, як у патефона! У відносно дешевих, масових програвачах використовують двигуни змінного струму, що живляться безпосередньо від мережі. До тонкому валу двигуна притискається прогумований ролик, що стосується також і внутрішньої поверхні диска, на який кладеться пластинка. Діаметри вала і диска підібрані так, щоб отримати необхідну швидкість обертання платівки 33 1/3 об / хв. У деяких моделях передбачають механічне перемикання швидкості на 45 об / хв (зарубіжний стандарт) і 78 об / хв (старі, недолгоіграющіе пластинки). До недоліків подібного приводу відноситься підвищений шум, створюваний двигуном. Його шум не тільки чути безпосередньо, але і передається на чутливий елемент адаптера механічним шляхом, проникаючи таким чином в електричний канал відтворення. Для боротьби з шумом і двигун, і звукознімач-адаптер ретельно амортизують. Прогумований ролик теж вносить лепту, викликаючи своїми нерівностями маліколивання швидкості диска, звані детонації. У більш досконалих програвачах відмовляються від обрезиненного ролика і замінюють його нескінченним гумовим ременем-пассіка, що проходить через шківи на осях двигуна і диска. Пассік добре амортизує вібрації двигуна, але клопоту з ним більше, і надійність системи виходить нижче.

Диск програвача в будь-якому випадку намагаються робити важче, щоб своєю інерцією він згладжував ривки і детонації приводу. Тут важлива не сама по собі маса диска, а його момент інерції. Більший момент інерції виходить у дисків великого діаметру з масивним ободом. Підшипники диска виконують з особливою ретельністю, а сам диск підганяють до точного збігу його центру інерції з віссю обертання, щоб усунути можливі биття диска при обертанні. Якщо не вимагати швидкого розкручування і швидкої зупинки диска (а це зазвичай не потрібно), то привід диска може бути зовсім малопотужним-адже залишається подолати лише малу силу тертя в підшипниках. У дорогих моделях програвачів відмовилися від двигуна змінного струму і стали застосовувати мікродвигуни, що живляться від стабілізованого джерела постійної напруги, тим самим знижували шум і вібрації.

Найбільш досконалим вважають привід від двигуна, виконаного як одне ціле з диском. Обмотки цього багатополюсного двигуна живлять пульсуючим струмом від спеціального транзисторного генератора, а управляє генератором фотоелектричний датчик швидкості обертання, закріплений у обода того ж диска. Вся система дозволяє підтримувати дуже високу стабільність швидкості обертання диска.

Інший дуже відповідальний вузол програвача -звукосніматель з власником або, як його називають, тонармом. Найпростіший звукознімач-п'єзоелектричний. Голка, що біжить по лушпиння доріжці, скріплена з невеликою прямокутної платівкою з п'єзокераміки. Вібрації голки передаються платівці, і на її поверхні виникає змінний потенціал звукової частоти. Через спеціальні висновки він підводиться до підсилювача. П'єзоелектричний звукознімач дуже високої якості важко виготовити з багатьох причин. П'єзоелемент жорсткий, тому голка надає підвищений тиск на стінки звивистою звукової доріжки на платівці. У пьезоелемента багато побічних механічних резонансів, і тому важко отримати рівномірну частотну характеристику звукознімача. З цих причин п'єзоелектричні звукознімачі використовують лише в дешевих моделях програвачів.

У електромагнітної голівці звукознімача з голкою скріплений крихітний магніт, біля якого знаходиться котушка з великим числом витків дуже тонкого дроту. Вібрація магніту змінює магнітний потік, що пронизує витки котушки, і наводить на них ЕРС індукції, що змінюється в такт з коливаннями голки. Іноді магніт роблять нерухомим, а з голкою скріплюють мініатюрну котушку. Чим легше рухлива система звукознімача і чим вище її гнучкість, тим точніше голка відстежує звивини звукової доріжки. При цьому підвищується якість звуковідтворення і зменшується знос пластинки. Інший фактор, що впливає на знос платівок, -пріжімная сила на кінчику голки, простіше кажучи, сила, з якою голка тисне на платівку.

У перших патефонів і грамофонів ця сила становила багато десятків і навіть сотні грам (фізики знають, що силу треба вимірювати в ньютонах, але для всіх ця одиниця вже дуже незвична). Один грам сили-позасистемнаодиниця-становить 9,8 мілліньютон, в яких довідники і дають притискну силу звукознімачів.

Сучасні звукосниматели майже не натискають голкою на платівку-притискна сила не перевищує декількох грам. Зі зменшенням притискної сили повинна збільшуватися і гнучкість рухомої системи, інакше голка буде «вистрибувати» з звукової канавки. Як бачимо, сучасний звукознімач являє собою дуже тонкий, складний і дорогий механізм! Якщо раніше жорстка і сильно притиснута голка діяла на пластину подібно різцю (хіба що стружка НЕ ​​вилася з-під голки!), То тепер легчайшее дотик полірованої алмазної голки майже не псує пластинку. Любителі грамзапису добре знають: пластинку, призначену для хорошого програвача, ніколи не можна програвати на більш дешевих апаратах з великою притискною силою і малої гнучкістю підвісу голки.

Чимало клопоту любителям грамзапису доставляє і тонарм. Звичайний поворотний тонарм в принципі не може утримувати звукознімач на дотичній лінії до звукової доріжки. Ситуація покращиться, якщо тонарм зігнути й трохи продовжити, як зазвичай і роблять в більшості програвачів. Але при такому рішенні на голку діє додаткова, так звана скочується сила, спрямована по радіусу пластинки. Для її компенсації використовують важки на тонких нитках або спеціальні підвіси тонарма. Найбільш досконалими вважаються тангенціальні тонарм, підстава яких переміщається у міру пересування голки до центру пластинки. Для руху тонарма служить спеціальний стежить привід.

Хоча ми згадали далеко не всі проблеми, пов'язані з конструкцією сучасного програвача, перерахованих досить, щоб скласти уявлення про те, наскільки складною і тонкою машиною він виявився! До того ж програвач обростає масою додаткових пристроїв і механізмів. Легкий звукознімач з гнучким підвісом небажано ставити і знімати з платівки рукою: можна пошкодити і пластинку, і звукознімач. Використовують спеціальний механізм для підведення голки до початку звукової доріжки і плавного опускання її ... Навіщо ж потрібні і що дають всі ці складні удосконалення? Відповідь одна-високу вірність звуковідтворення. І дійсно, перехід до мікрозапісі на довгограючі пластинки дозволив значно розширити смугу записуваних звукових частот.

Старовинні патефони відтворювали вузький діапазон частот, скажімо від 300 Гц до 3 ... 4кГц. Цього достатньо, щоб дізнатися голос співака, але говорити про природність звучання зовсім не доводиться. Як це пояснити? Просто. Подивимося уважніше, хоча б крізь сильну лупу, на хвилясту звукову доріжку. Чим вище частота звукових коливань, тим крутіше стають ізвілінкі доріжки. Жорстка голка патефона або важкого звукознімача вже не може слідувати за ними і руйнує стінки доріжки, перескакує з однієї доріжки на іншу. Можна збільшити швидкість обертання пластинки, але це не вихід-скоротиться час звучання. Залишається зменшити амплітуду записи і одночасно ширину звукової канавки. Так прийшли до довгограючим пластинках. Більшість з них випускають зі стереофонічною записом.

На стереоплатівка одна звукова доріжка містить запис двох звукових каналів-від лівого і правого мікрофонів. Зараз повсюдно прийнята система 45/45, що позначається символом «х». У цій системі сигнали двох каналів записуються на двох взаємно перпендикулярних стінах звуковий канавки, розташованих під кутом 45 ° до поверхні пластинки. На малюнках показано, як рухається різець рекордера при записі одного з каналів - лівого або правого. Якщо ж сигнали в обох каналах однакові, виходить звичайна поперечна запис.

Для відтворення стереоплатівка потрібен стереофонічний звукознімач. У ньому є два пьезокристалла (або дві котушки), розташовані похило під кутом 45 ° до горизонталі і перпендикулярно один до одного. Кожен елемент відтворює звукові коливання тільки «свого» каналу. Як приклад на малюнку показано можливе влаштування магнітної стереофонічною головки, що відноситься до класу головок з рухомими магнітами. Коливання голки 1, наступного за звуковій доріжці пластинки, через иглодержатель 2 передаються хрестовині (або кільцю) 3, шарнірно закріпленого в точці О. С хрестовиною також шарнірно пов'язані тяги 4 і 4 ', на кінцях яких закріплені мініатюрні магніти. Плечі хрестовини розташовані під кутом 45 ° до горизонталі, тому тяги 4 переміщаються тільки під дією коливань, записаних в правому каналі, а тяги 4'-в лівому (погляньте ще раз на попередній малюнок, де зображена звукова доріжка). Решту нескладно. Переміщаючись по осі котушок 6, магніти 5 наводять в них ЕРС, пропорційну швидкості зміни магнітного потоку, а отже, і швидкості коливань і магнітів, і кінчика голки. Пари котушок кожного каналу з'єднані послідовно, щоб ЕРС, що наводяться в них, складалися.

Що станеться, якщо стереоплатівку поставити на звичайний, моно програвач? Відтворюватимуться коливання голки тільки в поперечному напрямку, що викликаються звивинами обох стінок канавки. Отже, відтвориться монофонический сигнал, утворений сумою сигналів лівого і правого каналів. Прийнята система стереофонічною грамзапису повністю сумісна з монофонічною технікою.

У грамзапису багато достоїнств, але є і один істотний недолік: платівку, яка «вже не подобається», не можна переписати заново. Та й взагалі, любитель грамзапису не може записати почуту і улюблену мелодію-он повинен чекати, коли це зробить за нього фірма «Мелодія», що випускає грамплатівки. Зовсім по-іншому йдуть справи у любителів магнітного запису. Вони можуть записувати самі, що хочуть і коли хочуть.

Журнал "Основи радіоелектроніки"