Аппаратура записи и воспроизведения звука

■^5^^^ оез записи

»си окончательного варианта. Для этогс^_УХву_е™1

я аппаратура записи [2,26]. Главное требойкней ^

мальных искажений в звуковой сигнал СТ юбра₃ие звукозаписывающей аппара7у^^_ю^_й^

работы, функциональными и творческими впЗ "Ри

Спользуемых носителей. Чтобы бьГпонятной класгиГ™"'.туры, рассмотрим некоторые термины изТэтой обТастТ^"

Итак, запись звука - это поонргг nncw^~

^УГСТГГ_е^ЗВУ^

°

р_ОстранственноеизмененГхаракС

ния и последующего воспроизведения записанных ^Р

телем подразумевается ^eL™™o™ZvllT™ "** ^Н°" я сохранения в нем или на его поверхности звТковпй^ ^"^

ультате записи получается фонограмма В зависи17^{ФОРМаЦИИ}- ^В

записываемым ^магнит°°<™ческой -

они не используются. Шфическая, но в радиове-

магнитной системе запись магнитного состояния mZ^coZei налом, в оптической - оптических свойгтГ нитооптических свойств. ^СТВ'

В любой системе записи для согласования зэписывярмпг свойствами канала записи применяется определенная ^{СИГНЭЛа} Гнала, что приводит к различным способам записи в _ня °^ДГ0Т°^ВКа рд развития аппаратуры звукозаписи звуковой ^{НаЧаЛЬНЬ1И пе}"

1 каким-то особым преобразованиям. JS^

 

 

сигнал непрерывный или, как принято в радиотехнике называть его ана­логовым, такая запись получила название аналоговой.

В принципе, аналоговый способ можно реализовать в любой из на­званных систем, но практическое значение имеет только аналоговая магнитная запись на магнитную ленту. В этом случае в магнитной ленте создается пространственное распределение остаточной намагниченно­сти, которая в режиме воспроизведения при движении ленты преобра­зуется в электрический сигнал, прямо связанный с распределением на­магниченности. Т.е. качество воспроизводимого сигнала будет зависеть от точности преобразования записываемого сигнала в остаточную на­магниченность. Именно в этом и заключаются все проблемы аналого­вой магнитной записи - какие бы технические ухищрения ни предпри­нимались, достичь неискаженного преобразования не удается.

В другом способе - цифровом - сигнал перед записью преобразуется в цифровую форму, т.е. из аналогового сигнала получается последователь­ность дискретных импульсов. В результате записывается как бы не сам зву­ковой сигнал, а информация о нем. При этом свойства носителя в гораздо меньшей степени сказываются на качестве записанного сигнала.

Цифровые способы записи реализуются как на магнитном носителе (магнитная лента или диск), так и на оптическом и магнито-оптическом. Устройство записи и воспроизведения звука на магнитную ленту на­зывается магнитофоном. В зависимости от формы носителя магнито­фоны бывают катушечными и кассетными. Обобщенная схема магнито­фона приведена на рис.20.

Записываемый сигнал через усилитель записи поступает в магнит­ную головку записи, воздействующую на магнитную ленту локальным магнитным полем, пропорциональным входному сигналу. Для того что­бы улучшить практически все качественные параметры магнитофона (не­линейные искажения, шумы, АЧХ и др.), в головку записи, наряду с сиг­нальным током, от отдельно­го генератора подается так называемый ток высокочас­тотного подмагничивания с частотой более 60 кГц. Этот же генератор используется для подключения к стираю­щей магнитной головке, обеспечивающей размагни­чивание магнитной ленты. Следует обратить внимание, что значение тока подмагни­чивания очень критично и по этому требуется тщательная его настройка.

 

Рис.20. Обобщенная схема магнитофона.

ГЗ - головка записи, ГС - головка стира­ния, ГВ - головка воспроизведения, Г - гене­ратор стирания и подмагничивания, УЗ - усилитель записи, У В - усилитель вос­произведения.

 

Под воздействием магнитного поля головки записи в магнитной ленеы создаются намагниченные участки, которые при прохождении возле головки воспроизведения наводят в ней э.д.с, усиливаемую усилителем воспроизведения.

Из-за несовершенства магнитных свойств лент при записи сигналов верхнего звукового диапазона имеют место значительные потери, от­рицательно сказывающиеся на АЧХ. Для уменьшения влияния этих потерь в УВ предусмотрена соответствующая частотная коррекция, задаваемая так называемой постоянной времени коррекции. Вообще говоря, частотная коррекция имеет место и в УЗ, и она называется предыскажениями. Цель введения предыскажений - уменьшить влияние низ­кочастотных помех. Степень частотной коррекции стандартизована для достижения взаимозаменяемости фонограмм, полученных на различных магнитофонах.

Величина частотных потерь зависит от скорости (чем больше скорость ленты, тем они меньше) и от качества магнитной ленты. В частности, при коростях76,2см/си 38,1 см/с постоянная времени коррекции т = 35 мкс, ля скорости 4,76 см/с в зависимости от типа ленты - 120 или 70 мкс.

Магнитофоны подразделяются на катушечные и кассетные. Катушечные, в свою очередь, делятся на монофонические, стереофонические и многоканальные. Монофонические и стереофонические магнитофоны работают на ленте шириной 6,3 мм, а многоканальные - на лентах ши­нной 12,7 мм, 25,4 мм и 50,8 мм в зависимости от числа каналов.

Наиболее качественные фонограммы получаются при моно- и стерео-записи. Связано это с тем, что в этом случае имеет место наибольшая ширина дорожки записи, соответствующая одному каналу. В многоканальных магнитофонах число дорожек на ленте шириной 50,8 мм может достичь 48. При уменьшении ширины дорожки в п раз, отношение сиг-л/шум уменьшается в Vn раз. Поэтому для уменьшения влияния шумов в многоканальных магнитофонах всегда применяется система шумопонижения.

В кассетных магнитофонах скорость ленты 4,76 см/с, т.е. значительноменьше, чем в катушечных. Поэтому качество их существенно ниже, за счет применения хороших магнитных лент приемлемо для многих применений.

Магнитофонные кассеты в зависимости от используемого магнитного материала делятся на четыре типа. Тип I - ленты из порошка окиси железа; тип II - ленты из порошка двуокиси хрома; тип III - ленты с двумя магнитными слоями из окиси железа и двуокиси хрома; тип IV- ленты из металлического магнитного порошка.

Применение кассет каждого типа требует оптимизации тока подмагничивания, поэтому в магнитофонах имеются переключатели на конкретный тип кассеты. Причем при переходе с кассеты типа I на тип II изменяется не только ток подмагничивания, но и постоянная времени коррекции.

Начало. Левый канал

Начало. Правый канал

4.9 Аппаратура записи и воспроизведения звука

При подготовке стереофонических программ важно не перепутать левый и правый каналы. Чтобы этого избежать, за каналами закреплены

определенные дорожки. Для катушечных магнитофонов расположение дорожек левого и правого каналов изображено на рис.21.

Если смотреть на ленту со стороны рабочего слоя, то нижняя дорожка соот­ветствует правому каналу, а верхняя - левому. На рис.22 приведено располо­жение дорожек кассетного магнитофона (также со стороны рабочего слоя).

Особенностью магнитофона является нестабильность движения магнитной лен­ты из-за упругих свойств и проскальзы­вания в лентопротяжном тракте. В результате звуковой канал приобрета­ет паразитную частотную модуляцию с частотами 0,1-200 Гц. Это явле­ние называется детонацией и характеризуется коэффици­ентом детонации. Для того чтобы детонация не ощуща­лась на слух в виде медленных (плавание) или быстрых изме­нений высоты тона, коэффи­циент детонации не должен превышать 0,2%.

Рис. 21. Расположение доро­жек левого и правого каналов студийного магнитофона.

Начало. 4-я дорожка. Левый канал. Конец Начало. 3-я дорожка. Правый канал. Конец

Конец. 2-я дорожка. Правый канал. Начало

Конец. 1-я дорожка. Левый канал. Начало

Рис.22. Расположение дорожек кассет­ного магнитофона. Вид со стороны ра­бочего слоя.

Значения основных пара­метров катушечных и кассет­ных магнитофонов приведе­ны в таблице 1.

Приведенные в таблице значения носят ориентировочный характер, поскольку они зависят от типа используемой магнитной ленты. В таблице

 

Параметры катушечных и кассетных магнитофонов.

Таблица 1

Параметры	катушечные	кассетные
Диапазон воспроизводимых частот	20 Гц-20 кГц	20 Гц-18 кГц
Неравномерность АЧХ, дБ	±1	±3
Отношение С/Ш, дБ невзвешенное (* взвешенное)		*70
Коэффициент нелинейных искажений,%, не более	0,3	0,4
Коэффициент детонации,% менее	0,03	0,07

не приведен такой важный параметр, как динамический диапазон, который особенно зависит от качества применяемой ленты. Можно лишь отметить, что для катушечных магнитофонов с системой шумопонижения динамический диапазон может достигать 110-120 дБ. Из приведенных в таблице данных можно сделать вывод о высоком качестве аналоговой магнитной звукозаписи [26].

Цифровая звукозапись

При цифровой записи исходный аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), l предполагающей выполнение трех операций: дискретизацию аналогового сигнала во времени путем выделения отсчетов значений в опреде­ленные моменты времени; дискретизацию по уровню (квантование); кодирование - присвоение каждому отсчету кодового значения (кодо­вого слова). Для кодирования используется двоичный код, в котором каждая позиция символа определяется единицей или нулем. После дис­кретизации во времени непрерывный сигнал превращается в последо­вательность импульсов - отсчетов с размахами, равными значениям непрерывного сигнала в дискретные моменты времени. Частота следо­вания этих импульсов равна частоте дискретизации т.д. В процессе квантования отдельные импульсы-отсчеты заменяются квантовыми отсче­тами. Для этого диапазон значений уровней аналогового сигнала делится на ряд фиксированных интервалов. Если уровень отсчета попадает внутрь интервала, то ему присваивается определенное значение квантовoгo отсчета, т.е. различным уровням, попадающим в один интервал, будет присвоено одно значение. Это приводит к неточности ИКМ - преобразования, к так называемому шуму квантования [27,28].

ИКМ выполняется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). На выходе АЦП образуется последовательность кодовых слов, которые могут быть записаны на носителе. При воспроизведении кодового сиг­нала осуществляется обратное преобразование - цифро-аналоговое (ЦАП). В отличие от аналогового способа записи, когда на качество сигнала существенное влияние оказывают свойства носителя, при цифро­вом способе ситуация другая, поскольку требуется записывать и вос­производить только два уровня сигнала - 0 и 1. Поэтому нелинейные "Искажения и шумы носителя и канала записи в значительно меньшей Мере влияют на сигнал.

Точность передачи сигналов при ИКМ зависит от двух параметров: Частоты дискретизации и интервала квантования. Частота дискретизации должна превышать не менее чем в два раза верхнюю частоту звукового сигнала. В технике радиовещания в разной аппаратуре т_д принима-^ ^следУ°Щ^ие значения: 32 кГц - для цифровых линий связи, 44,1 кГц -пя систем компакт-диск и мини-диск, 48 кГц - для аппаратуры про-эссионального применения.

Величина интервала квантования характеризует ошибку квантования и связана с разрядностью двойного кода. Если разрядность кода п, то число уровней равно 2^П. Чем больше уровней квантования, тем меньше шаг квантования и большая точность ИКМ-преобразования.

Динамический диапазон при цифровой записи можно оценивать вы­ражением D = 6п+1,8. Если использовать кодирование с числом бит на отсчет п = 16, то для динамического диапазона получим D= 98 дБ. Оце­ним последовательность импульсов на выходе АЦП, называемую цифро­вым потоком, при преобразовании стереофонического сигнала с пара­метрами: f_fl = 44,1 кГц, п = 16. В единицу времени в одном канале созда­ется 44,1- 10³ отсчетов, и на каждый отсчет необходимо выделить 16 бит. Поскольку каналов два, то суммарный цифровой поток составит 44,1-10³-16-2=1,4-10⁶бит/с=1,4 Мбит/с. Однако для нормальной работы системы цифровой записи этого недостаточно, поскольку еще необхо­димо передавать различную служебную информацию. В результате ре­альный цифровой поток увеличивается примерно до 2 Мбит/с. Отметим, что при таких условиях ИКМ звуковой сигнал передается в полосе 20 кГц - 20 кГц, практически без нелинейных искажений с динамическим диа­пазоном около 100 дБ. Однако реализовать эту, казалось бы, простую идею оказалось непросто. По существу, улучшение качественных пара­метров цифрового канала достигнуто за счет значительного увеличения пропускной способности канала. Ведь требование о передаче цифрово­го потока 2 Мбит/с эквивалентно требованию передачи сигнала с поло­сой до 2 Мгц, что в 100 раз больше полосы звукового сигнала.

Проблема записи цифрового потока 2 Мбит/с была решена путем кар­динального улучшения носителей и систем аппаратуры записи и вос­произведения. В зависимости от используемого носителя различают магнитную, магнитооптическую и оптическую цифровую звукозапись.