Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
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…4 кГц. 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.
Стереофоническая грамзапись:
а — движение иглы; б — запись только левого канала; в — запись только правого канала; г — запись двух каналов
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.
Устройство электромагнитной головки стереофонического звукоснимателя:
1 — игла; 2 — иглодержатель; 3 — крестовина; 4, 4' — тяги магнитов; 5 — магниты; 6 — катушки
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.
Магнитная запись звука
Магнитофон прочно вошел в нашу жизнь. Равнодушных здесь нет — один мечтает о «маге», другой имеет его, но недоволен и хочет приобрести другую модель, третьему он уже надоел, но продать или подарить его жалко…
Посмотрим, как устроен магнитофон. Вопросов возникнет много: почему запись ведется именно на пленку? Откуда взялось значение скорости 4,75 см/с? И т. д.
В первых опытах по магнитной записи звука никакой пленки действительно не было. Запись вели на тонкую стальную проволоку, перематываемую с катушки на катушку. Проволока оказалась плохим носителем: она легко размагничивалась, велик был копирэффект (намагничивание одного витка проволоки на катушке магнитным полем другого, соседнего витка), и от проволоки в конце концов отказались. Может быть, идею записи на пленку подсказало кино — ведь там тоже запись ведется на пленку, правда, оптическим способом. Как и кинопленка, магнитная лента имеет основу из пластмассы, например поливинилхлорида, терилена, а в последнее время — лавсана. Основа с одной стороны покрыта тонким слоем магнитодиэлектрика. Чаще всего это окись железа Fe204 или его закись Fe304. Используют также сплавы железа, кобальта и двуокись хрома СrO2.
Принцип магнитной записи звука объяснить несложно. Лента протягивается с постоянной скоростью мимо магнитной головки. При записи по обмотке головки проходит переменный ток звуковой частоты, соответствующий записываемой программе. Ферромагнитный слой ленты намагничивается в такт со звуковыми колебаниями, и записанная магнитная фонограмма может храниться сколь угодно долго. При воспроизведении лента снова протягивается около магнитной головки. Никакого тока в это время в головку не подается, а выводы ее обмотки подключаются ко входу усилителя воспроизведения. Магнитный поток ленты, проходя через сердечник головки, наводит в ее обмотке ЭДС самоиндукции в полном соответствии с записанной программой. Для записи и воспроизведения звука в профессиональных магнитофонах используют различные головки.
Магнитное поле головки направлено вдоль ленты, таким образом осуществляется продольная запись. Это не единственно возможный вариант. Возможна в принципе и поперечная запись, при которой магнитное поле головки направлено поперек направления движения ленты. Но получить приемлемые качество и уровень записи в этом случае не удается. Огромное значение имеет ширина зазора магнитной головки. Чем она меньше, тем более высокие частоты удастся записать и воспроизвести при данной скорости движения ленты.
Давайте немного посчитаем. При скорости движения ленты 4,75 см/с современные магнитофоны воспроизводят частоты до 12 кГц. Это значит, что длина самой короткой магнитной волны на пленке составляет λ = v/f = 4,75 см/с/12000 1/с ~= 4 мкм. Всего четыре микрометра! Если ширина зазора головки будет больше половины длины этой волны, то воспроизвести сигнал не удастся: на ширине зазора уложится более полуволны сигнала и результирующее магнитное поле в магнитопроводе головки будет близко к нулю. Раньше, когда не умели изготавливать высококачественные головки со столь малыми зазорами, приходилось увеличивать скорость движения ленты. Длина волны записи при этом возрастала.
Существенно и другое — материал магнитной ленты. Когда на расстоянии двух микрометров друг от друга находятся области с противоположной намагниченностью, у них есть все шансы скомпенсировать остаточную индукцию, т. е., попросту говоря, размагнититься. Вот почему на старых пленках столь короткую длину волны записи получить не удавалось. Скорость движения ленты в прежних профессиональных (студийных) магнитофонах составляла 76 см/с. Другие скорости получались последовательным делением этой величины на два: 38; 19,5 см/с. Последнее значение скорости долго было принято в высококачественных бытовых магнитофонах. Благодаря выпуску новых сортов пленки и разработке более совершенных головок появилось новое значение скорости: 9,5 см/с. Вспоминается, с каким восхищением в свое время говорили о том, что на этой скорости удалось записать полосу частот 12, 14 и, наконец, 18 кГц.
Все это относится к катушечным магнитофонам. В них использовалась стандартная лента шириной 6,25 мм. Ну а толщина ленты была предметом многих и многих забот технологов. Ведь чем тоньше лента, тем больше ее войдет на стандартную катушку, тем больше будет время записи. К тому же тонкая лента мягче и лучше прилегает к рабочему зазору головки. Это — с одной стороны, а с другой, лента должна быть прочной и не растягиваться в лентопротяжном механизме. Чтобы хорошо прижать ленту к головке, ее надо сильно натянуть. Эти факторы ограничивают минимальную толщину ленты. Раньше выпускались ленты на ацетатной основе толщиной 37 и 55 мкм. Современные ленты на лавсановой основе значительно тоньше: 18… 27 мкм.
