- •Глава 13. Магнитная звукозапись Контрольные вопросы
- •13.1. Общие закономерности при записи и воспроизведении звука
- •13.2. Основы магнитной записи электрических сигналов
- •13.3. Магнитные носители записи
- •13.4. Магнитные головки
- •13.5 Стирание магнитной фонограммы
- •13.6. Запись без подмагничивания и с подмагничиванием постоянным током
- •13.7.Запись с высокочастотным подмагничиванием
- •Влияние амплитуды тока вчп на параметры магнитофона
- •13.9. Волновые потери тракта записи-воспроизведения
- •13.10. Корректирование амплитудно-частотных характеристик магнитного звена магнитофона
- •13.11. Шумы и помехи при магнитной записи
- •13.12. Особенности построения цифровых магнитофонов
- •13.13. Канал магнитной записи-воспроизведения цифровых магнитофонов
- •13.14. Особенности помехоустойчивого кодирования в цифровых магнитофонах
- •13.15. Стандарты цифровой записи
Глава 13. Магнитная звукозапись Контрольные вопросы
1. Поясните процесс возникновения детонаций.
2. Приведите структурную схему детонометра.
3. Нарисуйте структурную схему магнитофона и поясните назначение ее функциональных узлов.
4. Проведите сравнительную характеристику магнитных лент.
5. Нарисуйте кольцевую магнитную головку и поясните назначение ее элементов.
6. Дайте анализ статического поля магнитной головки в зависимости от ее износа и изменением расстояния до магнитной ленты.
7. Поясните механизм стирания фонограмм.
8. Проведите сравнительную характеристику способов магнитной записи.
9. Поясните понятие критической зоны.
10. Как связаны нелинейные искажения при магнитной записи с величиной тока высокочастотного подмагничивания?
11. Поясните механизм возникновения волновых потерь при записи и методы их уменьшения.
12. Поясните механизм возникновения волновых потерь при воспроизведении и методы их уменьшения.
13. Каким образом корректируются частотные искажения тракта записи–воспроизведения?
14. Поясните понятие потока короткого замыкания.
15. Каким образом можно классифицировать шумы и помехи возникающие при магнитной записи?
16. Поясните механизм возникновения модуляционных шумов.
17. Поясните механизм возникновения копирэффекта.
18. Отличия в магнитофонах с продольной и наклонно-сточной записью?
19. Перечислите особенности цифровых магнитофонов?
20. Нарисуйте схему канала магнитной записи-воспроизведения цифровых магнитофонов?
21. Поясните способы защиты от ошибок при цифровой магнитной записи.
22. Сравните параметры цифровых и аналоговых магнитофонов.
13.1. Общие закономерности при записи и воспроизведении звука
При использовании любой системы звукозаписи фонограмму получают путем преобразования временного физического процесса, выражающего данный записываемый звуковой сигнал, в соответствующие пространственные изменения физического состояния носителя записи. В процессе воспроизведения сигнала происходит обратное преобразование.
Указанные преобразования осуществляются в результате развертки (продольной, спиральной или строчной). Так, продольная развертка осуществляется при равномерном движении носителя мимо неподвижных в пространстве записывающего и воспроизводящего элементов (классическая магнитная звукозапись). Спиральная развертка применяется при использовании носителя в виде диска или барабана (грамзапись). При строчной развертке сигнал на поверхности носителя фиксируется в виде отдельных строк (видеозапись).
Для того, чтобы установить основные соотношения, характеризующие фонограмму, рассмотрим процесс записи гармонического сигнала. Если электрический сигнал, подводимый к записывающему устройству, изменяется по закону:
-
,
(13.1)
то по такому же закону (при отсутствии искажений) изменяется один из параметров записывающего устройства (например, напряженность магнитного поля).
Физический след, возникающий на носителе в любой момент, пропорционален записываемому сигналу
-
,
(13.2)
где k - постоянный коэффициент;
m - параметр, характеризующий фонограмму (например, остаточная намагниченность).
За счет движения носителя относительно записывающего элемента физический след изменяется в направлении длины фонограммы. При условии, что скорость движения носителя в процессе записи постоянна и равна Vз
-
(13.3)
где x-координата длины.
Выражая время через x и Vз, найдем, как будет изменяться физический след вдоль фонограммы:
-
(13.4)
Таким образом, в результате записи сигнала, изменяющегося во времени, величина, характеризующая фонограмму, изменяется по тому же закону, но уже не по времени, а по его длине.
Отношение имеет физический смысл числа периодов гармонического колебания, записанных на единице длины звуконосителя, т.е. плотность записи. Величина, обратная плотности записи, - есть длина отрезка носителя, проходящего мимо записывающего элемента за один период записываемого колебания, т.е. участок звуконосителя, на котором записан один период сигнала. Это, так называемая длина волны записи.
С учетом этого
-
(13.5)
Обозначим воспроизводимый сигнал (t).
При условии линейности процесса воспроизведения
-
(13.6)
При постоянной скорости движения носителя при воспроизведении
x= Vвt, тогда
-
(13.7)
Из (13.7) следует, что для неискаженной передачи сигнала необходимо равенство скоростей протяжки звуконосителя при записи и при воспроизведении. В действительности указанные скорости по разным причинам могут отличаться друг от друга, вызывая изменение высоты звучания при воспроизведении. Слух человека замечает такие изменения, если они превышают 0,5–2 %. Поэтому для студийных магнитофонов отклонение скорости от номинальной не должно превышать 0,3 %. Для удобства обмена фонограммами скорости протяжки звуконосителей в аппаратуре магнитной записи стандартизированы и составляют 381; 190,5; 95,25; 47,6 мм/c.
Однако, отклонение скорости на некоторую величину от стандартной еще не главная проблема, имеющая место при магнитной записи. При движении звуконосителя, его скорость по ряду причин может быть не постоянной, а отклоняться (периодически или не периодически) от своего среднего значения.
Рассмотрим искажения сигнала, возникающие при колебаниях скорости движения носителя записи.
Допустим, что воспроизводится сигнал с идеальной фонограммы, на которой записан гармонический сигнал, т.е.
Для упрощения анализа влияния колебаний скорости движения носителя на передаваемый сигнал предположим, что скорость изменяется по косинусоидальному закону.
-
,
(13.8)
где V0. постоянная составляющая скорости, равная скорости движения носителя в процессе записи идеальной фонограммы; a-амплитуда переменной составляющей скорости; ( F - частота колебания скорости движения звуконосителя).
Определим координату x участка фонограммы, воспроизводимого в момент времени t
-
(13.9)
Сигнал на выходе воспроизводящего устройства определяется как
-
(13.10)
Известно, что круговая частота сигнала определяется как скорость изменения фазы колебания, т.е.первой производной от аргумента синуса
-
(13.11)
следовательно:
-
(13.12)
Выражение (13.12) характеризует частотно-модулированное колебание, глубина которого определяется отношением . Частота и закон модуляции определяется частотой и законом колебания скорости звуконосителя.
Частотно-модулированный сигнал можно представить в виде бесконечного ряда частот.
где J0, J1, J2 ...– функции Бесселя соответствующих порядков.
Таким образом, колебание скорости движения носителя с фонограммой вызывает изменение как амплитуды основной, так и появление дополнительных частотных составляющих. Этот вид искажений получил название детонаций.
Слуховое восприятие детонаций слушателями зависит от частоты колебаний скорости. Если происходят медленные изменения скорости с частотой ниже 45 Гц, детонации воспринимаются как плавное изменение высоты тона, как говорят звук "плавает". При частотах от 5 до 16 Гц характер восприятия изменяется, возникает эффект тремолирующего, дрожащего звука. Когда частота детонаций лежит в диапазоне звуковых частот, ухо человека уже не замечает изменения высоты тона, а воспринимает детонации как изменение тембра звука в виде хриплости и своеобразной жесткости звучания. Если частота детонации превышает 1000 Гц, то она воспринимается в виде характерного шипения, сопровождающего звук.
В целом можно считать, что заметность детонаций максимальна в области частот 120 Гц и спадает с увеличением и уменьшением частоты. Поэтому, магнитофоны принято характеризовать не только коэффициентом колебаний скорости , а и коэффициентом детонации , который представляет собой коэффициент колебаний скорости ленты, измеренный с учетом восприятия детонации человеческим слухом. При измерении коэффициента детонаций перед измерительным прибором включают, так называемый, фильтр слухового восприятия ФСВ, частотная характеристика которого соответствует заметности восприятия высоты тона (рис. 13.1).
Рис. 13.1. Частотная характеристика фильтра слухового восприятия
Для измерений используется специальная измерительная лента, содержащая сигналограмму синусоидального колебания с частотой 3150 Гц, записанную на прецизионном лентопротяжном механизме, имеющем собственный коэффициент детонации 0,012–0,015 %, т.е. в три раза меньше, чем у лучших профессиональных стационарных аппаратов.
Рис.13.2.Структурная схема детонометра
При проведении измерений (рис.13.2) сигнал, подаваемый на вход детонометра, усиливается до необходимой величины. Затем, сигнал поступает в блок демодуляции ДМ. Известны различные способы демодуляции, нашедшие применение в детонометрах, выпущенных разными предприятиями. Среди них широко используется способ, при котором частотно-модулированный сигнал преобразуется в импульсный, с переменной скважностью. Далее такой сигнал пропускается через ФНЧ, на выходе которого напряжение соответствует колебаниям скорости ленты. Этот способ демодуляции при простом схемном решении обеспечивает полную независимость результатов измерения от влияния паразитной амплитудной модуляции, действующей в процессе измерений. Напряжение на выходе ФНЧ соответствует колебаниям скорости ленты. Если измеряется коэффициент детонации, то сигнал перед показывающим прибором ПП проходит через фильтр слухового восприятия.
Учитывая свойства слуха воспринимать детонацию по максимальным изменениям частоты прослушиваемого сигнала, необходимо, чтобы в детонометре измерялась величина полного размаха колебаний скорости от пика до пика. Для этого напряжение колебаний перед подачей на показывающий прибор ПП выпрямляется по схеме удвоения, а постоянная времени RC-фильтра выбирается такой, чтобы показания прибора соответствовали квазипиковой величине этих колебаний.