13.10. Корректирование амплитудно-частотных характеристик магнитного звена магнитофона

Как видно из предыдущего, амплитудно-частотные искажения магнитной записи зависят от режимов записи, свойств лент, головок и особенностей их вза­имодействия. Характерный вид АЧХ магнитного звена магнитофона изо­бражен на рис.13.31 кривой 1. Кривая 2 изображает необходимую АЧХ цепей коррекции, а кривая 3. требуемую АЧХ сквозного канала записи-воспроизве­дения.

Рис.13.31. Корректирование АЧХ магнитного звена магнитофона

В принципе, компенсацию волновых потерь воспроизведения и записи можно было бы осуществить в одном из усилителей: записи или воспроизведения. Но осуществление компенсации только в усилителе записи приводит к чрезмерному увеличению тока записи на высоких частотах, насыщению ленты и возрастанию нелинейных искажений. Полная компенсация потерь в усилителе воспроизведения вместе с усилением ослабленных из-за потерь полезных сигналов вызывает увеличение уровня шумов магнитной ленты и самого усилителя. Поэтому коррекцию частотной характеристики распределяют между каналами записи и воспроизведения. Схема распределения искажений и коррекции по звеньям сквозного канала показана на рис.13.32. При распределении коррекции учитывают частотные свойства записываемых сигналов.

Распределение звуковых давлений в спектрах большинства музыкальных инструментов и человеческих голосов таково, что максимумы лежат в области 2001500 Гц, а на более низких и более высоких частотах звуковое давление меньше. Для улучшения отношения сигнал/шум следовало бы записывать сигнал на постоянном уровне во всем диапазоне частот. Поэтому было бы желательно ввести подъем АЧХ в усилителе записи на нижних и верхних частотах и путем этих предыскажений перераспределить энергию сигнала по спектру. Однако практически в усилителе записи увеличивают коэффициент передачи только на верхних частотах. Во избежание увеличения нелинейных искажений Вследствие перегрузки ленты подъем АЧХ не должен превышать 1214 дБ. При этом уровни сигнала на верхних частотах не превзойдут уровней сигнала на средних частотах. Недостающую часть коррекции по верхним частотам осуществляют в усилителе воспроизведения. Частотная характеристика канала изменяется по мере износа головки и в зависимости от типа носителя записи. Поэтому степень коррекции в усилителях записи и воспроизведения необходимо регулировать в процессе эксплуатации магнитофона.

Коэффициент передачи в усилителе записи на нижних частотах не увеличивают по той причине, что в спектре некоторых музыкальных инструментов (большой барабан, литавры) наибольшие звуковые давления имеют место именно на нижних частотах. Во избежание перегрузки ленты и возрастания нелинейных искажений на нижних частотах в профессиональной аппаратуре коррекцию на нижних частотах осуществляют практически только в усилителе воспроизведения.

Несколько иначе дело обстоит в бытовой аппаратуре, работающей, как правило, при более низких скоростях протяжки звуконосителя. Из-за дифференцирующего действия воспроизводящей головки при малой скорости протяжки уровень воспроизводимого сигнала в области низких частот оказывается весьма малым. Поэтому заметно возрастает мешающее действие низкочастотных аддитивных помех, в частности фона переменного тока, наводимого на воспроизводящую головку двигателями, трансформаторами и др. Экранирование головки часто оказывается недостаточным и для улучшения отношения сигнал/помеха прибегают к противошумовой коррекции. С этой целью в усилителе записи осуществляется подъем низкочастотных составляющих сигнала. В усилителе воспроизведения коэффициент передачи в области низких частот уменьшают, чтобы скомпенсировать предыскажения, внесенные в канале записи. Таким образом, частотная коррекция на низких частотах принципиально отличается от коррекции на высоких тем, что в усилителе воспроизведения осуществляется спад, а не подъем частотной характеристики.

Сопротивление головки записи ГЗ имеет в основном индуктивный характер. Поэтому для получения в ее обмотке неизменной амплитуды тока на всех частотах необходимо, чтобы напряжение на зажимах ее обмотки увеличивалось с частотой (кривая 2. рис.13.32). Для коррекции необходим дополнительный подъем АЧХ (кривая 2^). Частотная характеристика тока записи будет иметь в этом случае форму кривой 3.

Зависимость ЭДС в головке воспроизведения ГВ будет изменяться с частотой в соответствии кривой 5. В канале воспроизведения компенсируется не только дифференцирующее действие воспроизводящей головки, но и нескомпенсированная при записи часть волновых потерь, и волновые потери воспроизведения. Необходимая АЧХ усилителя воспроизведения УВ имеет вид кривой 6, а результирующая АЧХ. вид горизонтальной прямой 7.

В бытовых магнитофонах с универсальным усилителем АЧХ, необходимую для записи и воспроизведения, получают переключением корректирующих звеньев внутри самого усилителя или подключением универсальной головки к усилителю через частотный корректор.

Рис.13.32. Распределение искажений и коррекции по звеньям сквозного канала магнитной записи и воспроизведения

Важным требованием, предъявляемым к любой серийной аппаратуре звукозаписи, является возможность обмена фонограммами, поэтому при проектировании аппаратов необходимо обеспечить возможность того, чтобы фонограмма, записанная на каком либо магнитофоне, могла быть воспроизведена без искажений на другом магнитофоне того же класса. Без искажений должны воспроизводиться и фонограммы промышленного производства. Для этого необходимо стандартизация АЧХ каналов записи и воспроизведения.

Для воспроизведения фонограмм, записанных на другом магнитофоне в международной практике принято нормировать АЧХ канала записи. При этом считается, что цепи коррекции тракта записи должны обеспечивать равномерную (по частоте) намагниченность ленты. При воспроизведении подобной фонограммы идеализированной головкой (т.е. такой головкой, через которую накоротко замыкается весь поток ленты) частотная характеристика потока определяется видом рис.13.33. Этот поток называется потоком короткого замыкания.

Рис.13.33. Частотная характеристика потока короткого замыкания

Из рис.13.33 видно, что эта АЧХ отличается от линейной т.к. даже в идеализированной головке, которая имеет достаточно узкий рабочий зазор, сверхвысокую магнитную проницаемость и плотный контакт с фонограммой нельзя предположить отсутствие слойных потерь, ослабляющих верхние частоты. Напомню, что подъем АЧХ на нижних частотах никак не связан с физикой магнитной записи, а определяется только шумовыми характеристиками усилителя воспроизведения и качеством экранирования воспроизводящей головки. Естественно, что для того чтобы получить приведенный на рис. 5.11 поток короткого замыкания необходимо, чтобы усилитель записи имел АЧХ, примерный вид которой приведен на рис 13.34–а. АЧХ усилителя воспроизведения показана на рис.13.34-б.

Рис.13.34. Амплитудно-частотные характеристики усилителя записи (а) и усилителя воспроизведения (б)

Общепринятым и удобным способом выражения амплитудно-частотной характеристики канала магнитной записи является так называемый способ постоянных времени. При этом способе необходимая характеристика определяется как характеристика полного электрического сопротивления цепи , состоящей из включенных последовательно (или параллельно) резистора сопротивлением R и конденсатора емкостью C, обладающих определенной постоянной времени , где  выражается в секундах, R–в омах и С–в фарадах.

Значение модуля при параллельном включении R и С равно

При последовательном включении R и С

.

Данный способ удобен тем, что позволяет задать необходимую характеристику с помощью всего одной или двух цифр, соответствующих значению .

В международных рекомендациях номинальная АЧХ канала записи обычно формулируется следующим образом. При записи гармонических сигналов с постоянным уровнем на входе и разными частотами частотная зависимость остаточного магнитного потока (уровня записи) должна соответствовать сочетанию двух кривых, показывающих изменение полного сопротивления параллельной RC-цепи с постоянной времени ₁ (область высоких частот) и последовательной RC-цепи с постоянной времени ₂ (область низких частот).

Результирующая характеристика ( в децибелах) определяется как:

Значения ₁ и ₂ стандартизированы в зависимости от скорости записи. Эти значения приведены ниже в таблице.

Отечественный стандарт на постоянные времени цепей коррекции

Виды измерительных лент	Скорость ленты, см/сек	Постоянная времени, мкс
		1	2
Для студийных и репортерских магнитофонов	38,1	35	Бесконечность^
	19,05	70	Бесконечность^
	9,53	90	3180
Для бытовых магнитофонов	19,05	70	Бесконечность^
	9,53	90	3180
	4,76	120	1590

–означает отсутствие коррекции в области нижних частот.

Графики стандартизованных номинальных АЧХ уровня записи приведены на рис.13.35. Такие характеристики имеют специальные измерительные ленты части Ч. При их воспроизведении регулируют АЧХ канала воспроизведения таким образом, чтобы ее неравномерность не выходила за пределы поля допусков. Затем на магнитофон устанавливают типовую ленту, используемую в данном аппарате, записывают и воспроизводят сигналы опорных частот. При этом так устанавливают регуляторы частотных предыскажений, чтобы сохранялась равномерная АЧХ сквозного канала.

Рис.13.35. Номинальные характеристики зависимости потока короткого замыкания от частоты для различных значений ₁ и ₂