Классификация

• по типу носителя магнитофоны подразделяются на ленточные (катушечные и кассетные) и проволочные. Кроме того, известны аппараты, использующие магнитный диск^[1] или манжету;

• по способу регистрируемой информации магнитофоны разделяют на аналоговые и цифровые;

• по области применения магнитофоны разделяют на студийные, бытовые и промышленные (последний тип ранее широко использовался не только для записи звуковой информации, но и для записи аналоговых данных (напр. сигналов с аналоговых датчиков температуры, давления и пр. в промышленных процессах или лабораторных исследованиях); промышленные магнитофоны для записи данных в некоторых источниках также называют магнитографами);

• по наличию встроенного усилителя мощности — на полные магнитофоны и магнитофоны-приставки (жаргонное «дека»);

• по мобильности — на карманные, переносные и стационарные;

Магнитофоны также можно классифицировать:

• по числу воспроизводимых и записываемых дорожек: 1, 2, 4 или более;

• по скорости записи/воспроизведения. Самые распространенный стандартные значения скорости: 76,2, 38,1 см/с (студийные магнитофоны); 19,05 см/с (бытовые и студийные магнитофоны); 9,52 см/с (бытовые магнитофоны); 4,76 см/с; 2,38 см/с (диктофоны, бытовые кассетные магнитофоны). Существуют также магнитофоны с другими значениями скорости, а также с изменяющейся скоростью ленты по мере ее перематывания;

• по числу головок: одна (только воспроизводящая, в магнитофонах-проигрывателях), две (наиболее часто реализуемый вариант: первой, по ходу движения ленты, стоит стирающая головка, далее — универсальная, которая может как записывать, так и воспроизводить информацию), три (так называемый «сквозной тракт» — для записи и воспроизведения используются раздельные специализированные головки), четыре (с допополнительной головкой воспроизведения, работающей при реверсивном ходе ленты), реже — больше.

Технические параметры

Механические:

• отклонение скорости носителя от номинальной, %;

• коэффициент детонации (неравномерность скорости движения ленты)., %;

Электрические:

• частотный диапазон (записываемого сигнала), Гц;

• неравномерность АЧХ (в раб. диапазоне частот), дБ;

• коэффициент нелинейных искажений (КНИ, англ. TND), %;

• динамический диапазон, дБ;

• соотношение сигнал/шум, дБ;

• выходная мощность, Вт (для аппаратов с УМЗЧ);

Устройство

Основными функциональными узлами магнитофона являются лентопротяжный механизм (ЛПМ), блок магнитных головок (БМГ, БВГ) для записи, воспроизведения и стирания сигналов и электронные устройства, обеспечивающие работу БМГ.

Механика

Лентопротяжный механизм (ЛПМ) магнитофона может содержать как один двигатель (однодвигательный ЛПМ), так и два или три (в высококачественных стационарных аппаратах). Он должен обеспечивать равномерное прямое и обратное (т. н. реверс, в некоторых моделях («реверсный магнитофон»), для автоматического (автореверс) воспроизведения записи с обеих дорожек ленты) равномерное движение магнитного носителя. Также прямую (FF/FW) и обратную (REW)^[2] ускоренную перемотку носителя, режимы Пауза (Pause) и Стоп (Stop), а также (в нек. моделях) — специальный (неплотный, с зазором) подвод головок в ленте во время ускоренной перемотки, для обеспечения функции «автопоиск» (AMS (AutoMusicScan), APSS, APLD и тп.). Также, в некоторых реверсных аппаратах (с механизмом «переворачивания» (англ. flip-flop) или же «сдвига») — обеспечивать изменение позиции магнитной головки. Для обеспечения плотной намотки рулона и защиты ленты от механических перегрузок магнитофоны высоких классов оснащаются системой контроля натяжения ленты.

Магнитные головки

Важнейший узел магнитофона — магнитные головки. Их характеристики во многом определяют качество работы аппарата в целом. Они классифицируются по назначению: головки воспроизведения (ГВ), записи (ГЗ), универсальные записи-воспроизведения (ГУ) и стирания (ГС). Количество их, устанавливаемое на ЛПМ, варьируется от одной (ГВ в магнитофонах-проигрывателях или ГЗ в магнитофонах, предназначенных только для записи), двух (ГУ и ГС — наиболее распространённый вариант), трёх (ГВ, ГЗ, ГС — т. н. «сквозной канал») до четырёх (две ГВ для функции реверса, и по одной ГЗ и ГС) и более (головка для фунции «реверс» может применятся и одна, но с т. н. механизмом «переворачивания» или же «сдвига»).

В случае использования нескольких головок на общем основании говорят о блоке магнитых головок (БМГ). Существуют аппараты со сменным БМГ, что позволяет получить, например, разное количество дорожек (немецкий бытовой магнитофон высокого класса Uher Royal de Luxe, 1969 г.^[3]).

Иногда применяются комбинированные головки, конструктивно объединяющие, например, ГУ и ГС. Также иногда применяется отдельная головка подмагничивания и др. Уровень шумов при стирании постоянным магнитным полем больше, чем при стирании высокочастотным переменным магнитным полем, но в самых дешёвых моделях до сих пор применяется ГС из постоянного магнита, которая механически подводится к ленте при стирании. Магнитная головка может работать как с одной дорожкой (моно), так и с несколькими — от двух (стерео) до 16 (см. Многодорожечная запись). Качество применённых магнитных головок в основном и определяют качество записи/воспроизведения сигнала в магнитофоне. От качества головки также зависит и её долговечность (срок службы). На первых моделях кассетных магнитофонов стояли головки с сердечником из мягкого пермаллоя, служившие порядка 2000 часов. В середине 1970-х годов им на смену пришли износостойкие головки из стеклоферрита (FX-головки, срок службы до 10 лет), а чуть позже — из сендаста (DX-головки, срок службы 6-8 лет). Более технологичные и дешевые сендастовые головки получили широкое распространение как универсальные (запись и воспроизведение сигнала), так и в качестве записывающих в магнитофонах средней ценовой группы. Стеклоферритовые головки использовались преимущественно в качестве универсальных или воспроизводящих у флагманских моделей. В середине 1990-х годов были разработаны магнитные головки из аморфного металла (А-головки), практически не имеющего кристаллической структуры и отличающегося прекрасными магнитными свойствами и износостойкостью на уровне стеклоферрита. Примерно в это же время по технологии тонкоплёночных микросхем были созданы магниторезистивные головки (Z-головки), которые изменяли своё сопротивление в зависимости от интенсивности магнитного потока магнитофонной ленты. Выходной сигнал с этих головок, включенных в диагональ измерительного моста, мог достигать единиц милливольт. Соответственно — собственные шумы кассетного магнитофона снижались до уровня −62-68 дБ и приближались к уровню шумов качественного катушечного магнитофона. Эти два типа головок составляли БМГ «запись-воспроизведение» в трёхголовочных AZ-аппаратах со «сквозным каналом» фирмы Technics (RS-AZ6,7). В процессе работы магнитные головки засоряются осыпающимся с ленты магнитным слоем и потому подлежат периодической очистке.

Электроника

Электронная часть магнитофона состоит из одного или нескольких (по количеству каналов) усилителей воспроизведения УВ и усилителей записи УЗ (или же, в более простых моделях, усилителей записи/воспроизведения (УЗВ)) и генератора стирания-подмагничивания (ГСП). Более продвинутые модели содержат устройства индикации (аналоговые, либо цифровые), датчики срабатывания автостопа, систему автопоиска (AMS, APSS и тп.), устройство автоматической регулировки уровня записи (АРУЗ), устройство шумоподавления (каккомпандерные системы (Dolby B, dbx, Dolby C, Dolby S), так и динамические фильтры (DNL, «Маяк») и пр.), блок «динамического подмагничивания» (Dolby HX, Dolby HX Pro, СДП, СДП-2 и пр.), коммутатор входов/выходов (режим «Монитор») и некоторые другие. Также обычно содержит усилители, как для наушников, так для и/или акустических систем.

Катушечные магнитофоны

В качестве носителя используется магнитная лента, намотанная на пластмассовые или металлические катушки (в быту употреблялось также название «бобина»; до появления кассетных магнитофонов катушки называли кассетами) или на сердечники без щёчек (для предотвращения спадания ленты магнитфоны, рассчитанные на сердечники, имеют на подающем и приёмном узлах диски-«тарелки», также существуют разборные катушки со съёмными щёчками). Намотка ленты рабочем слоем внутрь рулона, но в очень старых магнитофонах нередко встречалась намотка рабочим слоем наружу. За счёт широкой ленты и высокой скорости её протяжки катушечные магнитофоны могут обеспечивать очень высокое качество записи и воспроизведения, выше, чем качество механической грамзаписи, CD и компакт-кассет. Стандартные скорости ленты в бытовых катушечных магнитофонах — 4,76, 9,53 и 19,05 см/с (в некоторых высококлассных применялась и 38,1 см/с); в студийных — 19,05, 38,1 и 76,2 см/с. Медленные скорости 2,38 и 4,76 см/с считались «диктофонными» (скорость 2,38 см/с встречалась только в тифлотехнических аппаратах и регистраторах). В кинематографии для синхронной записи звука могла применяться скорость 48,5 см/с (скорость протяжки 35-мм киноплёнки), в спецаппаратуре встречалась также скорость 28,0 см/с. Все возможности качественной записи реализуются на высоких скоростях, 19,05 см/с и выше.

Катушечники отличаются большими габаритами, массой (хотя существовали и переносные, и носимые, и карманные модели) и энергопотреблением.

Многодорожечные (с 8 и более дорожками) многоканальные катушечные магнитофоны в 60-х — 90-х годах активно использовались как студийные. В бытовом секторе были практически вытеснены кассетными моделями к середине 80-х годов — для среднего потребителя компактность и простота использования оказались важнее качества звучания.

В СССР стандартные катушки для 6,25-мм ленты различали по номерам. «Номером» служил внешний диаметр катушки в сантиметрах. В батарейных магнитофонах, как правило, использовались катушки № 10 и № 13, в сетевых — № 15 и № 18, реже — № 13, № 22 и № 27. Самые маленькие катушки — № 7,5 — применялись в некоторых диктофонах^[4]; кроме того, на них продавалась ракордная лента.

Самая распространенная лента для катушечных магнитофонов — шириной 6,25 мм, толщиной 55, 37 и 27 мкм, значительно реже встречалась лента толщиной 18 мкм. Толстые ленты имеют лучшие механические свойства и стабильность характеристик, а большая толщина рабочего слоя обеспечивает высокую перегрузочную способность. Тонкие, в свою очередь, в силу лучшей гибкости не требуют большого натяжения для хорошего прилегания к головкам и имеют большую длину при том же диаметре рулона, так на катушку № 18 помещается 350 м ленты толщиной 55 мкм или 525 м ленты 37 мкм. Диаметр километрового рулона ленты толщиной 55 мкм, намотанной на сердечник (стандартно для студийных магнитофонов) составляет около 30 см.

Кассетные магнитофоны

В качестве носителя используется магнитная лента, хранимая в кассетах (самый распространённый тип — компакт-кассета: ширина плёнки кассеты 3,81 мм; размер и форма пластикового контейнера — стандартные; скорость — за редкими исключениями 4,76 см/с; длина и тип ленты могут различаться; время воспроизведения 60, 90 и 120 минут (обе стороны); разработаны фирмой Philips в 1964 г.). Первоначально использовались кассеты с лентой на основе гамма-окиси железа (Fe₂O₃, Type I). Они имели высокий уровень собственных шумов, небольшой динамический диапазон (до 48 дБ) и достаточно узкий диапазон частот (до 12 кГц). Ленты на основе двуокиси хрома (CrO₂, Type II) превосходят их по динамическому диапазону и частоте записываемого сигнала. Наилучшее качество обеспечивают ленты типа Metal (Type IV), снятые с производства в начале 2000-х годов. Многослойные плёнки («феррохром», Type III), предложенные в 1970-е годы, довольно быстро вышли из употребления. С 2006 года в массовом производстве сохранились только ленты Type I, изготавливаемые методом напыления магнитного слоя в вакууме и малопригодные для высококачественной записи музыки. В зависимости от вида ленты, при записи устанавливаются параметры тока подмагничивания, а при воспроизведении — частотной компенсации верхних частот.

Отличительной особенностью кассетных магнитофонов является повышенный шум при воспроизведении записанной фонограммы. Это связано с двумя факторами: Во-первых, низкая (по сравнению с катушечными магнитофонами) скорость протяжки ленты приводит к малому уровню сигнала (около 0,15…0,25 мВ), генерируемого магнитным полем в воспроизводящей головке магнитофона — сигналы такого уровня оказываются сопоставимы с собственными шумами транзистора во входной цепи (решение этой проблемы пошло двумя путями: создание специализированных воспроизводящих головок с высокой индуктивностью и, как следствие, с повышенным уровнем выходного сигнала (до 0,45 мВ) и разработка сверхмалошумящих усилителей с параллельным включением транзисторов на входе, в результате флагманские модели кассетных магнитофонов имеют собственные шумы на уровне −60…-62 дБ).

Во-вторых, неоднородная структура магнитного слоя и шероховатости его поверхности приводит к повышенному уровню шумов самой ленты (-52…-54 дБ у обычных лент типа I). Опять же, из-за относительно низкой скорости движения ленты спектр этих шумов попадает в рабочий диапазон частот магнитофона и становится очень заметным. Для подавления шумов в кассетных магнитофонах стали применять различные системы шумоподавления. Самые ранние и простые из них — динамические (DNL и подобные) — используют тот факт, что в тихих участках музыкальной фонограммы доля высокочастотных составляющих невелика. Динамический шумоподавитель при воспроизведении слабых сигналов автоматически снижает усиление в области верхних частот (выше 5…6 кГц), где как раз и располагаются основные шумы ленты. На восприятии музыкальной записи такая коррекция сказывается незначительно, а при сильном сигнале шумы ленты маскируются музыкой. В дорогих высококачественных аппаратах с начала 1970-х гг. применяются компандерные системы шумоподавления «Dolby NR B/C/S» или «dbx», которые при записи сжимают динамический диапазон сигнала, «приподнимая» тихие фрагменты записи над шумами ленты, а при воспроизведении — расширяют динамический диапазон до исходного. Кассеты, записанные с подавлением шумов, следует воспроизводить с той же системой шумоподавления, которая была выбрана при записи. Для корректного восстановления сигнала, записанного с применением компандерного шумоподавления, необходима точная подстройка параметров записи под конкретную используемую ленту; в магнитофонах, не предусматривающих такую подстройку, восстановленный сигнал часто теряет высокочастотные составляющие («завал верхов»). Для расширения динамического диапазона вверх (прежде всего, в области высоких звуковых частот) применяется система динамического подмагничивания Dolby HX Pro, впервые применённая компанией Bang and Olufsen в 1982. Эта система в процессе записи автоматически поддерживает оптимальный уровень подмагничивания соответственно изменению сигнала записи. Ленты, записанные с Dolby HX, могут воспроизводиться на магнитофонах, не имеющих этого устройства, но повышенный уровень записи может перегружать их канал воспроизведения. В СССР и странах СНГ было принято в разговорной речи обозначать кассетный магнитофон словом «кассетник». В свою очередь катушечный магнитофон назывался словом «катушечник» или «бобинник» (от слова «бобина» — катушка).

Как правило, среди кассетных дек лучшими считаются флагманские модели Nakamichi (1000ZXL, ZX9, CR7, Dragon), Pioneer (model 1200, CT-A9X) и менее распространённые Tandberg (model 3014) и TEAC (6000, 7000, 10000), достигшие своего технологического потолка в 1981—1983 гг., а также верхние модели массовых брендов второй половины 1980-х: Sony (TC-K950ES), Aiwa (XK-S9000), Akai (GX-F91), Alpine (Alpage), JVC, Harman/Kardon, Marantz,Technics.

Портативные магнитофоны

Среди портативных кассетных магнитофонов как для журналистики, так и для записи концертов и прочего можно отметить модели Sony и Marantz. Широко используется также портативная Sony TC-D6C (WM-D6C Pro) обладающая малыми габаритами. Модель Marantz PMD-430 дешевле, имеет сквозной тракт (три головки)

Портативные катушечные магнитофоны были весьма популярны во всём мире как для выездной записи музыки, так и для звукового сопровождения фильмов (в этом случае обычно требуется специальная дорожка синхронизации). Наиболее известные производители: Nagra-Kudelski, Stellavox, UHER (в СССР производился упрощённый аналог модели UHER 4000 под названием «Репортёр»^{[источник не указан 472 дня]}).

Карт-машины (автоинформаторы)

Картриджные системы были разработаны в конце 50-х годов для воспроизведения музыки в автомобилях, но к концу 70-х годов были полностью вытеснены кассетными магнитофонами, и впоследствии применялись в основном в радиовещании.

Большое распространение получили в общественном транспорте (метро, трамвай, троллейбус) для объявления названий остановок и другой информации. Машинисту (водителю) достаточно нажать на кнопку пуска информатора, и он после проговорки фразы сам выключится.

Студийные магнитофоны

Студийные магнитофоны подразделяются на четыре типа в зависимости от подачи плёнки: на картриджах, на видеокассетах (для записи только звука, ADAT), на компакт-кассетах и на открытых катушках. Широкой известностью среди профессионалов пользовались бобинные многоканальные магнитофоны (и магнитографы) фирмы TEAC (Япония).

Цифровые магнитофоны

Естественным развитием технологии звукозаписи на магнитную ленту явилось применение цифрового метода записи. Магнитофоны, работающие с цифровыми записями обозначаются аббревиатурой DAT (Digital Audio Tape). На стадии лабораторных прототипов существовало две разновидности таких магнитофонов — S-DAT с последовательной многодорожечной записью неподвижной головкой, и R-DAT, имеющий систему записи, аналогичную используемой в видеотехнике — запись блоком головкок, размещёнными на вращающемся барабане (БВГ). Ввиду явных преимуществ по скорости доступа, ёмкости и пропускной способности, основной стала технология R-DAT.

DAT-магнитофонами ведётся запись на ленту оцифрованного аудиосигнала (как правило, от 1 моно до 8 каналов Surround) с различной частотой дискретизации (стандартом в настоящее время считается наличие частот 32, 44,1 и 48 кГц). На частоте дискретизации 48 кГц делаются студийные мастер-записи для подготовки Audio CD. Формат записи обычно машинно-специфичен и зависит от функционального потенциала устройства (некоторые модели имеют возможность автоматической разметки записей, быстрого поиска и несложного линейного монтажа на одной ленте).

Ввиду дороговизны аппаратного обеспечения и малой совместимости технологий записи DAT-магнитофоны применяются в основном при профессиональной студийной звукозаписи. Корпуса устройств часто имеют посадочные места для установки в стандартные студийные аппаратурные стойки. При этом топовые модели часто оснащаются дополнительными функциями (например, наложение при записи нестандартной временно́й разметки от внешнего генератора в модели TASCAM DA-60 Mark II). Кроме того, бытовая акустика обычно бывает не в состоянии обеспечить характеристики, необходимые для качественного воспроизведения сигнала с DAT-лент. При профессиональной записи (бутлеге) концертных программ используются также портативные модели DAT-магнитофонов (TASCAM DA-P1). Однако с появлением формата цифровой передачи данных S/PDIF, аппаратных интерфейсов Coaxial S/PDIF и TOS-link DAT-магнитофоны смогли занять свою (хотя и очень ограниченную) нишу на рынке бытовой звукозаписывающей аппаратуры.

19. Аналогово-цифровое преобразования сигнала. Принцип действия. Разрядность. Существует множество типов АЦП

• АЦП параллельного преобразования (прямого преобразования, flash ADC)

• АЦП последовательного приближения (SAR ADC)

• дельта-сигма АЦП (АЦП с балансировкой заряда)

Существуют также и другие типы АЦП, в том числе конвейерные и комбинированные типы, состоящие из нескольких АЦП с (в общем случае) различной архитектурой. Однако приведенные выше архитектуры АЦП являются наиболее показательными в силу того, что каждая архитектура занимает определенную нишу в общем диапазоне скорость-разрядность. Наибольшим быстродействием и самой низкой разрядностью обладают АЦП прямого (параллельного) преобразования. Например, АЦП параллельного преобразования TLC5540 фирмы Texas Instruments обладает быстродействием 40MSPS при разрядности всего 8 бит. АЦП данного типа могут иметь скорость преобразования до 1 GSPS. Здесь можно отметить, что еще большим быстродействием обладают конвейерные АЦП (pipelined ADC), однако они являются комбинацией нескольких АЦП с меньшим быстродействием и их рассмотрение выходит за рамки данной статьи. Среднюю нишу в ряду разрядность-скорость занимают АЦП последовательного приближения. Типичными значениями является разрядность 12-18 бит при частоте преобразования 100KSPS-1MSPS. Наибольшей точности достигают сигма-дельта АЦП, имеющие разрядность до 24 бит включительно и скорость от единиц SPS до единиц KSPS. Еще одним типом АЦП, который находил применение в недавнем прошлом, является интегрирующий АЦП. Интегрирующие АЦП в настоящее время практически полностью вытеснены другими типами АЦП, но могут встретиться в старых измерительных приборах. АЦП прямого преобразования АЦП прямого преобразования получили широкое распространение в 1960-1970 годах, и стали производиться в виде интегральных схем в 1980-х. Они часто используются в составе «конвейерных» АЦП (в данной статье не рассматриваются), и имеют разрядность 6-8 бит при скорости до 1 GSPS.

Принцип действия АЦП предельно прост: входной сигнал поступает одновременно на все «плюсовые» входы компараторов, а на «минусовые» подается ряд напряжений, получаемых из опорного путем деления резисторами R. Для схемы на рис. 1 этот ряд будет таким: (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) Uref, где Uref – опорное напряжение АЦП. Пусть на вход АЦП подается напряжение, равное 1/2 Uref. Тогда сработают первые 4 компаратора (если считать снизу), и на их выходах появятся логические единицы. Приоритетный шифратор (priority encoder) сформирует из «столбца» единиц двоичный код, который фиксируется выходным регистром. Теперь становятся понятны достоинства и недостатки такого преобразователя. Все компараторы работают параллельно, время задержки схемы равно времени задержки в одном компараторе плюс время задержки в шифраторе. Компаратор и шифратор можно сделать очень быстрыми, в итоге вся схема имеет очень высокое быстродействие. Но для получения N разрядов нужно 2^N компараторов (и сложность шифратора тоже растет как 2^N). Схема на рис. 1. содержит 8 компараторов и имеет 3 разряда, для получения 8 разрядов нужно уже 256 компараторов, для 10 разрядов – 1024 компаратора, для 24-битного АЦП их понадобилось бы свыше 16 млн. Однако таких высот техника еще не достигла.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC).

Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типыпреобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

Разрядность (битность) в информатике — количество разрядов (битов) электронного (в частности, периферийного) устройства или шины, одновременно обрабатываемых этим устройством или передаваемых этой шиной.

• разрядность процессора (разрядность его машинного слова)