Техники воспроизведения грамзаписи

Современная механическая запись звука позволяет относительно простыми техническими средствами получать более качественное воспроизведение звука, чем на бытовых магнитофонах. Хотя в длительности звучания долгоиграющая пластинка пока еще и уступает магнитофонной ленте, но этот разрыв не увеличивается. Уже осуществлена запись на пластинку телевизионного сигнала, а с появлением многоканальной стереофонии стала возможной запись четырехканальной информации на одну канавку, что равносильно четырем дорожкам на магнитной ленте. Новые проигрыватели позволяют использовать одну и ту же пластинку несколько сот раз без заметного ухудшения качества ее звучания.

В качестве примера рассмотрим проигрыватель с ручным управлением. Он состоит из трех основных узлов: звукоснимающей головки, механической части (мотор, привод диска с переключателем скоростей и система амортизирующей подвески) и тонарма (с устройствами микролифта, автостопа и компенсации так называемой центростремительной силы).

Проигрывающее устройство может быть составлено из отдельно приобретенных элементов, но это не означает их полную независимость. Применение С амой лучшей головки не позволит реализовать ее потенциальных возможностей при плохом тонарме, а при высоком качестве этих двух узлов проигрыватель в целом может оказаться неудачным из-за посредственного механического привода, например, от его вибрации или нестабильности скорости вращения.

Как для отдельных элементов всего комплекса (проигрыватель, усилитель, акустическая система), так и для отдельных узлов каждого элемента остается верным правило: качество комплекса в целом определяется качеством самого слабого его звена. Учитывая эти соображения, обратим внимание на звукоснимающую головку. Именно от ее качества зависит в основном полоса воспроизводимых частот, коэффициент нелинейных искажений и другие параметры электропроигрывающего устройства, а конструктивные решения тонарма и механической части в определенной мере диктуются ее свойствами.

Рис.1 Канавки стереозаписи на грани скола грампластинки: а — увеличение в 250 раз; б — увеличение в 500 раз.

Рекордер при стереозаписи прорезает канавки, форма которых изображена на рис. 1. Видны канавки стереофонической пластинки, со стороны скола (нижняя, темная часть изображения). Рекордер при записи смещается по радиусу пластинки, а резец наклонен под углом 15° к плоскости диска. Рельеф каждого склона канавки несет соответствующую данному каналу информацию. Игла изготавливается обычно из алмаза и имеет правильную форму конуса, заканчивающегося полусферой (рис. 2).

Рис. 2. Алмазная игла, с радиусом закругления 15 мкм от магнитной головки; а — увеличено в 80 раз, видна часть иглодержателя; б — увеличено в 200 раз; в — увеличено в 830 раз.

Ее радиус у иглы для воспроизведения монофонической долгоиграющей пластинки — 18—26 мкм, для стереофонической — 13—18 мкм (диаметр тонкого волоса около 60 мкм). Для особо высококачественного проигрывания Стереофонических пластинок иногда используют иглы с закруглением эллиптической формы (большая ось эллипса иглы ориентирована поперек канавки), они позволяют лучше воспроизвести высшие частоты. При воспроизведении иглодержатель, а также другие детали подвижной части головки совершают перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На рис. 3, а показано положение иглы в канавке, а на рис. 3, б угол ее наклона. Нормально игла опирается на склоны канавки, не касаясь ее дна. Отсюда следует, что, во-первых, давление на материал пластинки определяется площадью контактов иглы со склонами и углом их наклона, а во-вторых, изнашиваясь, игла становится острее. При полном износе игла касается дна канавки и воспроизводит смешанный сигнал, содержащийся в рельефе линии взаимного пересечения склонов канавки. Применение алмазов в качестве материала для иглы дает возможность довести срок ее нормальной работы до 800—1000 часов против 150— 200 часов для корунда или сапфира.

Из-за зазора между кончиком иглы и дном канавки последняя не очищается полностью от пылинок во время проигрывания и оставшиеся на дне частицы загрязнений вызывают потрескивания. Вот почему рекомендуется чистить пластинку бархатной щеточкой.

Рис. 3. Положение иглы в канавке; а — поперечное сечение: б — вид в плоскости, перпендикулярной радиусу пластинки.

Поверхности в точках Соприкосновения иглы и канавки весьма малы и поэтому давление в этих точках относительно велико. Установлено, например, что коническая игла с полусферой радиусом 17 мкм и силой, действующей в вертикальном направлении на иглу (в рабочем состоянии) 2 г, создает давление до 3400 кг/см ². Благодаря замечательным свойствам материала пластинки она способна выдержать без остаточной деформации подобное и даже большее давление, если к тому же оно действует сравнительно короткое время, что имеет место при проигрывании. Однако материал пластинки имеет в некотором роде своеобразный порог давления, по превышении которого происходит уже необратимое разрушение склонов канавки, - Изучение износа пластинок при различных давлениях иглы с помощью растрового электронного микроскопа показало, что для иглы со сферическим закруглением радиусом 17,5 мкм и с силой давления 1,5 г износ пластинки за 50 проигрываний был менее заметен, чем за один проход той же иглой, но с силой давления в 5 г. Таким образом, для уменьшения износа пластинок нагрузку на иглу желательно снизить до 1,5—2 г.

Рис. 4. Упрощенная схема механизма магнитной стереофонической головки. 1 — игла; 2 — иглодержатель; 3 — подвижный магнит; 4 — пермаллоевый экран — корпус; 5 — выводы; 6 — магнитопроводы с обмотками; 7 — эластичный хомутик. Стрелки показывают направления перемещений конца иглы при проигрывании стереопластинки.

Добавление к тонарму компенсирующего противовеса или пружины не решает эту проблему без применения дополнительных приспособлений. В самом деле, если с помощью противовеса уменьшить силу давления обычной головки (она имеет относительно жесткую фиксацию иглодержателя) на пластинку, то вертикальная составляющая силы перемещения иглы может привести к ее выталкиванию на соседние канавки, особенно на участках с большой амплитудой записанного сигнала. Этот эффект усугубляется трением, всегда существующим в вертикальной оси вращения тонарма. Иглодержатель должен быть закреплен в головке эластично и иметь достаточную податливость (горизонтальную и вертикальную), чтобы при слабых нагрузках игла могла обегать канавку без передачи толчков от рельефа ее склонов на тонарм.

Один из важных параметров, характеризующих качество закрепления подвижной головки, носит название гибкость. Гибкость измеряется в см /дн или мм/N и характеризует реакцию, вызываемую отклонением иглы. Для головок класса Hi-Fi гибкость (горизонтальная и вертикальная) обычно превышает 10 мм/N или 10^-5 см/дн, то есть для отклонения иглы на 300 мкм (максимальная амплитуда записи пластинок) на нее должна подействовать сила примерно в 0,3 г.

На практике часто оценивают гибкость головки по ее способности считывать без искажений максимально возможные амплитуды записей тест-пластинки. Хорошая головка способна воспроизвести сигнал с амплитудой записи в 50—70 мкм, при некоторой силе давления иглы. С повышением этой силы игла более уверенно обегает неровности канавки, однако возрастает и износ звуконосителя, а при значительных силах давления, приближающихся к 10 г, головке практически уже нет необходимости иметь высокую гибкость. Таким образом, этот параметр очень важен при сравнении различных конструкций головок.

В настоящее время в стереоаппаратуре класса Hi-Fi применяют четыре основных типа звукоснимающих головок: пьезоэлектрические или керамические; динамические; магнитные; полупроводниковые. Первый тип головок, несмотря на свою простоту и достоинства, фактически вытеснен из высококачественной аппаратуры и находит применение лишь в дешевых электрофонах массового, выпуска. Основной недостаток пьезоголовок — жесткость подвески иглодержателя (плохая гибкость), связан с необходимостью деформировать твердый пьезоэлемент для получения сигнала. Отдельные образцы могут иметь относительно высокие параметры, но при этом чувствительность их меньше, чем у обычных пьезоголовок.

Датчиком в динамических звуко-снимающих головках служит катушка, передвигаемая иглодержателем в магнитном поле (как у динамического микрофона). Эти головки отличаются очень хорошими частотными характеристиками и имеют высокую гибкость, но обладают крайне низкой чувствительностью (напряжение выходного сигнала — порядка микровольт), они применяются главным образом в профессиональной аппаратуре.

В полупроводниковых головках в качестве датчика используют кристалл кремния, через который пропускается ток от внешнего источника. Движение иглы в канавке приводит

к механическому воздействию на кристалл, и он изменяет при этом свое сопротивление, а следовательно проходящий через него ток. Головки такого типа воспроизводят широкую полосу частот: от 0 до нескольких десятков и даже сотен килогерц, а чувствительность их около 10 мв сек/см.

Наибольшее распространение получили магнитные головки, несмотря на то, что они требуют специальной частотной коррекции усилительного тракта, обладают относительно небольшой чувствительностью (порядка 1 мв сек/см ) и подвержены влиянию внешних переменных магнитных полей. Принцип действия магнитной головки можно понять из рис. 4. Подвижная часть состоит из магнита, иглы и соединяющего их иглодержателя. Она заменяется полностью в случае износа иглы. Гибкость такой системы может быть высокой, так как иглодержатель не связан механически жестко с неподвижной частью головки. Гибкость фиксирующего магнит-хомутика может быть в принципе выбрана произвольно. Тем не менее, при конструировании магнитной головки требуется согласовать несколько противоречивых требований. Желание добиться большей гибкости заставляет стремиться по возможности мягче закрепить иглодержатель с магнитом. Собственная резонансная частота подвижной части при этом уменьшается. Однако эту частоту целесообразно повысить и сделать более 20 кгц. Уменьшив массу подвижной системы, главным образом магнита (масса подвижных магнитов из феррита доводится до 0,5 г), последнее требование можно выполнить, но это снижает напряжение выходного сигнала. Его повышают, применяя обмотки с большим числом витков очень тонкого провода, так как обмотка должна быть легкой.

Амплитуда колебаний резца рекордера падает с ростом записываемой частоты. При воспроизведении магнитной головкой наблюдается обратный эффект. Естественность звукопередачи в широком диапазоне частот достигают введением частотной коррекции в усилители записи и воспроизведения.

На рис. 5 показана форма частотной характеристики усилительного тракта записи (штриховая линия) и воспроизведения (сплошная линия), принятая во многих странах. Частотная характеристика сквозного канала при применении в бытовых проигрывателях магнитных головок в полосе 20—20000 гц имеет неравномерность +3 дб. При этом достигается разделение по каналам не менее 20 дб.