Посвящение в радиоэлектронику
Шрифт:
Создателем первых действующих аппаратов для записи и воспроизведения звука был Т. Эдисон. Упорство и работоспособность этого человека поистине замечательны. Он проводил тысячи опытов, изменяя состав покрытия валика, подбирая мембраны, рупора, механизмы вращения валика. Эдисон сконструировал прибор, названный им фонографом, а в 1878 году образовал даже компанию по их выпуску. В первых фонографах запись производилась на оловянной фольге, покрывающей поверхность цилиндра-валика, приводимого в движение рукояткой. Игла, связанная с мембраной, перемещалась вдоль валика, оставляя винтовой след. Недостатков было много: нестабильность скорости вращения валика приводила к искажению звука, запись на оловянной фольге быстро портилась при повторных воспроизведениях. Тем не менее успех фонографа был огромным. На Всемирной выставке в Париже в 1889 году перед павильоном с фонографом Эдисона выстраивались длинные очереди. Желающие могли прослушать запись через присоединенные к аппарату длинные каучуковые трубки,
Первая патентная заявка на «граммофон с плоскими пластинками» была подана Э. Берлингуэром молодым изобретателем, работавшим в области телефонии. Запись звука в его приборе велась на горизонтально расположенном диске, покрытом сажей. Колебания иглы совершались не вверх и вниз, как в фонографе, а в поперечном направлении. Извилистый звуковой след на диске закреплялся лаком, после чего можно было изготовлять копии грампластинки.
Дальнейшая работа велась в направлении совершенствования технологии производства пластинок и подбора наилучшего состава смеси, из которой они штамповались. К 1893 году было налажено производство граммофонов и пластинок вновь организованной американской компанией, впоследствии Victor Со.
Система граммофонной записи относится к чисто механическим видам звукозаписи. У нее много недостатков. В студиях оркестры, исполнители и дикторы помещались в узких помещениях, напоминающих формой рупор. Исполнение должно было быть достаточно громким — все это делалось для того, чтобы сконцентрировать звук в направлении мембраны рекордера. Граммофоны снабжались большой трубой-рупором, чтобы усилить звучание. Разработанный впоследствии и широко распространенный патефон также оснащался рупором, только этот рупор был компактно спрятан внутри патефонного ящика. Для получения достаточной громкости звука звуковая дорожка на пластинке должна была обеспечивать значительную амплитуду колебаний иглы. А это препятствовало «сжатию» записи, и длительность звучания даже «пластинок-гигантов» диаметром 30 см не превосходила четырех минут. В этих условиях улучшить качество звукозаписи было очень трудно.
На помощь пришла электроника. Сначала появились электрические устройства для записи — рекордеры. Собственно, первый электрический рекордер изобрел еще Т. Эдисон, назвав его телефонографом. В этом устройстве мембрана фонографа приводилась в колебательное движение не звуковыми волнами, а электромагнитом, присоединенным к телефонной линии. Так впервые была осуществлена запись телефонного разговора. В начале века в студиях грамзаписи стали применять микрофоны. Звуковые колебания после усиления подводились к рекордеру — устройству, преобразующему электрические колебания в колебания алмазного резца, «вырезающего» извилистую звуковую дорожку на граммофонном диске. Если диск был целлулоидным, то его можно было проигрывать на обычном патефоне сразу после записи. Подобным образом изготавливают «говорящие письма».
В студиях электрический рекордер позволял получать хорошие записи на восковом диске, с которого потом изготавливалась (отливалась) матрица и печатались настоящие пластинки из шеллачной или винилитовой массы.
Рекордер.
Следующим шагом в механической звукозаписи был отказ от граммофонов и патефонов и переход к электрическому воспроизведению. Появился адаптер устройство для преобразования колебаний иглы в электрический сигнал. Этот сигнал можно было усилить до любого необходимого уровня и подвести к громкоговорителю. При электрической грамзаписи не нужна большая амплитуда колебаний звуковой дорожки на пластинке, и плотность записи удалось значительно повысить. Появились долгоиграющие пластинки с микроскопической канавкой и большим временем звучания. Заметно возросло и качество звукозаписи. Давайте не будем подробно рассматривать технологию производства долгоиграющих пластинок. В принципе она осталась той же, что и для обычных пластинок. Рассмотрим аппараты для воспроизведения записи — проигрыватели — и обсудим проблемы, связанные с повышением качества звуковоспроизведения.
Прежде всего пластинку нужно привести во вращательное движение. Тут не обойтись без электрического двигателя. Согласитесь, что несерьезно в наш электронный век заниматься пружинными приводами с заводной ручкой, как у патефона! В относительно дешевых, массовых проигрывателях используют двигатели переменного тока, питаемые непосредственно от сети. К тонкому валу двигателя прижимается обрезиненный ролик, касающийся также и внутренней поверхности диска, на который кладется пластинка.
Диаметры
Станок для электрической записи грампластинок:
1 — планшайба; 2 — диск; 3,4 — зубчатая передача; 5 — ходовой винт; 6 — рекордер; 7 — резец
Диск проигрывателя в любом случае стараются делать потяжелее, чтобы своей инерцией он сглаживал рывки и детонации привода. Здесь важна не сама по себе масса диска, а его момент инерции. Больший момент инерции получается у дисков большого диаметра с массивным ободом. Подшипники диска выполняют с особой тщательностью, а сам диск подгоняют до точного совпадения его центра инерции с осью вращения, чтобы устранить возможные биения диска при вращении. Если не требовать быстрого раскручивания и быстрой остановки диска (а это обычно не нужно), то привод диска может быть совсем маломощным ведь остается преодолеть лишь малую силу трения в подшипниках. В дорогих моделях проигрывателей отказались от двигателя переменного тока и стали применять микродвигатели, питаемые от стабилизированного источника постоянного напряжения, тем самым снижали шум и вибрации.
Наиболее совершенным считают привод от двигателя, выполненного как одно целое с диском. Обмотки этого многополюсного двигателя питают пульсирующим током от специального транзисторного генератора, а управляет генератором фотоэлектрический датчик скорости вращения, закрепленный у обода того же диска. Вся система позволяет поддерживать очень высокую стабильность скорости вращения диска.
Другой очень ответственный узел проигрывателя — звукосниматель с держателем или, как его называют, тонармом. Самый простой звукосниматель — пьезоэлектрический. Игла, бегущая по звуковой дорожке, скреплена с небольшой прямоугольной пластинкой из пьезокерамики. Вибрации иглы передаются пластинке, и на ее поверхности возникает переменный потенциал звуковой частоты. Через специальные выводы он подводится к усилителю. Пьезоэлектрический звукосниматель очень высокого качества трудно изготовить по многим причинам. Пьезоэлемент жесткий, поэтому игла оказывает повышенное давление на стенки извилистой звуковой дорожки на пластинке. У пьезоэлемента много побочных механических резонансов, и поэтому трудно получить равномерную частотную характеристику звукоснимателя. По этим причинам пьезоэлектрические звукосниматели используют лишь в дешевых моделях проигрывателей.
В электромагнитной головке звукоснимателя с иглой скреплен крошечный магнит, около которого находится катушка с большим числом витков очень тонкого провода. Вибрация магнита изменяет магнитный поток, пронизывающий витки катушки, и наводит на них ЭДС индукции, изменяющуюся в такт с колебаниями иглы. Иногда магнит делают неподвижным, а с иглой скрепляют миниатюрную катушку. Чем легче подвижная система звукоснимателя и чем выше ее гибкость, тем точнее игла отслеживает извилины звуковой дорожки. При этом повышается качество звуковоспроизведения и уменьшается износ пластинки. Другой фактор, влияющий на износ пластинок, — прижимная сила на кончике иглы, проще говоря, сила, с которой игла давит на пластинку.
У первых патефонов и граммофонов эта сила составляла многие десятки и даже сотни грамм (физики знают, что силу надо измерять в ньютонах, но для всех эта единица уж очень непривычна). Один грамм силы — внесистемная единица — составляет 9,8 миллиньютон, в которых справочники и дают прижимную силу звукоснимателей.
Головка граммофона:
1 — игла; 2 — мембрана; 3 — рупор