Посвящение в радиоэлектронику
Шрифт:
Создать головку, хорошо работающую во всем широком диапазоне звуковых частот, — очень сложная задача. Да и требования к подвижной системе головки при воспроизведении различных частот будут совершенно разными. На низких частотах диффузор должен двигаться как поршень и иметь большую площадь и мягкую подвеску. На высоких частотах, как показали исследования, вся площадь диффузора не участвует в колебательном движении, а работает только его центральная часть. Ведь длина высокочастотной волны очень мала на частоте 12 кГц она не достигает и 3 см и поэтому просто не успевает пройти по всему радиусу диффузора.
Для улучшения воспроизведения верхних частот центральную часть диффузора делают жесткой, пропитывая ее лаком, или вклеивая дополнительный жесткий маленький диффузор, или,
Простейшая двухполосная акустическая система содержит две головки: одну для воспроизведения низких и средних частот, а другую — высоких. Низкочастотная головка имеет большой диффузор и мягкую подвеску, а высокочастотная — маленький жесткий купол вместо диффузора. Еще совершеннее трехполосные акустические системы, где отдельные громкоговорители воспроизводят низкие, средние и высокие звуковые частоты. Благодаря значительному снижению интермодуляционных искажений (ведь сигналы с разными частотами подаются на разные головки) звук их отличается особой чистотой и «прозрачностью».
Но многополосная система не оправдывает надежд, если электрический звуковой сигнал перед подачей его на головки не разделять фильтрами. Весь диапазон звуковых частот делят фильтрами на три частотных поддиапазона, например: 40…400 Гц (выделяется фильтром нижних частот), 400…5000 Гц (фильтром средних частот) и 5000… 20000 Гц (фильтром верхних частот). Фильтры содержат катушки индуктивности и конденсаторы, причем для уменьшения искажений в катушках даже избегают применять ферромагнитные магнитопроводы. Важен вопрос и согласования фильтров по их фазовым характеристикам. Ведь надо, чтобы сигналы подавались на головки в одной и той же фазе, иначе головки будут звучать «в разнобой», что опять-таки приведет к искажению звука.
Кажется, я достаточно напугал вас, читатель, сложностью проблем, стоящих перед создателями электроакустической аппаратуры. А может быть, вы сами займетесь ее конструированием? Я до сих пор не могу забыть впечатления, которое произвел на меня обычный четырехваттный динамик, когда я закрыл им отверстие старого полиэтиленового ведра, а внутрь ведра затолкал еще обрезки поролона и старую зимнюю шапку (для звукопоглощения). Смею вас заверить, этот динамик никогда раньше, ни в каком акустическом оформлении так хорошо не звучал. К сожалению, он не звучал так и потом, когда, окрыленный успехом, я изготовил вполне приличный ящик, который можно было поставить в комнате. Вмонтировал туда динамик, и. очень пожалел, что шапка и ведро были уже выброшены. Оставалось констатировать, что в электроакустике еще много неясных, а порой и вообще необъяснимых феноменов. А теперь…
Давайте попробуем, но как это сделать, если не предаваться безудержным фантазиям? Воспользуемся методом более или менее научного прогноза, прослеживая современные тенденции и экстраполируя их на будущее. Бытовая электроника непрерывно совершенствуется. Огромный прогресс заметен в области усилительной техники и акустических систем. Их качественные показатели неизмеримо выросли за последние двадцать-тридцать лет. Имеются сведения, например, о разработке усилителей с пиковой мощностью до 200…400 Вт и коэффициентом нелинейных искажений в тысячные доли процента. Многие удивляются: зачем нужна столь большая мощность, не озвучивать же такой мощностью жилую квартиру? В ней нельзя будет жить хозяевам, да и соседям придется трудно. Разумеется, в течение 99,9 % времени такая мощность не нужна. Но речевые, а в особенности музыкальные программы очень далеки от синусоидального колебания постоянной амплитуды. Они часто носят импульсный, пиковый
Предположим, что для воспроизведения самого тихого звука достаточна мощность 1 мВт, тогда для неискаженного воспроизведения самого громкого звука понадобится мощность не менее 10 кВт! Разумеется, так никто не делает, и полный динамический диапазон оркестра современные электроакустические системы нс воспроизводят. Таким образом, большая выходная мощность усилителей нужна для уменьшения искажений на пиках громкости. Но установка мощного усилителя оправдана лишь в том случае, если акустическая система способна без искажений отработать большую пиковую мощность.
Теперь допустим, что высококачественные мощные усилители и акустические системы скоро станут широко распространенными. Что же дальше? Тормозом для дальнейшего повышения качества звуковоспроизведения окажутся источники звуковых программ — те же самые проигрыватели и магнитофоны. Для их совершенствования предлагается много технических решений, но аппараты при этом становятся уж очень сложными и дорогими, да к тому же и недостаточно надежными в эксплуатации. Это общие недостатки аналоговой техники. Выход один — переходить к цифровой записи звука. Мы уже обсуждали преимущество передачи телефонного разговора в цифровой форме: уровень помех и искажений резко снижается, сигнал не ухудшается от многочисленных ретрансляций или перезаписей. То же относится и к цифровой звукозаписи, только объем обрабатываемой информации здесь получается гораздо больше.
Для передачи звуков с динамическим диапазоном 90 дБ каждый отсчет сигнала должен квантоваться не менее чем на 30000 уровней. Для передачи одного отсчета потребуется 15 бит информации (215 = 32 768). Отсчеты должны следовать с тактовой частотой, по крайней мере вдвое превышающей максимальную частоту звукового диапазона (вспомните теорему отсчетов). Подойдет значение 48 или 64 кГц. Тогда скорость поступления звуковой информации в цифре составит около 106 бит/с, или 1 Мбит/с. Полоса частот, занимаемая подобным цифровым сигналом, окажется шире 1 МГц. Для его записи понадобится уже не обычный, а видеомагнитофон. Ну не совсем видео, но по параметрам приближающийся к видеомагнитофону. Зато цифровая запись позволит получить звук, практически неотличимый от естественного.
Кроме магнитной существуют и уже разрабатываются другие способы цифровой записи звука. Очень интересны, например, диски, на которые лазерным лучом записана цифровая информация. Высокая когерентность лазерного излучения позволяет получать чрезвычайно высокую плотность записи. Одна сторона диска может «звучать» до полутора часов. Работы ведутся и в области лазерной видеозаписи. Вот какие источники программ мы увидим в недалеком будущем.
Цифровых дисков еще нет у слушателей, но на студиях звукозаписи цифровая техника уже широко используется. Записываемый сигнал в этом случае сразу преобразуют в цифровую форму и лишь затем обрабатывают и редактируют. Большинство искажений, создаваемых обычными аналоговыми звукорежиссерскими устройствами, при этом устраняется. Резцом звукозаписывающего рекордера управляет теперь не усилитель аналогового сигнала, а цифровое устройство. Делает оно это гораздо точнее; в результате качество обычной аналоговой записи на пластинках существенно повышается. И для передачи записываемой программы на другой завод грампластинок теперь можно не посылать диск-матрицу, а передать по сети связи «пакет» чисел в виде электрических импульсов, записанных на магнитной ленте или магнитном диске. Такой вид передачи очень близок к обмену информацией между компьютерами. Но компьютер сначала запоминает получаемую информацию, а уж затем ее обрабатывает. А нельзя ли с помощью компьютерных устройств памяти запоминать и звук, преобразованный в поток цифровых сигналов? Конечно, можно, и первые шаги в этом направлении уже сделаны.