 |
Разновидности звукоснимателей
|
|
|
|
Грамзапись
С прекращением выпуска в СНГ грампластинок интерес к проигрывателям грампластинок резко упал. Однако не следует забывать то, что у многих меломанов сохранились большие коллекции ценных записей в хорошем состоянии, что винил может выдать частоты вплоть до 25...28 кГц, в то время как для CD предел — 20 кГц, причем, начиная с частот 8...9 кГц, — со статически недостоверными фазой и амплитудой. Кроме того, отдельные схемы усилителей-корректоров могут представлять интерес для конструкторов как схемотехнические решения.
На смену грампластинкам пришли компакт-диски. Однако цифровая запись при частоте дискретизации 44 кГц в чем-то превосходит (например, отношение сигнал/шум), но во многом уступает аналоговой (например, диапазон частот; коэффициент гармонических искажений на частотах выше 1 кГц), т.к. при разработке первого цифрового формата не было учтено, что теорема Котельникова-Шеннона справедлива только для стационарного сигнала.
Примечание.
Спектр частот квадрофонических пластинок достигает 45 кГц Для записи такого спектра рекордерами, предназначенными для записи с полосой частот до 20 кГц, прибегали к искусственному приему воспроизведение мастер-ленты с магнитофона и запись лакового диска вели с уменьшенной более чем в 2 раза скоростью
В режиме записи с постоянной амплитудой колебательной скорости амплитуды смещения убывают с ростом частоты, а если учесть, что на верхних частотах энергия высокочастотных составляющих акустических сигналов значительно меньше, то такая запись будет иметь низкое отношение сигнал/шум (С/Ш). Причем на монофонических записях, где запись сделана только в горизонтальной плоскости, снижение отношения С/Ш менее заметно. Хуже обстоит дело со стереофоническими записями, где управляющие резцом магниты повернуты на 45° (а друг по отношению к другу — на 90°).
|
|
|
Режим постоянства амплитуд смещения увеличивает отношение сигнал/шум более чем на 10 дБ. Однако такая запись, с одной стороны, приводит к режиму неогибания на высоких частотах, а с другой — подвержена повышенному износу. Поэтому унифицированная амплитудно-частотная характеристика в соответствии с рекомендациями МЭК занимает промежуточное положение между указанными режимами. Для обеспечения возможно большей плотности записи и отношения С/Ш амплитуды сигналов при записи грампластинок подвергаются частотнозависимой предкоррекции в соответствии с международными нормами (RIAA).
Разновидности звукоснимателей
Для преобразования механических колебаний иглы проигрывателя грампластинок в электрические сигналы служат звукосниматели, которые подразделяются на: магнитные, пьезоэлектрические, оптические и полупроводниковые.
Электромеханические преобразователи индуктивного типа (электромагнитный и электродинамический звукосниматели) вырабатывают ЭДС пропорциональную колебательной скорости. ЭДС преобразователей емкостного типа (конденсаторных и пьезоэлектрических звукоснимателей) пропорциональна смещению иглы (относительной амплитуде сигнала а), кривая I на рис. 3.1.
На первых порах преимущественно использовались пьезоэлектрические звукосниматели. Для восстановления исходного сигнала частотная характеристика усилителя-корректора должна быть корректирована по обратно-зеркальному закону предкоррекции (кривая II). Однако с целью удешевления в большинстве случаев этой коррекцией пренебрегали. Впоследствии такие звукосниматели, как наиболее простые, остались только в самых дешевых проигрывателях.
Наибольшее распространение получили магнитные звукосниматели с подвижным магнитом («Moving Magnet», MM) и подвижной катушкой («Moving Coil», MC), выходной сигнал которых пропорционален относительной колебательной скорости грамзаписи s (рис. 3.2). Относительная колебательная скорость s и относительная амплитуда сигнала а связаны между собой зависимостью:
|
|
|
Для восстановления исходного сигнала частотная характеристика усилителя-корректора должна быть корректирована по обратно-зеркальному закону (кривая I на рис. 3.2).
Так как каждому перегибу АЧХ корректора записи по часовой стрелке (сдвиг фазы на -90°) соответствует перегиб АЧХ корректора воспроизведения против часовой стрелки (сдвиг фазы на +90°), и наоборот, система записи и воспроизведения грампластинок полностью обратима (чего не скажешь о системе магнитной записи) и не вносит фазовых искажений, за исключением незначительных искажений, вызванных различиями формы режущей кромки рекордера и игл звукоснимателей. Дополнительные фазовые искажения могут иметь место и на внутренних дорожках грампластинки из-за несовершенства конструкции тонарма.
Бытует мнение, что звукосниматели с подвижной катушкой дают более жесткое звучание за счет выбросов на фронтах сигналов, обусловленных моментом инерции катушек, а звукосниматели с подвижным магнитом обеспечивают более гладкие переходные характеристики и лучшее качество звучания за счет лучшей разрешающей способности и большей податливости подвижной системы.
Ниже приведены технические характеристики МС-головки FROG датской фирмы «van den Hul».
Диапазон воспроизводимых частот, Гц, не уже..............5...55000
Прижимная сила, r...................................................... 1,35..1,60
Выходное напряжение (1 кГц, 5,7 см/с), мкВ, не менее.............. 650
Разделение каналов, дБ, не менее:
на частоте 1 кГц.....................................................................35
на частоте 10 кГц...................................................................30
Разбаланс каналов, дБ, не более..................................................0,3
Индуктивность катушки, мГн....................................................0,063
Рекомендуемое сопротивление нагрузки, Ом· типовое 500 (не менее 200)
Цена такой головки в 1997 году составляла величину порядка $2500. В настоящее время в Москве фирма NEXT-HIFI <www.next-hifi.ru> предлагает такую головку «всего» за $1520.
|
|
|
Усилители-корректоры
Нелинейные искажения современных предусилителей-корректоров составляют 0,002...0,003% на частоте 1 кГц при выходном напряжении 1 В. Запас по перегрузочной способности на частоте 1 кГц относительно уровня 3 мВ достигает 35...40 дБ. Точность воспроизведения АЧХ ± 0,2...0,5 дБ. Коэффициент усиления на частоте 1 кГц в пределах 34...40 дБ. Отношение С/Ш на частоте 1 кГц составляет 78дБ для УК для звукоснимателя с подвижным магнитом (относительно уровня 2 мВ) и 71 дБ для УК для звукоснимателя с подвижной катушкой (относительно уровня 0,2 мВ). Номинальное входное напряжение на частоте 1 кГц составляет 5 мВ для УК для звукоснимателя с подвижным магнитом и 0,2...0,5 мВ для УК для звукоснимателя с подвижной катушкой. Ход АЧХ однозначно задается частотами перехода в соответствии с RIAA:
f 1 = 2122 Гц (τ1 = 75 мкс), f 2 = 500 Гц (τ2 = 318 мкс), f 3 = 50 Гц (τ3 = 3180 мкс),
f 4 = 20 Гц (τ4 = 7950 мкс).
f4 — нижняя граничная частота. τ4 — постоянная времени дополнительного фильтра ВЧ для подавления НЧ-помех, наибольшие уровни которых приходятся на область частот от 3 до 15 Гц. Это в первую очередь шумы приводного механизма (рокот, гул), а также инфранизкие шумы самой пластинки (например, покоробленной).
Магнитный звукосниматель
Для исключения дополнительных частотных искажений входное сопротивление и входная емкость УК должны иметь вполне определенные для каждого типа головок значения (приводятся в паспорте головок). Как правило, входное сопротивление RL находится в пределах 20...100 кОм (стандартное значение 47 кОм ±20%), а входная емкость СBX — в пределах 47...470 пФ.
Электрическая часть звукоснимателя включает сопротивление катушки RS ее индуктивность L, входное сопротивление усилителя RL, емкость кабеля и входную емкость усилителя СBX. Индуктивности наиболее часто встречаемых головок звукоснимателей приведены в табл. 3.1.
Индуктивность головки и входное сопротивление усилителя образуют фильтр нижних частот с частотой среза:
где τBX с учетом разброса L от 0,2 до 1,5 Гн и RBX = 47 кОм равно:
|
|
|
что соответствует частоте среза от 21,2 до 5,8 кГц.
Кроме того, индуктивность головки и входная емкость усилителя (с учетом динамической емкости усилителя и емкости соединительного кабеля) образуют параллельный контур с частотой f0:
Этот контур часто используют для коррекции АЧХ в области ВЧ. Для обеспечения минимальной неравномерности АЧХ воспроизведения резонансная частота контура должна быть выше 20 кГц, а его добротность Q не выше 0,71. Следует иметь в виду, что коррекция с помощью такого контура ухудшает переходную характеристику УК в области ВЧ, что приводит к «затягиванию» фронтов сигналов с ярко выраженной «атакой». Наилучшим образом этому требованию удовлетворяют звукосниматели с подвижной катушкой, индуктивность которой всего несколько мкГн. Звукосниматели с подвижным магнитом имеют индуктивность L порядка 0,15...1,5 Г, сопротивление проводов катушки Rs около 1 кОм.
Большой разброс индуктивностей у головок разных типов приводит к тому, что при смене головки необходимо заново настраивать и контур. АЧХ для таких корректоров в соответствии с RIAA приведена в табл. 3.2.
Существуют следующие корректоры АЧХ:
♦ инвертирующий;
♦ неинвертирующий (прецизионный);
♦ активно-пассивные корректоры;
♦ комбинированные.
Инвертирующим усилителям свойственны такие недостатки, как влияние импеданса звукоснимателей на частотную характеристику воспроизведения (особенно на верхних частотах), а также относительно низкое отношение С/Ш (примерно на 15 дБ хуже, чем у инвертирующих УК) из-за высокого импеданса звукоснимателя, включенного последовательно с входным резистором УК (47 кОм), определяющим его входное сопротивление. Из-за этих недостатков они не нашли практического применения.
Наибольшее распространение получили неинвертирующие корректоры, как имеющие низкий уровень шума и повышенный динамический диапазон сигнала на верхних частотах. Наличие развязки между входом и корректирующей цепью благоприятно сказывается на точности АЧХ. Такие корректоры относят к прецизионным. Для УК с коэффициентом усиления 40 дБ на частоте 1 кГц коэффициент усиления используемого усилителя должен быть не менее 80 дБ (для обеспечения глубины OOC на низших частотах не менее 20 дБ с учетом требуемого их подъема на 20 дБ). Большинство стандартных операционных усилителей (ОУ) общего применения имеют завал АЧХ с наклоном 20 дБ/дек. При частоте единичного усиления около 1 МГц (типовое значение) усиление на частоте 1 кГц составляет 60 дБ, а на частоте 10 кГц всего 40 дБ, а на частоте 20 кГц — всего 34 дБ. Поэтому в более дорогих проигрывателях УК выполнены преимущественно на дискретных элементах.
|
|
|
Активно-пассивные и комбинированные корректоры, как правило, сложнее неинвертирующих корректоров, т.к. требуют дополнительного буферного усилителя для согласования цепей коррекции с нагрузкой, что вносит дополнительные шумы в тракт усиления сигнала. Компромиссным вариантом является совмещение функции буферного усилителя с инвертирующим фильтром НЧ с частотой среза f2 = 2122 Гц (τ2 = 75 мкс).
|
|
|
