Коррекция записи и воспроизведения звука

Если на магнитную ленту записать сигнал с одинаковой амплитудой, но меняющейся частотой, то при его воспроизведении в магнитной головке возникнет напряжение, амплитуда которого зависит от частоты записанного сигнала. Для идеальной головки, т. е. головки без потерь и с очень узкой щелью, с увеличением частоты воспроизводимого сигнала напряжение на выходе головки увеличивается на 6 дб (в 2 раза) через каждую октаву (октавой называется частотный интервал с граничными частотами, относящимися как 2:1).

На графике рис. 11 с логарифмической шкалой частот сигнала идеальной головке соответствует пунктирная кривая, проходящая через нулевое значение относительного изменения амплитуд сигнала при частоте 1 кгц, так как напряжения на выходе головки сравниваются с напряжением сигнала этой частоты. Относительное изменение амплитуд выражается в децибелах

где U₁ - напряжение сигнала частотой 1 кгц;

U - напряжение на выходе головки, измеренное при других частотах.

Рис. 11. Частотные характеристики магнитофона при скорости 19,05 см/сек, ленте типа 10 и ширине рабочей щели универсальной головки 3 мкм: 1 - характеристика некорректированного канала головки; 2 - суммарная характеристика каналов записи и воспроизведения; 3 - нормированная характеристика канала воспроизведения; 4 - характеристика канала записи; 5 - характеристика сквозного канала магнитофона

У реальной магнитной головки из-за потерь энергии в материале сердечника и влияния конечной ширины рабочей щели наблюдается падение выходного напряжения с увеличением частоты сигнала по отношению к идеальной головке. Это падение тем больше, чем меньше скорость ленты, чем шире рабочая щель и ниже чувствительность магнитного слоя ленты. Для скорости 19,05 см/сек при ширине щели 3 мкм и ленте типа 10 этому падению напряжения соответствует кривая 1 на рис. 11, которая является частотной характеристикой канала универсальной головки.

Ввиду неравномерности частотной характеристики канала в усилителе магнитофона необходимо осуществлять коррекцию частотных искажений специальными схемами как в канале записи, так и в канале воспроизведения. Получающаяся при этом частотная характеристика канала записи показывает изменение напряжения в магнитной головке от частоты сигнала при неизменном по амплитуде входном напряжении усилителя, а частотная характеристика канала воспроизведения представляет собой зависимость выходного напряжения усилителя от частоты сигнала при неизменном напряжении на магнитной головке. Для полной компенсации частотных искажений, вносимых головкой, характеристики каналов записи и воспроизведения в сумме должны быть обратны частотной характеристике канала универсальной головки. Такая суммарная частотная характеристика каналов записи и воспроизведения изображена на рис. 11 кривой 2. Распределение коррекции по каналам записи и воспроизведения можно сделать любым.

Однако чтобы качество воспроизведения одной и той же записи на различных магнитофонах было по возможности одинаковым, частотные характеристики усилителей воспроизведения однотипных магнитофонов строго нормированы. Так, для скорости ленты 19,05 см/сек характеристика усилителя воспроизведения должна совпадать с характеристикой полного сопротивления последовательно соединенных емкости С и сопротивления R с постоянной времени τ = CR = 70 мксек, причем это действительно для идеальной головки. Полное сопротивление цепочки из R и С определяется в зависимости от частоты f (гц) по формуле:

а характеристика его изменения - по формуле  

где Z₁ - сопротивление при частоте 1 кгц.

Так как реальная головка отличается от идеальной меньшим выходным напряжением на высоких частотах, то к расчетным величинам характеристики канала воспроизведения на этих частотах прибавляются корректирующие величины до 3-5 дб с целью подъема характеристики. Точное значение дополнительной коррекции можно определить по измерительной ленте (тестфильму) при настройке канала воспроизведения. Нормированная характеристика канала воспроизведения для рассматриваемого случая изображена на рис. 11 кривой 3.

Частотная характеристика канала записи, изображенная кривой 4, получается путем вычитания нормированной характеристики 3 канала воспроизведения из суммарной частотной характеристики 2 каналов записи и воспроизведения.

Суммарное действие некорректированной характеристики канала универсальной головки и суммарной характеристики каналов записи и воспроизведения отображается частотной характеристикой магнитофона, соответствующей кривой 5. Она определяет качество магнитофона и должна быть равномерной на возможно большем участке частотного диапазона.

Кроме получения равномерного усиления сигналов разных частот, такая частотная характеристика соответствует оптимальному соотношению сигнал/шум (с учетом субъективного воздействия этого фактора) и минимуму нелинейных искажений во всем записываемом диапазоне звуковых частот. Однако следует отметил, что в области частот 20-60 гц характеристика 5 имеет волнообразный характер, который связан не с цепями коррекции, а с профилем рабочей поверхности универсальной магнитной головки, не рассчитанным на большую скорость ленты. Устранить это явление в любительских условиях весьма сложно, так как для этого необходимо разобрать головку. Однако, как показали измерения частотных характеристик нескольких магнитофонов, указанная неравномерность частотной характеристики не превышает 3 дб.

Частотные характеристики магнитофона на скорости 9,53 см/сек приведены на рис. 12. Они отличаются от характеристик рис. 11 более узкой полосой и небольшим спадом в области частот 4-8 кгц.

Рис. 12. Частотные характеристики магнитофона при скорости 9,53 см/сек, ленте типа 10 и ширине рабочей щели универсальной головки 3 мкм: 1 - характеристика канала воспроизведения; 2 - характеристика канала записи; 3 - характеристика сквозного канала магнитофона

Частотная коррекция усилителя достигается за счет частотнозависимой отрицательной обратной связи, напряжение которой снимается с анода правой половины лампы Л2 и подается в цепь катода левой половины той же лампы (рис. 13). При воспроизведении повышение усиления напряжения сигнала примерно 6 дб на октаву по мере снижения частоты осуществляется параллельными цепочками R27, С24, R28, С25 на скорости 19,05 см/сёк или R29, С25, R30, С24 на скорости 9,53 см/сек. Полное сопротивление каждой цепочки в зависимости от частоты f определяется формулой:

где f_гp = 1/(6,3τ). Из приведенной зависимости видно, что сопротивление цепочек по мере снижения частоты увеличивается, а следовательно, снижается действие отрицательной обратной связи и повышается усиление. Для приведенных на схеме значений элементов цепочек получаются частотные характеристики канала воспроизведения, которые почти точно совпадают с определенной ранее нормированной характеристикой. Однако на верхних предельных частотах они проходят ниже нормированных.

Рис. 13. Принципиальная электрическая схема цепей коррекции (ЦК на рис. 10)

Подъем усиления на этих частотах осуществляется цепочками R25, С22 часть обмотки L1 на скорости 19,05 см/сек или R26, C23, L1 на скорости 9,53 см/сек. Конденсаторы и дроссель коррекции L1 образуют последовательные резонансные контуры. Первый контур, состоящий из конденсатора С22 и части обмотки дросселя L1, настроен на верхнюю предельную частоту 20 кгц для скорости 19,05 см/сек, а второй, состоящий из конденсатора С23 и всей обмотки дросселя L1, - на верхнюю предельную частоту 16 кгц для скорости 9,53 см/сек. Полное сопротивление контуров на этих частотах минимальное, и они отводят на корпус сигналы этих частот из сигнала отрицательной связи, увеличивая их усиление. Величина резисторов R25, R26 определяет степень подъема частот. Чем меньше их сопротивление, тем больше будет подъем верхних предельных частот.

В режиме записи частотная коррекция усилителя осуществляется цепочкой С26, R32, С27, R31 и рассмотренными ранее последовательными резонансными контурами. Сигнал отрицательной обратной связи подается с анода лампы Л2 через разделительный конденсатор С26 на Т-образный заградительный фильтр R31, С27, R32, который настроен на низшую частоту. Этот фильтр создает небольшой подъем низших частот. Совместное его действие с резонансными контурами обеспечивает получение необходимой частотной характеристики канала записи (кривая 4, см. рис. 11), дополняющей нормированную характеристику 3 до суммарной характеристики 2.

Дроссель L1 собран на сердечнике М 1000 НМ К10×6×4,5 (ферритовое кольцо). Его катушка имеет две обмотки по 330 витков провода ПЭВ1-0,1. Характеристики дросселя соответствуют характеристикам корректирующего дросселя магнитофона "Астра-4".

При переключении скорости цепи коррекции переключаются отдельным двухполюсным переключателем В7 типа "Тумблер". Это вносит некоторое неудобство при работе с магнитофоном, однако такая схема проще в изготовлении и, кроме того, расширяет возможности магнитофона. Последнее подтверждается тем, что для получения качественной записи на ленте типа 1 необходимо установить скорость 19,05 см/сек, а коррекцию сделать соответствующей скорости 9,53 см/сек.