Расчет амплитудно-частотной характеристики тракта воспроизведения

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) есть зависимость амплитуды синусоидального сигнала от его частоты на выходе системы (или ее отдельного звена) при условии, что амплитуда сигнала на входе этой системы (или звена) неизменна во всем частотном диапазоне.

АЧХ выражается обычно в дБ и строится по оси ординат, где откладывается величина относительного изменения уровня выходного сигнала:

А = 20 lg. , (дБ) при U_вх. = const,

где U _f - величина сигнала на выходе на любой частоте,

U_o - величина сигнала на выходе на опорной частоте (обычно на частоте - 1000 Гц).

Амплитудно-частотная характеристика фотографической фонограммы складывается из амплитудно-частотных характеристик аппарата записи, кинокопировального аппарата и АЧХ негативной и позитивной кинопленок. Фонограмма, полученная традиционным классическим способом, имеет верхний предел частотного диапазона 7 9 кГц (при спаде -3 дБ).

Основные причины ограничения частотного диапазона - инерционность модуляторов света электромеханического типа, заплывание фонограммы в кинопленках, рассеяние света в звукоблоке копировального аппарата [2].

Для получения хорошей частотной характеристики фотографической фонограммы в настоящее время используют лазерные звукозаписывающие устройства на кристаллах, мелкозернистые кинопленки, кинокопировальные аппараты с хорошим контактом между кинопленками при печати [1]. Полученные таким способом фонограммы имеют расширенный частотный диапазон - до 16 кГц (Dolby SR).

Однако при воспроизведении фонограммы амплитудно-частотная характеристика ее может быть значительно ухудшена. Ограничение верхнего предела частотной характеристики возникает из-за конечной ширины читающего штриха, нарушения его фокусировки на эмульсионный слой кинопленки и из-за неправильного его расположения (наклон относительно записывающего штриха) [21.

Ширина читающего штриха звуковоспроизводящего устройства должна быть, с одной стороны, как можно меньше для уменьшения величины волновых (щелевых) потерь и тем самым расширения частотного диапазона; с другой стороны, должна быть как можно шире для увеличения светового потока и тем самым увеличения величины выходного сигнала. Из этих соображений ширина штриха выбивается

Для традиционно записанной фонограммы 35-мм кинопленки, частотный диапазон которой не превышает 10 кГц, ширина штриха стандартизована - 0,016 0,002 мм. Такая ширина читающего штриха не позволяет читать фонограммы с расширенным частотным диапазоном, для чтения которых ширина штриха должна быть соответственно уменьшена.

Волновые потери сигнала, обусловленные конечной шириной штриха, на любой частоте выражаются закономерностью:

К _f = 20 lg (дБ),

где в- ширина воспроизводящего штриха.

Длина волны записи зависит как от частоты записываемого сигнала f, так и от скорости движения носителя V:

.

Скорость движения 35-мм кинопленки – 456 мм/с; 16-мм кинопленки -183 мм/с.

Волновые потери сигнала, обусловленные расфокусировкой штриха, Kр _f, т.е. расширением конечной ширины штриха до в¹, рассчитываются по вышеприведенной формуле К _f (при ширине штриха в¹ = в + b, где b– степень расфокусировки).

Волновые потери сигнала, обусловленные наклоном (перекосом) воспроизводящего штриха по отношению к записывающему, определяются закономерностью

Однако вторым слагаемым, которое определяет щелевые потери, вызванные расширением проекции читающего штриха на фонограмму, можно пренебречь, и производить расчет частотных потерь по формуле

где  - длина воспроизводящего штриха,

- угол относительного наклона воспроизводящего и записывающего штрихов ( 2 - 360^о, = радиан).

Для оценки АЧХ важны не абсолютные значения уровней сигнала на разных частотах, а их соотношение относительно друг друга или по отношению к значению уровня одной, принятой за опорную, частоты (обычно это частота 1000 Гц). Относительные волновые потери (относительно частоты 1000 Гц), или, как их чаще называют, приведенные потери, рассчитываются

К _{f привед..}= К_f - К_{f = 1000 Гц} (дБ).

Таким образом, рассчитав на каждой частоте волновые потери в звукоблоке аппарата воспроизведения, вызванные конечной шириной штриха К_{f привед.} , а также волновые потери разъюстированного аппарата с учетом расфокусировки и наклона штриха, можно рассчитать суммарные волновые потери при воспроизведении фонограммы:

(дБ) = Кр _{f привед.} (дБ) + К н _{f привед.} (дБ).

Из сказанного можно сделать вывод о частотном диапазоне заданного звукоблока кинопроектора и о влиянии заданных степеней расфокусировки и наклона на передаваемый им частотный диапазон (верхняя частота диапазона определяется по спаду величины сигнала на -3 дБ). Нижняя граничная частота частотного диапазона ограничена частотой 40 – 60 Гц (низкие частоты плохо воспроизводит фотоэлемент).

Литература:

1. Бургов В.А. Теория фонограмм. – М.: Искусство, 1984.- 302 с.

2. Подгорная Е.А. Виды и основные характеристики фотографических фонограмм. Учебное пособие.- СПб: изд. СПбГУКиТ, 2004. - 39 с.

КУРСОВАЯ РАБОТА № 2

АНАЛИЗ КАНАЛА ЗАПИСИ - ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ МАГНИТНЫХ ФОНОГРАММ

Цель.Определение и оценка основных параметров магнитной фонограммы при заданных условиях звуковоспроизведения.

Задание на курсовую работу

1. Дать анализ построения воспроизводящих магнитных головок, используемых для цифровой звукозаписи: индукционных и магниторезистивных.

2. Проанализировать основные причины ограничения динамического диапазона передачи сигнала и возникновения частотных и нелинейных искажений в трактах записи – воспроизведения цифровой и аналоговой магнитных фонограмм.

3. Произвести расчет амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) воспроизведения магнитной фонограммы головкой индукционного типа.

4. Произвести расчет амплитудно-частотной характеристики усилителя воспроизведения, необходимой для коррекции волновых потерь в процессе воспроизведения.

5. Рассчитать диапазон регулирования амплитудно-частотной характеристики усилителя воспроизведения, необходимый для компенсации изменения величины волновых потерь из-за изменения заданного параметра в процессе эксплуатации.

6. Определить допустимый предел изменения заданного варьируемого параметра.

7. Привести график АЧХ воспроизведения магнитной фонограммы магниторезистивной головкой, толщиной 1 мкм (контактные и слойные потери остаются теми же).

8. Дать анализ качества магнитной фонограммы, воспроизводимой на магнитофоне с рассчитанными частотными характеристиками при использовании головок индукционного и магниторезистивного типов.

Общие указания

- все расчеты производить в дБ;

- все АЧХ на частоте 1000 Гц приводятся к 0 дБ;

- для расчета использовать стандартный ряд частот:

31,5 63 125 250 500 1 к 2к 4к 6,3к

8к 10к 12,5 16к 18к 20к 22 к и , Гц;

- построить все АЧХ на бланках.