3.1.3. Аналоговый способ записи-воспроизведения звука (на примере магнитной записи)

В природе звук имеет аналоговый характер. Звуковой сигнал периодически изменяется, причем эти изменения происходят непрерывно. Звуковой сигнал может быть преобразован в электрический сигнал звуковой частоты, например при помощи микрофона. Важно, чтобы частота и характер изменения электрического сигнала точно соответствовали частоте и характеру изменения звуковой волны, неся о ней полную информацию. Аппаратура, способная записать и воспроизвести непрерывную аналоговую информацию, называется аналоговой.

Принцип магнитной записи звука основан на свойстве ферромагнитных материалов намагничиваться пропорционально силе внешнего магнитного поля и сохранять это состояние после прекращения воздействия этого поля в течение длительного времени.

В настоящее время в качестве носителя аудио- и видеоинформации при магнитном способе записи применяют тонкую ленту, покрытую слоем ферромагнетика.

Для того чтобы упрощенно показать механизм магнитной записи необходимо представить, что рабочий слой магнитной ленты состоит из множества мельчайших магнитиков – доменов (рис. 142). В исходном состоянии эти магнитики ориентированы произвольно (рис. 142, а). Проходя мимо рабочего зазора записывающей головки, магнитики подвергаются воздействию переменного магнитного поля, которое ориентирует их в зависимости от своего направления (рис. 142, б). При этом толщина слоя ориентированных магнитиков пропорциональна величине магнитного поля.

Рис. 142. Упрощенный механизм магнитной записи: а) исходное состояние рабочего слоя (нет записи); б) изменение рабочего слоя в результате записи; 1 – основа пленки; 2 – рабочий слой пленки; 3 – элементарные магнитные частицы (домены); 4 – переменное магнитное поле

Аппарат, предназначенный для записи и воспроизведения звука на магнитном носителе, называется магнитофоном.

Важнейшими параметрами магнитофона являются номинальный диапазон частот, коэффициент нелинейных искажений и коэффициент детонации.

Динамический диапазон звуковоспроизводящей аппаратуры – разница между максимальным и минимальным уровнями передаваемого сигнала. Максимальный уровень обычно ограничивается нелинейными искажениями, которые при превышении определенного порога резко возрастают. Минимальный уровень сигнала ограничивается уровнем шума аппаратуры и носителя информации. При аналоговой записи звука динамический диапазон составляет около 60 дБ. При использовании современных систем шумопонижения динамический диапазон аналоговой магнитной записи звука возрастает до 70 дБ.

Магнитная запись звука обеспечивает высокое качество фонограммы. Сразу после записи звука фонограмма готова к воспроизведению. Запись на магнитной ленте можно стереть, а затем записать новую фонограмму. Качество фонограммы практически не зависит от количества воспроизведений. Перечисленные достоинства магнитной записи определили ее широкое распространение. К недостаткам магнитной записи относится возможность повреждения фонограммы в результате воздействия внешних магнитных полей.

Рассмотрим работу магнитофона по блок-схеме, приведенной на рисунке 143. Магнитная лента перемещается с постоянной скоростью относительно блока магнитных головок. Каждый участок магнитной ленты сначала проходит мимо стирающей головки. В обмотку стирающей головки подается электрический сигнал частотой 40–100 кГц от генератора высокой частоты (ГВЧ). В результате этого магнитная лента многократно перемагничивается, что и приводит к уничтожению старой записи. Далее магнитная лента проходит мимо записывающей головки. В качестве источника сигнала будем рассматривать микрофон. Микрофон преобразует акустические колебания звуковой частоты в колебания электрического тока. Электрический сигнал усиливается и подается в головку записи, в которой происходит преобразование колебаний электрического тока в переменное магнитное поле. Магнитное поле записывающей головки намагничивает магнитную ленту пропорционально величине входного электрического сигнала. Для снижения нелинейных искажений в аналоговых магнитофонах применяют запись с высокочастотным подмагничиванием (ВЧП). Генератор тока стирания во многих случаях является и источником тока ВЧП для головки записи.

Рис. 2. Блок-схема магнитофона для аналоговой записи-воспроизведения звука: ГС – головка стирания, ГЗ – головка записи, ГВ – головка воспроизведения (в двухголовочных магнитофонах используют универсальную магнитную головку (ГУ), выполняющую функции головок записи и воспроизведения), ГСП – генератор тока стирания и подмагничивания, УЗ – усилитель записи, УВ – усилитель воспроизведения, М – микрофон, Гр – громкоговоритель

Магнитная головка (рис. 144) представляет собой сердечник из ферромагнитного материала 1 с размещенной на нем обмоткой 3. Снаружи головка закрыта экранирующим материалом для защиты от внешних магнитных полей. Важную роль в работе магнитной головки играет немагнитный зазор 2. В записывающей головке магнитное поле в области немагнитного зазора намагничивает ленту. В воспроизводящей головке немагнитный зазор является зоной, где происходит воспроизведение сигнала, записанного на ленте. Качество работы магнитной головки определяется величиной зазора и его положением относительно магнитной ленты.

Рис. 3. Работа магнитной головки при записи (стирании) и воспроизведении: 1 – сердечник, 2 – рабочий зазор, 3 – катушки, 4 – силовые линии магнитного поля, 5 – рабочий слой ленты

Компакт-кассета (рис. 145) была разработана фирмой Philips в 1963 г. с первоначальной целью упростить обслуживание магнитофона, исключив операцию зарядки ленты в лентопротяжный тракт, и создать массовый переносной аппарат. В настоящее время кассетная запись стала не только самостоятельным, но и доминирующим направлением в технике магнитной записи звука. Применение компакт-кассет позволило существенно повысить оперативность и плотность записи на единицу массы и объема носителя.

Рис. 145. Магнитофонная кассета

На магнитной ленте находятся 4 дорожки записи, каждая шириной 0,6 мм. Две дорожки (1-я и 2-я) для работы в одном направлении и две дорожки (3-я и 4-я) – для работы в обратном направлении (рис. 146). При монофонической записи на дорожках 1, 2 и 3, 4 фонограммы идентичны.

Рис. 146. Расположение дорожек на ленте: а – при монофонической записи, б – при стереофонической записи (размеры в мм)

В аналоговой записи звука шум носителя магнитной записи проявляется как «шероховатость», шипение и потрескивание при воспроизведении звука и характеризуется шумом паузы и шумом намагниченного носителя. Для борьбы с этим явлением применяют различные системы шумопонижения, способствующие улучшению качества записи.