Беседа двадцать вторая

Беседа двадцать вторая

Современные радиоприемники часто компонуются с устройствами для проигрывания грампластинок (радиолы), также для записи и воспроизведения звука на магнитной ленте (магнитолы).

КОНСЕРВИРОВАННЫЕ ЗВУКИ

Незнайкин. — До сих пор, Любознайкин, ты говорил мне лишь о передаче звуков в пространстве. Однако некоторым образом их можно передавать и во времени. Так, например, вчера я слушал грампластинку великого тенора Энрико Карузо, умершего в 1921 г.

Любознайкин. — Ты совершенно прав, Незнайкин. Созданные специалистами по радиоэлектронике устройства позволяют «консервировать» звуки, а затем воспроизводить их.

Н. — Какие же это устройства?

Л. — Прежде всего усилители низкой частоты на лампах или транзисторах. Как при записи звука, так и при его воспроизведении мы всегда имеем малые напряжения звуковых частот, а ведь при воспроизведении необходимо получить довольно значительную мощность.

Н. — Хорошо, но как на практике звуки записываются в канавках (бороздках) грампластинки?

Л. — Как ты мог убедиться, эти канавки представляют собой чрезвычайно плотную спираль на одном сантиметре (по радиусу грампластинки) умещается от 35 до 100 канавок; при этом их глубина остается неизменной. Канавки «модулируются» звуком, который им придает волнообразную форму. Волны располагаются более или менее густо (в зависимости от частоты звука) и имеют большую или меньшую ширину (в зависимости от громкости звука).

Н. — Так, значит, если я правильно понял, в периоды тишины канавки имеют форму спирали, а практически, можно сказать, форму кругов, диаметр которых постепенно убывает. Их можно сравнить с незатухающими и немодулированными колебаниями тока высокой частоты. В местах, где записан звук, дорожка канавки изменяется в поперечном направлении, т.е. канавки попеременно отклоняются к центру и краю грампластинки. В этом случае канавка напоминает кривую тока высокой частоты, модулированного низкочастотным сигналом.

Л. — Браво, Незнайкин! Должно быть, ты зарядился приличной дозой фосфора, что так прекрасно понял природу записи звука на грампластинке.

Н. — И тем не менее кое-что сильно интересует меня. Как достигли того, что при больших амплитудах звука канавки не налезают одна на другую?

Л. — Это достигается путем ограничения максимального отклонения канавки до половины расстояния между двумя соседними канавками.

НЕМОЙ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ

Н. — Как же осуществляется запись звука на грампластинке? Я предполагаю, что сначала записываемые звуки с помощью микрофона преобразуются в соответствующие электрические сигналы низкой частоты. Последние, несомненно, усиливаются уже изученными нами устройствами. А затем?

Л. — Затем остается лишь преобразовать усиленные сигналы в механические колебания при помощи рекордера, резец которого и нанесет канавки на специальную пластинку.

Н. — Это просто сказать, но я не представляю себе, как на практике осуществить это преобразование электрических колебаний в механическое движение.

Л. — А разве мы уже не решили эту проблему при воспроизведении звука с помощью громкоговорителя электромагнитной системы?

Н. — Действительно, в громкоговорителе ток вызывает механические колебания, передаваемые мембране или диффузору. Но серьезно говоря, ведь не предлагаешь же ты вырезать канавки на пластинке с помощью громкоговорителя?

Л. — Для этой цели мы используем только электромагнитный механизм якоря громкоговорителя, отсоединив от него диффузор. Таким образом наш громкоговоритель окажется немым.

Что же касается самого записывающего механизма рекордера, то в самом простом виде он представляет собой электромагнит, помещенный между полюсами сильного постоянного магнита (рис. 131).

Рис. 131. Рекордер для записи звука на диск.

Н. — Расскажи поподробнее об этом.

Л. — Изволь. Электромагнит состоит из подвижной стальной пластинки 1, двигающейся вокруг оси 2 и удерживаемой в средним положении на эластичной резиновой подвеске 3. Через укрепленную на пластинке катушку 4 проходит ток низкой частоты. В результате при каждом полупериоде тока полярность обоих концов пластинки меняется и они попеременно притягиваются то к одному, то к другому полюсу магнита.

Н. — Я вижу, что пластинка перемещается то вправо, то влево. А что ты обозначил на конце этой пластинки цифрой 5?

Л. — Это острие стального резца, которое и вырезает на пластинке канавки.

Ну, а теперь поехали дальше. Подвижная каретка с рекордером установлена на винте с плотной резьбой, который расположен по радиусу пластинки (рис. 132). Последняя представляет собой слой воска, нанесенный на стальное основание. Вращение пластинки сочетается с медленным перемещением каретки с рекордером вдоль винта, в результате чего на пластинке образуется спиральная канавка. Колебания резца рекордера придают канавке волнообразную форму. Так осуществляют запись звука.

Рис. 132. Перемещаясь вдоль винта 1 рекордер 2 образует на диске спиральную канавку.

ОТ НЕГАТИВА К ПОЗИТИВУ

Н. — Но запись на воске, вероятно, очень недолговечна. Да к тому же как, имея эту единственную запись, получить тысячи грампластинок?

Л. — Начинают с изготовления точной медной копии, используя метод гальванопластики. Для этого поверхность воска покрывают тонким слоем графитового порошка, благодаря чему она становится проводником тока. Обработанную графитом восковую пластинку с записью опускают в ванну с раствором сульфата меди и устанавливают ее напротив массивного медного электрода. Затем через раствор пропускают постоянный электрический ток, подключив положительный полюс источника тока к медному электроду, а отрицательный полюс — к восковой пластинке (рис. 133).

Рис. 133. В гальванической ванне с пластинкой (диском) 1 и электродом 2 получают медную копию пластинки.

Н. — Я понял! Электрический ток вырывает атомы меди из электрода, переносит их через раствор и оставляет на поверхности воска.

Л. — Внешне все выглядит как бы в соответствии с твоей гипотезой. Однако происходящие явления значительно сложнее, чем ты думаешь, но это не имеет значения… Для нас важно, что по истечении некоторого времени на поверхности воска образуется медная корка, точно воспроизводящая все извилины канавки.

Н. — Да, но наизнанку: все углубления стали выпуклостями, и наоборот. Полученная медная копия напоминает фотографический негатив.

Л. — Совершенно верно. Теперь мы имеем в руках нечто более прочное, чем воск. Тел же методом гальванопластики с нашего негатива снимают еще одну копию.

Н. — На этот раз получим позитив: углубления и рельефные места идентичны углублениям и рельефным местам воскового оригинала.

Л. — Правильно. С этой позитивной копии получают несколько новых копий — негативов, которые служат матрицами на прессе и позволяют получить нужное количество пластмассовых грампластинок.

Н. — Подожди минутку, Любознайкин. Я немного запутался в многочисленных превращениях углублений в рельефные места, и наоборот. Давай разберемся. Восковой оригинал — позитив, первая медная копия — негатив, вторая копия — позитив, матрицы для пресса — негативы, следовательно, грампластинки — позитивы. Все в порядке!!!

Л. — Ты правильно рассудил.

ОБРАТИМЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Н. — Но мы рассмотрели только одну сторону вопроса — запись. А я больше всего хотел бы понять, как воспроизводятся звуки. Я предполагаю, что здесь, как всегда, прибегают к обратимости электрических явлений.

Л. — Твоя интуиция тебя не подвела. Устройство, используемое для записи, прекрасно может послужить и для ее считывания с грампластинки, или, как обычно говорят, в качестве звукоснимателя.

Н. — Действительно, если подвижная пластинка приходит в колебательное движение, когда ее заостренный конец идет по канавке, то ее намагничивание изменяется под воздействием постоянного магнита. Следовательно, катушка находится в переменном магнитном поле. Поэтому в ней должны возникнуть токи, идентичные тем, которые использовались для вырезания канавки при записи звука.

Л. — И их остается лишь усилить, чтобы с помощью громкоговорителя можно было услышать записанные звуки. Для этой цели можно использовать, например, низкочастотную часть радиоприемника. Тебе, вероятно, известно, что радиоприемники имеют вход, предназначенный для подключения звукоснимателя?

Н. — Это я знаю. Полагаю также, что при воспроизведении нет необходимости устанавливать звукосниматель на бесконечном винте, так как канавка сама направляет иглу звукоснимателя. Поэтому звукосниматель устанавливается на вращающемся рычаге, носящем название тонарма.

Л. — И ты знаешь, что игла звукоснимателя должна быть отлично отполирована и изготовлена из самого твердого материала: алмаза или корунда.

Н. — Это я понимаю. Если игла износится, то она не сможет больше выписывать все мельчайшие извилины канавки, а кроме того, она будет портить грампластинку.

МИКРОНЫ НА ДОЛГОИГРАЮЩЕЙ ПЛАСТИНКЕ

Л. — А знаешь ли ты, какую длину внешней канавки грампластинки диаметром 30 см, вращающейся со скоростью 33^1/3 об/мин, занимает один период звука частотой 5 000 гц?

Н. — Мне было бы интересно это узнать.

Л. — Оба полупериода занимают меньше одной десятой, миллиметра.

Н. — Это ужасно мало.

Л. — А ведь я еще взял наиболее благоприятный случай.

В конце проигрывания пластинки игла движется по внутренним канавкам, диаметр которых доходит до 13 см, тот же период звука частотой 5 000 гц занимает всего лишь 0,04 мм (или 40 мк) по длине канавки!

Н. — Ты прав, Любознайкин. Скорость движения канавки под иглой звукоснимателя должна снижаться по мере приближения этой иглы к центру грампластинки.

Л. — Да. При проигрывании долгоиграющей пластинки (так называемой пластинки с микрозаписью) диаметром 30 см со скоростью вращения 33^1/3 обмин линейная скорость снижается с 45 см/сек в начале до 20 см/сек в конце пластинки.

Н. — Я думаю, что из-за этого высокие ноты, записанные ниже к центру грампластинки, воспроизводятся недостаточно хорошо.

Л. — На практике их ослабление чувствуется незначительно. И тем не менее это постепенное снижение скорости представляет собой теоретически один из основных недостатков записи звука ни грампластинках.

ОТ ГРАМПЛАСТИНКИ К МАГНИТНОЙ ЛЕНТЕ

Н. — Я подозреваю, что, как и всегда, установив диагноз, ты дашь мне и лекарство от болезни.

Л. — Оно заключается в отказе от грампластинки в пользу магнитной ленты.

Н. — Ты имеешь в виду магнитофоны, где лента из пластического материала сматывается с одной катушки и наматывается на другую, проходя перед маленькими коробочками со странным названием магнитные головки?

Л. — Именно так. Эта лента с одной стороны покрыта слоем железного порошка, подобного тому, из которого делают сердечники для высокочастотных катушек. Очень мелкие зерна железа могут легко намагничиваться магнитным полем и способны сохранять свое намагниченное состояние

Н. — Я, кажется, догадался, что происходит. В магнитной головке должен быть электромагнит с острием. Магнитная лента проходит перед этим острием. И если через катушку электромагнита протекает ток низкой частоты, то возникающие при этом изменения магнитного поля будут записываться вдоль ленты в виде переменного намагничивания.

Л. — Твои предположения не далеки от истины, но ты ошибся, представив себе, что электромагнит с острием наподобие линии магнитного поля должен вне магнита вернуться к другому полюсу, и лента окажется как бы погруженной в рассеянное магнитное поле.

Н. — Об этом я не подумал… Что же делать?

Л. — Для получения сконцентрированного магнитного поля — а это необходимое условие воспроизведения высоких частот — следует применить электромагнит с сердечником в виде подковы, где зазор между полюсами представляет собой очень узкую щель (ее ширина несколько микрон). В этом случае лента будет точно намагничиваться по всей ширине дорожки, прилегающей к щели (рис. 134).

Рис. 134. Запись звука на ленту.

ТРИ ГОЛОВКИ ИЛИ ОДНА?

Н. — Это исключительно ясно. Я предполагаю, что при воспроизведении используется такая же головка, что и при записи. При прохождении ленты перед ее щелью переменное намагничивание, созданное на железном порошке при записи, наводит в катушке головки токи низкой частоты, которые после усиления дают возможность услышать записанные ранее звуки.

Л. — Это правильно. В большинстве бытовых магнитофонов одна головка служит и для записи, и для воспроизведения. В первом случае она подключается к выходу усилителя, на вход которого включен микрофон. При переключении магнитофона на воспроизведение головка оказывается подключенной к входу усилителя, который подает усиленный сигнал на громкоговоритель.

Н. — Я догадываюсь, что значительное преимущество магнитофона заключается в постоянстве скорости протяжки ленты.

Л. — Правильно. Лента движется со стандартной скоростью 4,75; 9,5; 19 или 38 см/сек). Чем больше скорость, тем выше качество записи, особенно звуков высокой частоты.

Н. — Да, но с повышением скорости снижается длительность записи на ленте.

Л. — Разумеется. Но в настоящее время выпускают магнитофоны, которые могут записывать звуки на двух или даже четырех параллельных дорожках одной ленты, что увеличивает в 2 или в 4 раза длительность звучания, которая может достигать нескольких часов.

Н. — Я слышал, что ленту можно использовать повторно, стерев с нее запись, как карандаш с бумаги. Так ли это?

Л. — Совершенно верно. А стирается магнитная запись просто магнитным полем ультразвуковой частоты (т. е. выше частот, воспринимаемых человеческим ухом), например, 25 000 гц. Это поле создается стирающей головкой, которая устанавливается перед записывающей.

Н. — Значит, лента, проходя мимо стирающей головки, очищается от предыдущей записи?

Л. — Да, но это делается только при новой записи. При воспроизведении же стирающая головка отключается.

Н. — А можно ли обходиться одной головкой для выполнения записи, воспроизведения и стирания?

Л. — Практически этого не делают. Однако должен тебе сказать, что переменное ультразвуковое поле должно объединяться с полем, служащим для записи, а для этого в записывающую головку, кроме тока низкой частоты, подают еще и ультразвуковой ток.

Н. — Боже мой, зачем же?

Л. — Не волнуйся, он не уничтожит запись, так как очень мал по сравнению со стирающим током. Малая доза высокочастотного тока нужна чтобы «встряхнуть» железные зерна ленты, которые воспринимают намагничивающее низкочастотное поле, создаваемое сигналом.

Н. — Очень хорошо, что головки могут выполнять несколько функций. Но я чувствую, что моя голова сегодня вечером не способна больше выполнить и одной.

Л. — Учитывая это известное всем явление насыщения, лучше закончим нашу беседу о звукозаписи.