WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
Э.И. ВОЛОГДИН АНАЛОГОВАЯ И ЦИФРОВАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ Учебное пособие САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЗВУКОЗАПИСИ При подготовке программ радиовещания из всех технологических операций наиболее часто используется запись звуковых сигналов (ЗС). Запись осуществляется на движущийся носитель записи (НЗ) в очень узкой зоне в виде дорожки записи. Во время записи на дорожке НЗ могут происходить механические, магнитные, оптические или другого рода изменения, несущие информацию о звуке. Такая дорожка с записью ЗС называется фонограммой.

При обработке фонограмм приходиться делать многократные перезаписи. В случае аналоговой записи на магнитной ленте каждое копирование и микширование увеличивают шум записи на 3 дБ, при этом может существенно исказиться и частотная характеристика. Именно по этой причине переход к цифровому формату в первую очередь был реализован в студийной аппаратуре звукозаписи и, прежде всего, в многоканальной. Сначала для этой цели использовались специальные магнитные ленты, затем магнитные и оптические диски.

Классификация современной звукозаписывающей аппаратуры, прежде всего, основывается на формате записи: аналоговая и цифровая. По физическим основам записи ее разделяют на 3 группы: магнитная, оптическая и магнитооптическая Существенное значение имеет тип носителя, так как, например, для аналоговой и цифровой звукозаписи нужны магнитные ленты с совершенно разными характеристиками. Магнитная запись может осуществляться на лентах и дисках, оптическая производится только на дисках.

Заметим, что запись в аналоговом формате может быть произведена только на магнитной ленте.

Важнейшим классифицирующим признаком систем звукозаписи является область их применения:

-студийная аппаратура записи и воспроизведения звуковых сигналов (аналоговые и цифровые магнитофоны, студийные магнитофоны со стерео- и многоканальной записью звука, многоканальные дисковые магнитные рекордеры, магнитооптические накопители, лазерные рекордеры и профессиональные проигрыватели оптических дисков различных систем );

-репортерская аппаратура звукозаписи (катушечные и кассетные, аналоговые и цифровые стереомагнитофоны, мини-дисковые магнитооптические рекордеры);

-бытовая аппаратура записи и воспроизведения звука (бытовые плееры оптических дисков различных систем, стереомагнитофоны и кассетные магнитные плееры).

Отличие этих 3 групп заключаются, прежде всего, в технических возможностях аппаратуры.

Подавляющее большинство систем записи основаны на оптических дисках, поэтому в табл.1 приведены их основные характеристики.

Таблица.1.

Система Вид записи Диаметр Дисковод Емкость, Длитель- Сжатие записи носителя Мбайт ность аудиоданных записи, звучания, мм СD-A* только чтение 120 плеер 650 1час нет MP-3* 700 8 час есть SACD* 4700 74 мин нет DVD-A* есть CD-R* однократная Audio 700 80 мин нет CD-RW* многократная рекордер DVD-R* однократная DVD 4700 74 мин нет Audio рекордер DVD- многократная RW* MO* рекордер 2600 3,75 час нет MO MO* 80 640 60 мин MD* 64 рекордер 230 74 мин есть MD *Примечание: CD-A (Compact Disc Audio – компакт диск со стереофонической записью звука), MP-(диски со стереофонической записью звука и сжатием по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 3), SACD (Super Audio Compact Disc - компакт диск с записью звуковых сигналов в форматах 2/0 –обычное стерео- или 5,1), DVD-Audio (Digital Versatile Disc-мультимедийный цифровой диск с записью звука в форматах 2/0 или 5,1), CD-R( Compact Disc Recordable- записываемый компакт диск), CD-RW (Compact Disc Rewritable- перезаписываемый компакт диск), DVD-RW (Digital Versatile Disc Rewritableперезаписываемый мультимедийный цифровой диск), МО (magnito-optical- магнитооптический диск), MD (Mini-Disc – мини-диск).

Диски первых 4-х систем записи (табл.1) используются в студиях как готовые источники стереофонических музыкальных программ. Они записываются в цифровых звуковых студиях и массово тиражируются в заводских условиях. Профессиональные CD плееры имеют магазин на 100 и более дисков и два выхода: цифровой и аналоговый. Поэтому компакт-диски часто используются в прямом радиовещании вместо виниловых грампластинок.

Архив аналоговых грампластинок и магнитных лент постепенно переводится на диски системы CD-R, которые специально предназначены для однократной архивной записи фонограмм. Запись на такой диск производится лазерным рекордером, встроенным в персональный компьютер. Эти диски могут храниться в фонотеке до 100…200 лет. Такое же назначение имеют диски DVD-R, только они позволяют производить стереозапись «цифрового суперзвука» (частота дискретизации ЗС составляет здесь 192 кГц, число разрядов кодового слова отсчета - 24).

Компакт-диски систем CD-RW, DVD-RW и магнитооптические диски типа МО широко используются при монтаже фонограмм, так как на них можно многократно производить запись и стирать. Запись дисков CD-RW производится таким же рекордером, как и запись дисков CD-R. Запись MO дисков производится в накопителе компьютера. Магнитооптические диски типа MD записываются и воспроизводятся на специальном рекордере.

Несмотря на значительные достижения в системах оптической звукозаписи, емкость цифровых магнитных ленточных и дисковых носителей значительно выше. Современные жесткие диски компьютеров имеют емкость до 40….60 Гбайт и до 160 Гбайт у дисков модели IDE Ultra-DMA. На таком диске может размещаться 100 минут записи 24 звуковых каналов при 24 разрядном кодировании с частотой дискретизации 48 кГц и он может использоваться вместо многоканального цифрового магнитофона.



Аналоговые стереомагнитофоны широко используются в студиях и качество этих записей часто лучше, чем у цифровых магнитофонов и компактдисках. В студиях стереозапись производится и на кассетных цифровых магнитофонах. Студийные цифровые многоканальные магнитофоны обладают высокими техническими характеристиками, но крайне сложны как по устройству, так и в эксплуатации. Поэтому в студийной звукозаписи основным направлением развития является использование компьютерной техники, как для монтажа фонограмм, так и для звукозаписи на основе оптических и магнитных дисковых рекордеров.

2. АНАЛОГОВАЯ МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ 2.1.Физические основы записи Магнитная запись основана на свойствах ферромагнитных материалов намагничиваться, под действием внешнего магнитного поля, и оставаться намагниченными после выхода из этого поля. Такое поле возникает при протекании тока звуковой частоты по обмотке катушки с сердечником из магнито-мягкого материала, который имеет зазор. В системах звукозаписи обычно используются замкнутые кольцевые сердечники, в которых вблизи зазора возникает внешнее поле рассеивания, намагничивающее НЗ, движущийся этом поле. При этом изменения тока катушки превращаются в изменения остаточной намагниченности вдоль носителя. Остаточное магнитное поле, возникающее в результате записи ЗС, имеют целый ряд магнитных материалов, которые используются для изготовления рабочего слоя (РС) магнитных лент. Внутреннее и внешнее магнитные поля катушки с сердечником могут создаваться суммарным током ЗС и высокочастотного ( ВЧ) подмагничивания или током стирания.

Основные характеристик внутреннего поля сердечника, возникающего под действием переменного или постоянного тока в катушке, ниже обозначены нижним индексом «с».

Магнитный поток (измеряется в Веберах (Вб)) с = I NВ / R мc, (1) c где: I – ток в катушке (в амперах, А), NВ – число витков катушки, R мс–полное магнитное сопротивление цепи сердечника (А/Вб), R мc = R jc, (2) j R jс – магнитное сопротивление j участка магнитопровода.

Магнитопроводы магнитных головок по своей длине могут иметь различную площадь сечения Sjс, включать материалы с различной относительной магнитной проницаемостью с и разные по величине зазоры, где с =1, поэтому R jс определяется формулой:

R jс = L jс / jcS jс, (3) о где = 4 10-7 (Генри /м – магнитная постоянная), L jс – длина j отрезка о пути магнитопровода, где отличаются S jс или jс.

Магнитная индукция (измеряется в Теслах (Т)) на j участке магнитопровода:

B jc = Ф c / S jc. (4) Напряженность магнитного поля (измеряется в А/м) на j участке магнитопровода:

H jс = B jс / о jс. (5) Абсолютная магнитная проницаемость, (Генри/м). Она являaс ется коэффициентом пропорциональности между B и H на любом участке магнитопровода = B jc / H jc. (6) ac У магнитных материалов, используемых для сердечников катушки, три наиболее важных параметра: относительная начальная магнитная проницаемость, индукция насыщения Bsс и коэрцитивная сила Hкс. Они нс определяют форму петли гистерезиса сердечника. Чем больше B, тем большее значение тока допускается в катушке. Коэрцитивная сила определяет минимальное значение тока, при котором он начинает перемагничивать сердечник.

Для изготовления сердечников применяют магнитные материалы, обладающие высокой начальной магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Такие материалы имеют узкую петлю гистерезиса и, следовательно, малые потери на гистерезис.

В табл.2 приведены эти данные для некоторых материалов, используемых для сердечников.

Таблица Материал Начальная магнитная Индукция Коэрцитивная проницаемость насыщения, Т сила, А/м Пермаллой 20000-100000 0,65-1.6 0,3-Феррит 2000-5000 0.3-0.4 1,5- Приведенные общие формулы позволяют рассчитать напряженность магнитного поля в глубине зазора сердечника Ho H o = I NВ / o R мc S о, (7) где S о – площадь сечения зазора. Заменяя в формуле (7) общее значение тока I, током ЗС I з, током ВЧ подмагничивания I п или током стирания I с по этой формуле можно рассчитать напряженность соответствующего поля в зазоре.

Магнитное поле, возникающее под действием тока в катушке, сосредоточено в основном внутри сердечника и только в местах расположения воздушных зазоров оно выходит наружу в виде внешнего поля рассеяния. Это поле имеет векторный характер, однако, запись ЗС, подмагничивание и стирание осуществляются в основном горизонтальной составляющей напряженности поля H x, действующей в направлении движения НЗ. Этим полем и осуществляется запись фонограммы.

2.2. Магнитные ленты Основными характеристиками рабочего слоя (РС) магнитной ленты являются кривая начальной намагниченности и предельная Рис.петля гистерезиса (рис.1). Параметры магнитного поля сердечника и НЗ во многом совпадают, поэтому в их обозначениях не будет нижнего индекса «с». Предельная петля гистерезиса НЗ имеет 4 основные характеристики:

коэрцитивная сила Hк, напряженность насыщения HS, намагниченность насыщения Ms и максимальная остаточная намагниченность M r.

Под действием напряженности магнитного поля катушки Hx Рис.1. Петля гистерезиса намагничивания носитель записи получает намаг(1- предельная петля, 2- начальная кривая ниченность M:

намагничивания) M = Hx, (10) где – магнитная восприимчивость ленты, = 1, (11) Зависимость M = (H ) описывается семейством петель гистерезиса x (рис.1). В этом семействе кривая, проходящая через начало координат называется начальной кривой намагничивания. Магнитная проницаемость РС максимальна лишь на коротком линейном участке этой кривой. Она сильно уменьшается при малых и больших значениях напряженности H x. За цикл перемагничивания она меняется от до в соответствии с форнач макс мой кривой начального намагничивания. Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса определяется отношением К П = M r / M s.





Иногда на графике предельной петли гистерезиса по оси ординат откладывается величина магнитного потока Ф или магнитной индукции В. Поэтому запись на магнитной ленте может также характеризоваться остаточными максимальными значениями магнитного потока или магнитной r индукции B r. Они приводятся в справочниках и они связаны между собой равенствами:

B r = оM r и Ф r = о M r S d, (12) где Sd – площадь поперечного сечения РС магнитной ленты, через которую проходит магнитный поток поля катушки.

При записи в РС должен создаваться остаточный магнитный поток, который может быть рассчитан по формуле:

= (M r / M s) M ч b d K v, (13) r o где b- ширина дорожки записи, d- толщина РС магнитной ленты, M ч - намагниченность частиц, KV - коэффициент объемного заполнения, показывающий, какую часть РС составляет магнитное вещество.

Из формулы (13) видно, что увеличить остаточный магнитный поток можно увеличением коэффициента прямоугольности, намагниченности частиц M ч и коэффициента объемного заполнения.

Магнитная лента состоит из немагнитной подложки и магнитного лака с ферромагнитным порошком, образующих РС. Подложка для большинства Таблица Формула Размеры Коэрцитивная Индукция Коэф. Намагничен- порошка частиц, мкм сила, кА/м Насыщения, прямо- ность частиц, Т угольн. кА/м 1 0,2-0,5 24 0,5 0,5 Fe2O2 28-80 0,Fe2O3+Co 3 CrO2 0,1-0,4 36-56 0,6 0,9 4 BaFe12O19 0,08 119 0,5 Fe 0,1-0,2 80 1 0,9 6 Fe+металл 119 1 Примечание: 1- гамма-оксид железа, 2- кобальтированный гамма-оксид железа, 3 - диоксид хрома, 4 –феррит бария, 5- железо и 6- сплавы с железом.

лент изготавливается из лавсана (полиэтилентерефталат) толщиной от 4 до 100 мкм. Для изготовления покрытия ленты используются магнитные порошки, характеристики которых приведены в табл. 3.

В последнее время стали изготавливать двухслойные РС. Верхний слой - CrO2, нижний - гамма диоксид железа. Это обеспечивает подъем амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фонограммы в области высоких частот. Наиболее совершенные ленты имеют еще очень тонкий, но весьма прочный верхний защитный слой.

Толщина студийных лент бывает от 10 до 60 мкм, чаще всего она равна 55 мкм. Ленты для бытовых магнитофонов значительно тоньше от 35 до 12 мкм. Ширина лент для моно и стереофонической записи равна 6,25 мм.

Для многоканальной записи применяют более широкую ленту: 8; 12,7; 25,4 и 50,8 мм.

2.3. Характеристики рабочего слоя магнитных лент Чувствительность. Она характеризует отношение величины остаточного магнитного потока r, получаемого при записи, к НЧ полю головки H =, создаваемому током.

Максимальная крутизна остаточного потока при квазиидеальном намагничивании позволяет рассчитать остаточный поток РС ленты при макс записи с оптимальным ВЧ подмагничиванием = H =. (14) r макс Эта крутизна тем больше, чем больше коэффициент прямоугольности ленты.

Максимальный уровень записи измеряют в нВб/м, поэтому он часто называется удельным магнитным потоком и определяется как = / b. (15) уд r макс Чем выше уровень записи, тем меньше относительный шум паузы, но больше нелинейные искажения. У нас в стране для студийной и репортерской стереофонической записи за максимальный уровень записи принято значение 510 нВб/м на частоте 1 кГц. Для всех бытовых магнитофонов этот уровень равен 256 нВб/м на частоте 400 Гц. При этих уровнях записи нелинейные искажения обычно не превышают 3%.

Для обеспечения необходимого динамического диапазона записи фонограммы ток записи ЗС должен быть на 20 дБ ниже тока, соответствующего максимальному уровню записи. У некоторых зарубежных магнитных лент допустимый уровень записи превышает 1000 нВб/м.

Номинальная АЧХ остаточной намагниченности ленты M (уроr вень записи) стандартизуется с целью обмена фонограммами. Стандарт определяет АЧХ остаточной намагниченности N(M r) с помощью двух посто янных времени и. Величина определяет подъем остаточной намаг1 2 ниченности РС ленты в области высоких частот, а – подъем в области низких частот. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) остаточной намагниченности рассчитывается по формуле :

2 N(M r) = 10 log (1 +1 ) – 10 log (1 + ), дБ, (16) 2 где = 2 F, F – текущая частота звукового сигнала.

Значения постоянных времени зависят от выбора скорости записи и типа ленты:

Скорость, см/с 76,2(38,1) 19,05 9,53 4, мкс 35 50 90 120(70) 1, мкс 3180 3180 2, По стандарту =3180 нс и эта постоянная определяет подъем остаточной намагниченности в области нижней граничной частоты примерно на 5 дБ со спадом к 50 Гц с крутизной 6 дБ/окт. Такой подъем АЧХ остаточной намагниченности ленты обеспечивает повышение отношения сигнал/шум (S/N) в области низких частот. Постоянные времени указываются на коробке ленты или кассете.

Частотные искажения существенно зависят от параметров РС ленты. Они тем меньше, чем больше ее коэрцитивная сила. При увеличении остаточной индукции из-за саморазмагничивания частотные искажения возрастают. Если петля гистерезиса приближается к прямоугольной, частотные искажения фонограммы при всех прочих равных условиях уменьшаются.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.