6.2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ

Процессы записи

Механическая запись подразделяется на два вида: 1) запись с последующим размножением копий для проигрывания, 2) запись для непосредственного проигрывания. Первый вид получил широкое распространение — это запись, с помощью которой получается современная граммофонная пластинка. Второй вид использовался для репортерских нужд, составления некоторых программ радиовещания и для любительской записи. В настоящее время для этих целей применяется магнитная запись. Однако разработка записи для непосредственного проигрывания с оригинала привела и к некоторому изменению в технике записи граммофонных пластинок. Примерно до 1950 г. запись для размножения копий велась на дисках из воскоподобного состава — материала относительно мало прочного, но не требовавшего большой мощности для приведения в колебание пишущего резца. Для непосредственного проигрывания потребовался более прочный материал звуконосителя. В качестве такого стали применять тонкие слои лака, нанесенного на подложку — основание в виде металлических, стеклянных или пластмассовых дисков. Развитие техники записи на лаковые пленки позволило отказаться от применения восковых дисков для получения оригиналов граммофонной записи.

Как упоминалось во введении, резец, идущий по носителю для записи, может колебаться в плоскости носителя поперек направления его движения, оставляя за собой извилистую бороздку, так называемая поперечная запись, или колебаться перпендикулярно плоскости носителя, оставляя бороздку с холмами и долинами, — это так называемая глубинная запись. Глубинная запись была

применена Эдисоном в его фонографе, поперечная — предложена Берлинером в 1887 г., названа им граммофонной записью. Впоследствии громмофонная запись полностью вытеснила глубинную. Глубинная запись использовалась в начале 20-го столетия фирмой Патэ. Аппараты этой фирмы получили название «Патефон». В дальнейшем они полностью вышли из употребления. В последнее время для получения двухканальных стереофонических записей вновь стали применять глубинную запись в комбинации с поперечной, для записи на одной бороздке и считывания при воспроизведении двух независимых сигналов.

Наконец, по методу глубинной записи ведется сверхмелкодорожечная запись.

Рис. 6.1 Станок механической записи звука: 1 — рекордер, 2 — каретка с регулируемым упругим подвесом рекордера, 3 — салазки, 4 — планшайба, 5 — резиновый амортизирующий сателлит, 6 — амортизующий подвес двигателя. 7 — двигатель планшайбы, 8 — ходовой винт каретки

Процесс записи и печатания пластинок вкратце состоит в следующем. На планшайбу станка для записи на диск (разновидность прецизионного карусельного станка) устанавливается лаковый диск. Над диском по радиально расположенным направляющим с помощью ходового мелкозаходного винта движется от края диска к его центру суппорт с пишущим устройством—рекордером (см. рис. 6.1). Рекордер — это электромеханический преобразователь-двигатель, к подвижной части которого прикреплен сапфировый или алмазный резец, прорезающий на диске тонкую канавку в виде спирали, идущей с малым шагом от периферии диска к центру.

Если к рекордеру подведен ток звуковой частоты, то резец колеблется поперек хода бороздки, в результате чего бороздка получается извилистая (рис. 6.2) и повторяет форму записываемого колебания.

Лаковый слой на диске изготавливается на основе нитроцеллюлозы и должен быть достаточно мягким (пластичным), чтобы процесс резания бороздки не требовал большой мощности для колебания резца, и в то же время достаточно прочным, чтобы выдерживать проигрывание иглой. Лаковый слой должен быть идеально ровный по толщине, зеркально гладкий, полностью свободен от пылинок, пузырьков, царапин, подсохших из-за испарения растворителя мест, или жировых пятен, отпечатков пальцев и т.п. Так

как диск и стружка, снимаемая с него рекордером, электризуются, то лак должен иметь наполнитель, делающий его достаточно проводящим, чтобы статические заряды могли стекать с его поверхности. Стружка при записи отсасывается через специальный воздуховод с помощью вакуум-насоса. Основание диска, как правило, — алюминиевая пластина.

Рис. 62 Виды модуляции бороздки механической записи. 1 — смодулированная бороздка (пауза); 2 — поперечная запись (а), 3 — глубинная запись, 4 - запись на левой стороне бороздки; 5 — запись на правой стороне бороздки (б); 6 - стереофоническая двухканальная запись на обеих сторонах бороздки (в)

К ходу планшайбы станка предъявляются очень жесткие требования равномерности вращения и точности числа оборотов. Системы успокоителей крутильных колебаний и механических фильтров защищают планшайбу от вибраций и периодических колебаний скорости хода синхронного двигателя, приводящего планшайбу во вращение.

Лаковый диск с полученной на нем записью служит для получения копий. После нанесения на него тончайшего слоя серебра или золота с него в гальванопластической ванне снимается медная «отцовская» матрица, на которой все бороздки оказываются выпуклыми. После тонкой подшлифовки отцовская матрица используется для снятия вторых копий — «материнских» (с углубленными бороздками). С материнских матриц снимаются «дочерние» с выступающими бороздками. С помощью этих последних на мощных прессах с подогревом отштамповываются граммофонные пластинки из пластической массы (специальных смол), достаточно прочной, чтобы выдерживать многократное проигрывание воспроизводящей иглой, идущей по бороздке.

Напомним, что первоначально граммофонная запись велась чисто механическим путем (фонограф Эдиссона и первые аппараты записи на диск): система приемных рупоров со звуководами-трубками подсоединялась к капсюле с мембраной, приводившей в колебание резец с помощью рычажного устройства. При воспроизведении пластинок игла граммофона, связанная с мембраной, установленной в горле рупора, идя по бороздке записи, заставляла колебаться мембрану, которая излучала звук с помощью рупора.

Примерно в 1925 г. механический способ записи был вытеснен электроакустическим, а затем и воспроизведение пластинок стало вестись практически только с помощью электроакустического снимателя записи — адаптера. В адаптере игла, идущая по бороздке, связана с подвижной частью электромеханического преобразователя — генератора, и полученное на электрической стороне адаптера напряжение подается через усилитель к громкоговорителю. Для правильного воспроизведения записи с пластинок любой фирмы или завода с помощью (граммофонов любого производства требуется некоторая стандартизация характеристик записи.

Стандартизуется глубина, ширина и профиль бороздки, размеры диска пластинки, число бороздок на радиуса пластинки и размеры кончика иглы, идущей по бороздке. Кроме стандартизации этих чисто геометрических характеристик, устанавливается также определенная зависимость между амплитудой отклонения бороздки от среднего положения и частотой при подаче на рекордер синусоидального сигнала с постоянной амплитудой напряжения. Эта зависимость, называемая частотной характеристикой записи, должна обеспечивать при проигрывании сигнала, записанного при постоянной амплитуде напряжения на рекордере, такую же постоянную амплитуду напряжения — на выходе адаптера.

С учетом возможностей технологии записи и размножения, свойств электромеханических преобразователей — рекордера и адаптера—первоначально для записей со скоростью вращения 78 об/мин применялась запись с постоянной амплитудой скорости резца на частотах выше а на более низких частотах выдерживалось условие постоянства амплитуды отклонения резца при постоянной амплитуде напряжения. На частотах выше 4500— 5000 Гц при этом стандарте записи на пластинках из естественных смол с абразивным наполнителем (который был необходим, чтобы противостоять значительным усилиям, развивающимся между стальной иглой и бороздкой) запись было трудно осуществить так, чтобы при воспроизведении не появлялся шумовой фон. Для этого потребовалось бы искусственно увеличить амплитуду записи на высоких частотах, введя предыскажение в сигнал. Тогда при воспроизведении можно было бы, наоборот, уменьшить усиление высоких частот, улучшив в конечном итоге отношение сигнал/шум. Однако увеличение амплитуд записи на высоких частотах ведет к чрезмерному уменьшению радиусов кривизны в участках максимального отклонения извилин бороздки (рис. 6.3).

Приближенно, как известно, радиус кривизны кривой составляет Так как отклонение иглы (бороздки) где скорость движения носителя, координата вдоль бороздки, то

Как видно, принимает минимальное значение в точках тем (меньше, чем выше частота. Конец иглы, находящийся в канавке бороздки, может следовать по бороздке, только если его радиус меньше гтгп. Равенство и радиуса конца иглы при стандарте записи 78 об/мин наступает на частоте примерно 4500—5000 Гц. На более высоких частотах приходится соблюдать условие должна уменьшаться при постоянной амплитуде сигнала обратно пропорционально квадрату частоты.

Рис. 6.3. Увеличение кривизны дорожки с повышением частоты а — допустимая кривизна; б - недопустимая

С развитием техники записи и воспроизведения и отказом от механического воспроизведения, с появлением адаптеров, обладающих очень малым механическим сопротивлением иглы, и материала для пластинок с весьма однородной структурой возникла возможность применения очень мелких бороздок с существенно меньшими амплитудами записи.

Рис. 6.4. Характеристика записи (сплошная линия) и воспр аизведения (пунктир): а — для записи 78 об/мин, для мелкодорожечной записи 33 1/3 об/мин; в — подавление шумов пластинки: 1 — спектр равномерного шума пластинки, 2 — кривая равной громкости для уровня спектр шума, прошедшего тракт воспроизведения

Характеристики записи — воспроизведения в связи с этим стали уже несколько иными.

На высоких частотах в современных записях характеристика записи имеет подъем, который, как упоминалось выше, позволяет возможно больше поднять уровень записи программы над неизбежным уровнем шума неоднородности материала носителя. Во избежание слишком большой амплитуды записи в области низких частот добиваются характеристики более или менее плавно спадающей с понижением частот. Характеристика воспроизведения в адаптере и тон-коррекция амплитудно-частотной характеристики усиления усилителя воспроизведения имеют обратный, спадающии на высоких частотах, ход. Шумы носителя имеют относительно равномерный частотный спектр и, вследствие большей чувствительности уха к высоким звуковым частотам, слышны обычно как высокий шипящий звук. При воспроизведении с частотной характеристикой, падающей на высоких частотах, этот шум подавляется, а запись с «приподнятыми» высокими частотами приобретает нормально звучание. На рис. 6.4 приведены характеристики записи и воспроизведения для современной граммофонной записи и иллюстрация подавления шумов носителя.

Большие амплитуды (громкие места в музыке и речи), которые, в особенности на низких частотах, требуют большого размаха резца, встречаются лишь в некоторой доле времени всей записи. Если заранее знать момент появления больших амплитуд, то в целях экономии места можно увеличивать шаг спирали бороздки к

Рис. 6.5 Примерные размеры бороздок игл проигрывателей: а — для 78 об/мин; б - для 33 1/3 об/мин; радиус кривизны

этому моменту. Такая возможность появилась с применением промежуточной магнитной записи. Сначала исполнение программы записывается на высококачественный магнитофон. Эта запись с магнитной ленты воспроизводится двумя расставленными на некоторое расстояние друг от друга звукоснимающими головками. Сигнал, снимаемый с опережающей по времени головки, служит для автоматического управления электромаглитным тормозом, установленным на двигателе, ведущем ходовой винт с суппортом и рекордером. Запаздывающий по времени сигнал со второй головки подается через усилитель записи к рекордеру и приводит в движение резец. При появлении сигнала большой амплитуды на выходе первой головки электронная схема, следящая за уровнем сигнала, уменьшает магнитное поле тормозящего электромагнита, ход винта ускоряется и к моменту появления этого же сигнала на второй головке успевает установиться более широкий шаг спирали бороздки. Это приспособление экономит место, позволяя разместить более длинную запись на пластинке стандартного размера.

На рис. 6.5 приведены примерные размеры бороздок и закругленного конца проигрывающих игл нормальной (78) и долгоиграющей (33 1/3) записи. Ниже даны сравнительные характеристики современных пластинок на

(см. скан)