Материал: МРБ 1081.(1984).[doc]

Зачем в простые кассетные магнитофоны вводят систему автомати­ческого регулятора уровня записи?

Автоматический регулятор уровня записи (АРУЗ) представляет со­бой устройство, поддерживающее практически неизменным уровень записи при вначительном изменении уровня входного сигнала. Это позволяет получать фо­нограммы с примерно одинаковым уровнем остаточной намагниченности ра­бочего слоя ленты и избежать превышения номинального уровня записи даже на отдельных участках фонограммы, предохраняя усилитель от перегрузки и в конечном счете — весь тракт от повышенных нелинейных искажений.

Введение в магнитофон системы АРУЗ упрощает пользование им, что осо­бенно важно для кассетного магнитофона, в котором узкая дорожка записи, тонкий рабочий слой ленты и малая ее скорость движения особенно благо­приятствуют перемодуляции и увеличению коэффициента нелинейных искаже­ний. Наличие АРУЗ в кассетном магнитофоне облегчает использование его на­чинающими любителями звукозаписи, позволяя получать даже при неблаго­приятных условиях качественные записи. Кроме этого, кассетные магнитофоны, имеющие дополнительную скорость 2,38 см/с, часто используют как диктофо­ны. И здесь, когда напряжение источника звукового сигнала может изменять­ся в широких пределах, получить фонограмму с примерно одинаковым уров­нем остаточной намагниченности рабочего слоя ленты можно только с по­мощью АРУЗ. Если к этому добавить, что введение системы АРУЗ позво­ляет исключить из схемы индикатор уровня записи, то станет понятно, по­чему систему АРУЗ в основном применяют в простых кассетных магнито­фонах.

В кассетных магнитофонах показания индикатора уровня записи устанав­ливают так, чтобы номинальному уровню остаточной намагниченности рабо­чего слоя ленты (0 дБ) соответствовал магнитный поток короткого замыкания 250 нВб/м. Однако даже при самой тщательной ручной регулировке уровня записи избежать кратковременной перемодуляции ленты не удается. Особенно это относится к источникам звука с большим динамическим диапазоном и острыми пиками ,в звуковых сигналах. Многие любители звукозаписи, чтобы из­бежать перемодуляции ленты, заранее устанавливают уровень записи на 3 — » 6 дБ ниже номинального. Это приводит к уменьшению динамического диапа­зона фонограммы и к ухудшению отношения сигнал-шум. Последнее, правда, удается исправить, если в составе магнитофона есть система шумопонижения.

Введение в магнитофон отключаемой системы АРУЗ с возможностью из­менения ее динамических характеристик позволяет получать фонограммы до­статочно высокого качества при записи программ, которые повторить нельзя, например с радиовещательного или телевизионного приемника.

Какими параметрами характеризуется система АРУЗ?

Наиболее важными параметрами для системы АРУЗ являются время срабатывания и время восстановления, показывающие инерционность ее рабо­ты. Время срабатывания показывает запаздывание системы относительно мо­мента превышения определенного, заранее установленного уровня сигнала. Чем меньше время срабатывания, тем меньше искажение в начале записи сигнала повышенного уровня. Время восстановления определяет запаздывание процесса установления номинального уровня записи. Его обычно выбирают достаточно большим, чтобы не изменить динамический диапазон фонограммы и ослабить шумы в паузах.

Время срабатывания и время восстановления системы АРУЗ определяют ее динамические характеристики и могут изменяться в зависимости от вида записи (музыка, речь), качественных показателей магнитофона, группы его сложности и т. п. Например, в диктофонах, где основным критерием качества является разборчивость текста и допускается небольшая перемодуляция, время срабатывания выбирают в пределах 40 — 120 мс, а время восстановления — око­ло 0,5 с. В бытовых магнитофонах время срабатывания обычно бывает 20-100 мс, а время восстановления зависит от вида записи и при записи речи его выбирают в пределах 1 — 4 с и три записи музыкальных програ/мм б — 10 и даже 20 с.

Рис. 18. Схема АРУЗ простого кассетного магнитофона

Кроме динамических параметров система АРУЗ характеризуется диапазо­ном входных и выходных сигналов. Например, при изменении входного сиг­нала на 26 — 40 дБ ток записи должен изменяться всего на 2 — 5 дБ. Кроме того, система АРУЗ не должна вносить дополнительных нелинейных искаже­ний и помех при переходных процессах, иметь малый уровень собственных шу­мов. Работа системы АРУЗ должна иметь достаточно высокую стабильность во времени и при изменениях окружающей температуры. На рис. 1-8 показана часть УЗ и наиболее распространенная схема системы АРУЗ (для упрощения элементы создания предыскажений не показаны). Сигнал от источника звука, усиленный транзистором VTI, через ограничивающий резистор R3 подается на корректирующий усилитель — транзисторы VT3 — VT5. С эмиттера транзи­стора VT5 сигнал через конденсатор С6 подается на зались и через конден­сатор С5 и резистор R8 — в систему АРУЗ. Далее выпрямляется диодом VD1 и через ограничивающий резистор R4 поступает на базу транзистора VT2, уча­сток коллектор — эмиттер которого совместно с резистором R3 выполняют функцию переменного делителя напряжения.

Если выходной сигнал транзистора VT5 недостаточен для открывания дио­да VD1, ток в цепи базы транзистора VT2 отсутствует и сопротивление уча­стка коллектор — эмиттер этого транзистора максимально. При повышении уровня входного сигнала диод VD1 открывается, на базе транзистора VT2 появляется напряжение положительной полярности и сопротивление участка коллектор — эмиттер понижается. Это приводит к изменению соотношения плеч делителя напряжения, сигнал ,на базе транзистора VT3 и на выходе УЗ умень­шается. Дальнейшее повышение уровня входного сигнала приводит лишь в не­значительному увеличению тока записи, что и требуется от системы АРУЗ.

В этой схеме время срабатывания в миллисекундах

t₁=3T₁ = 3*10^-3*(R8 + Rд)*С4,

где R_д — сопротивление диода VD1 в прямом направлении в омах (для германиевого диода оно около 250 Ом). Тогда t₁= (470+250)X Х50-10-³ = 36 мс и t₁=120 мс.

Время восстановления t₂«3-T₂=3- 10~³(R4 + R_T) -С4, где R_T — сопротивле­ние участка эмиттер — база транзистора VT2, которое для кремниевого тран­зистора составляет около 10 кОм. В нашем случае т₂= (6800-10 000)-50Х X10-³ = 0,85 с и t₂ ~ 2,5 с.

В заключение укажем, что кремниевые диоды в системе АРУЗ применять невыгодно из-за большого падения напряжения в прямом направлении. На­оборот, в системе АРУЗ желательно использование германиевого диода с ма­лым пороговым напряжением.

Какие системы шумопонижения используются в бытовых магнито­фонах?

В бытовых магнитофонах используют следующие системы шумопони­жения: пороговую, динамический ограничитель шума (DNL) и компандерную («Долби-В»).

В чем разница между пороговой системой шумопонижения и динами­ческим ограничителем шума?

Принцип работы пороговой системы шумопонижения основан на том, что в паузах полезного сигнала, когда шумы ленты и элементов схемы (на­пример, транзисторов) становится особенно заметными, коэффициент усиле­ния УВ или УУ, работающего в режиме воспроизведения, автоматически умень­шается. Распознавание паузы происходит по различию уровней полезного сиг­нала и шума с некоторой временной задержкой. Вводимое в состав УВ или УУ пороговое устройство должно эффективно снижать шумы, не сужая ди­намического диапазона магнитофона в целом.

Принцип работы динамического ограничителя шума основан на так на­зываемой динамической фильтрации сигнала. Иначе говоря, такой ограничи­тель автоматически регулирует полосу пропускания УВ или УУ, работающего в режиме воспроизведения.

Установлено, что спектр музыкальных сигналов зависит от громкости ис­полнения: с уменьшением громкости относительное содержание высших гар­моник в сигнале уменьшается и при тихом звучании (пианисимо) излучаются преимущественно основные тона музыкальных инструментов, верхний порог которых не превышает 4,5 кГц. Следовательно, если во время тихого испол­нения и паузы полосу пропускания УВ или УУ уменьшить до 4,5 — 5 кГц, то это лишь незначительно ухудшит качество воспроизведения, в то время как характерные для магнитной записи высокочастотные шумы будут в значи­тельной мере ослаблены. При увеличении уровня сигнала полоса пропуска­ния УВ или УУ расширится, поскольку высокочастотные шумы маскируются полезным сигналом и подавлять их нет особой надобности. Из сказанного ясно, что пороговая система шумопонижения ограничивает коэффициент уси­ления УВ или УУ в паузах, а динамический ограничитель шума — полосу про­пускания усилителя.

В чем сущность компандерной системы шумопонижения?

Компандерной (от слов «компрессор» — сжиматель .и «экспандер» — расширитель) называют систему шумопонижения, предложенную Р. М. Долби (США). Она основана на широко известном способе компандирования сигна­ла, когда установленный на входе УЗ компрессор преобразует поступающий сигнал таким образом, что сигналы малого уровня усиливаются больше, чем остальные, и как бы «отрываются» от уровня шумов УЗ. На выходе УВ по­мещен экспандер, восстанавливающий сигнал до первоначального уровня. В ре­зультате отношение сигнал-шум заметно улучшается.

Рис. 19 Структурная схема системы шумопонижения «Долби-С»:

1 — устройство ограничения и восстановления спектра на верхних частотах; 2 — блок обра­ботки сигнала с высоким уровнем; 3 — сумматор; 4 — схема «антинасыщения»; 5 — блок обработки сигнала с низким уровнем; 6 — инвертор

Особенность такой системы заключается в том, что экспандер должен иметь характеристику, обратную характеристике компрессора не только при плавных изменениях уровня сигнала, но и при скачках громкости, чтобы ис­ключить возможные при этом нелинейные искажения сигнала.

В настоящее время разработано несколько компандерных систем шумо­понижения, среди которых система для профессиональной аппаратуры («Дол-би-А»), работает в нескольких (обычно в четырех) частотных полосах, а система для бытовой аппаратуры магнитной записи звука («Долби-В») — в одном частотном диапазоне.

В настоящее .время появились сообщения о разработке и начале приме­нения новой компандерной системы шумопонижения — «Долби-С». Она также предназначена для бытовой аппаратуры магнитной записи звука и представ­ляет собой два включенных последовательно каскада шумопонижения типа «Долби-В». В новой системе используются каскады с плавно изменяемой полосой пропускания, которые работают в одном частотном диапазоне, но pea­гируют на сигналы разных уровней. Частота среза фильтра уменьшена от­1,5 кГц в «Долби-В» до 375 Гц в «Долби-С». Каждый каскад обеспечивает­шумопонижение около 10 дБ, а оба — 20 дБ.

Для исключения возможности рассогласования работы компрессора и эка­пандера в новую систему введена схема «антинасыщения», которая представ­ляет собой устройство, предотвращающее перегрузку ленты на верхних час­тотах и уменьшающее интермодуляционные искажения. Структурная схема. системы шумопонижения «Долби-С» приведена на рис. 19.

Что такое «эффект присутствия»?

Рис. 20. Схема фильтра, реализующего эффект «присутствия» (а) и темброблока с регу­лятором средних частот (б)

При любительской записи музыкальных программ, особенно когда запись ведется с одного микрофона, голос солиста часто маскируется звуками: музыкальных инструментов или, как говорят, «теряется» в оркестре. Если вспомнить, что диапазон частот человеческого голоса лежит в середине полосы частот звукового тракта, то станет ясно, что для того, чтобы выделить или «приблизить» солиста, надо поднять усиление средних частот от 500 до 4000 Гц. Вот это «приближение» солиста и называют «эффектом присутствия:».

Реализовать эффект «присутствия» можно с помощью специального фильт­ра либо путем добавления в темброблок регулятора средних частот. Фильтр снрисутствия» (рис. 20,а) представляет собой мост, в одну из диагоналей которого включен регулятор эффекта «присутствия» — резистор R3. Двойной Т-образный мост, составляющий одно из плеч моста, настроен на частоту около 2 кГц. Мост включен в цепь ООС, напряжение которой снимается с выхода усилителя на транзисторе VT1 и подается в цепь базы этого же тран-внстора. Коэффициент передачи фильтра составляет около 1 при коэффициенте нелинейных искажений порядка 0,1%. Такой фильтр обычно вводят в пред-усилитель и помещают между регуляторами громкости и тембра.

Схема темброблока, состоящего из регуляторов нижних (R11), средних (R12) и верхних (R13) частот, показана на рис. 20,6. Схема темброблока состоит из входного (транзистор VT1) и выходного (транзисторы VT2 и VT3) усилителей, причем регуляторы тембра помещены в цепь ООС, напряжение которой снимается с выхода транзистора VT3 и подается в цепь базы тран-вистора VT2. Этот темброблок, обладая большим входным сопротивлением (более 150 кОм) и высокой чувствительностью (около 100 мВ при выходном напряжении на частоте 1 кГц не менее 0,8 В)- сможет заменить собой пред-усилитель, если на его входе поместить регулятор громкости. Как в фильтре, так и в темброблоке переменные резисторы должны иметь линейную функцио­нальную характеристику.

Как правильно сделать перезапись со стереофонического на моно­фонический магнитофон?

В бытовой магнитной записи звука используют так называемую интен­сивную стереофонию, где стереофонический эффект зависит не только от раз­деления музыкальных инструментов по каналам, но и от громкости звучания музыкальных инструментов в каждом канале. В этих условиях, чтобы сохра­нить звучание инструментов, нельзя, как это часто делают малоквалифициро­ванные радиолюбители, производить перезапись на монофонический магнитофон с одного из «аналое; сигнал необходимо подавать из обоих каналов одновре­менно. Если объединение каналов схемой стереофонического магнитофона не предусмотрено, то сигнал на запись надо снимать с суммирующего резистора R3, как это показано на рис. 21.

Рис. 21. Схема подключения монофонического магнитофо­на при перезаписи стереофо­нических фонограмм

Как изменить частоту вращения вала электродвигателя кассетного магнитофона?

Изменение частоты вращения вала электродвигателя равнозначно изме­нению скорости движения ленты. В кассетном магнитофоне это можно сделать двумя способами: изменением напряжения, подаваемого на электродвигатель, и изменением сопротивления участка коллектор — эмиттер проходного (регули­рующего) транзистора регулятора частоты вращения вала в схеме компенса­ционного типа, что также приводит к изменению напряжения на электродви­гателе. Следует иметь в виду, что в любом случае можно только уменьшить частоту вращения вала электродвигателя. Это позволяет ввести в магнитофон скорость ленты 2,38 и даже 1,2 см/с.

Можно ли расширить рабочий диапазон частот магнитофона и если можно — то как?

Рабочий диапазон частот магнитофона ограничивается параметрами используемых магнитных головок (блоков головок) и магнитной ленты, коэф­фициентом усиления корректирующего усилителя и зависит от скорости дви­жения ленты.

Рис. 22. Схема корректирующего усилителя магнитофона «Яуза-207», измеренная под постоянные времени T₁=50 и 90 мкс и Т₂ = 3180 мкс

Если в катушечном магнитофоне при скоростях ленты 19,05 и 9,53 см/с несколько расширить рабочий диапазон в области верхних частот не составляет большого труда, то в кассетном магнитофоне это достижимо только при ис­пользовании магнитных лент и головок с соответствующими характеристиками (см. с. 10). Что касается расширения рабочего диапазона в области нижних частот, то это зависит от усилительных свойств корректирующего усилителя и может решаться в каждом конкретном случае отдельно. Чтобы был понятен смысл таких изменений, рассмотрим наиболее распространенную схему цепей коррекции (рис. 22) и влияние ее элементов на АЧХ корректирующего усили­теля. Здесь элементы коррекции включены в цепь ООС, напряжение которой снимается с эмиттера транзистора VT3 и подается на эмиттер транзистора VT1, причем резистор R3 является сопротивлением нагрузки цепи ООС. Формирование участка кривой 5 — 5 (см. рис. 11) производится цепочкой C7R10 при скорости 19,05 см/с (т₁ = 50 мс) и цепочкой C7R10R11 при скорости 9,53 см/с (т_l = 90 мс). Формирование участка кривой 6 — 6 (т_а=3180 мс) осуществляется цепочкой C7R9. Наконец, подъем АЧХ в области верхних частот (участок 0 — 6, 7) производится последовательным контуром L1C9R12, включенным па­раллельно R3 и работающем при скорости ленты 19,05 см/с. При переходе на скорость 9,53 см/с параллельно С9 включается конденсатор С8, снижая частоту настройки контура. Резистором R12 ,(ЩЗ) регулируют подъем АЧХ на верхних частотах, компенсируя частотные и щелевые потери.

Чтобы расширить рабочий диапазон в области верхних частот, в приведен­ной схеме коррекции достаточно перестроить катушку L1 на более высокую рабочую частоту и уменьшить сопротивление резистора R12. Этим будет уста­новлен новый подъем АЧХ на крайней верхней рабочей частоте. В том случае когда индуктивность катушки L1 не регулируется, приходится уменьшать ем­кость .конденсатора С9, что затрудняет точную настройку контура на требуемую частоту. Можно еще воспользоваться включением параллельно ГВ конденса­тора, подобрав его емкость таким образом, чтобы резонанс контура, образо­ванного индуктивностью ГВ и емкостью введенного конденсатора, лежал за границей рабочего диапазона. Например, когда верхняя рабочая частота состав­ляет 20 кГц, резонанс контура должен лежать в полосе частот 25 — 30 кГц. При использовании такого способа конденсатор в режиме записи должен от­ключаться.

Для расширения рабочего диапазона в области нижних частот следует уменьшить емкость конденсатора С7. Но это, во-первых, вызовет необходимость изменить сопротивления резисторов R9 — R11 и, во-вторых, приведет к увели­чению глубины ООС, что, в свою очередь, вызовет уменьшение коэффициента усиления корректирующего усилителя. И если усилитель запасом по усилению не обладает, восстановить коэффициент усиления будет трудно.

Следует напомнить, что расширять рабочий диапазон в области верхнил частот путем уменьшения тока подмагничивания ни в коем случае нельзя, так как это неизбежно вызовет увеличение коэффициента гармоник.

В чем различие между автостопами катушечного и кассетного магни­тофонов и как работает автостоп кассетного магнитофона?

В работе автостопа катушечного магнитофона обязательное участие принимает магнитная лента, а сам автостоп может быть механическим или электрическим. В кассетном магнитофоне доступ к ленте практически невозмо­жен, и автостоп приходится строить только электрическим, используя в каче­стве датчика .какие-либо вращающиеся детали ЛПМ. Одна из схем для кассет­ного магнитофона «Весна-201 -стерео» показана на рис. 23.