Магнитный способ записи и воспроизведения звука

Магнитный способ записи и воспроизведения звука изобрел датский физик В. Паульсен в 1898 г.

Он предложил записывать звук на стальную проволоку. Магнитный способ основан на свойстве ферромагнитных (Fe –железо) материалов намагничиваться под действием магнитного поля и сохранять состояние намагниченности при снятии магнитного поля.

В 1928 г. было предложено вместо проволоки использовать бумажную ленту, на которую наносили порошок окиси железа. В дальнейшем бумагу заменили лентой с хлопчатобумажной или лавсановой основой. Такая лента и применяется в современных магнитофонах.

При работе магнитофона лента равномерно движется относительно зазора записывающей магнитной головки, а через катушку этой головки проходит электрический ток, изменяющийся в соответствии со звуковыми сигналами. Вследствие этого в зазоре головки возникает переменное магнитное поле, также изменяющееся в соответствии со звуковыми колебаниями. Лента в этом магнитном поле намагничивается, причем намагничивание по всей длине определяется амплитудой звуковых колебаний.

Если ленту с записью пропустить с той же скоростью относительно зазора воспроизводящей головки, то магнитное поле ленты наведет в катушке головки ЭДС индукции, изменяющуюся в соответствии с током записи. Эта ЭДС усиливается УНЧ до необходимого уровня и с помощью громкоговорителя преобразуется в звуковые колебания.

Принцип работы магнитофона в режиме записи показан на рисунке 11

1 – подающая катушка (бобина);

2 – приемная бобина;

3 – магнитная лента;

4 – ситрающая головка; 5 – генератор высокой частоты;

6 – записывающая головка;

Рис. 11. 7 – усилитель записи;

8 – микрофон;

9 – тонвал;

10 – маховик.

Магнитная лента 3 в исходном состоянии намотана на подающую бобину 1. При подаче питающего напряжения на электродвигатель лентопротяжный механизм (9, 10) перематывает ленту с бобины 1 на приемную бобину 2. При этом лента прижимается к стирающей и записывающей головкам 4 и 5. Головка 4 стирает предыдущую запись, если она до того была на магнитной ленте, высокочастотными колебаниями путем размагничивания ленты. Для этого на головку 4 с генератора высокой частоты (ГВЧ) подаются высокочастотные колебания синусоидальной формы с частотой 40…80 кГц. Записывающая головка 5 производит запись на магнитную ленту электрических сигналов, поступающих на нее от усилителя записи 7, связанного с микрофоном 8, если запись ведется с микрофона, или с любого другого источника сигналов – другого магнитофона, телевизора, радиоприемника.

При воспроизведении звука (рисунок 12) ГВЧ 6 и стирающая головка 4 в работе не участвуют. Лента, перематываясь с бобины 1 на бобину 2, прижимается к воспроизводящей головке 5 и своим магнитным полем возбуждает в ее обмотке ЭДС.

11 – воспроизводящая головка;

12 – усилитель воспроизведения;

13 – электродинамик.

Рис. 12.

После прохождения через усилитель 12 колебания звуковой частоты поступают на электродинамический громкоговоритель, который преобразует их в механические колебания диффузора. Последний приводит в движение соприкасающиеся с ним слои воздуха, которые мы воспринимаем как звук.

Преимущества магнитного способа записи звука состоят в следующем:

1) воспроизвести звук можно сразу же после записи и, более того, запись можно воспроизводить в процессе записи, контролируя ее;

2) запись (любительская) производится в неприхотливых условиях, на том же самом устройстве, на котором она воспроизводится;

3) запись легко удаляется с носителя при помощи стирающей головки, а носитель – магнитный материал – можно использовать многократно;

4) магнитная фонограмма сама по себе является бесшумной, а незначительный шум возникает при воспроизведении лишь из-за трения ленты о механические детали лентопротяжного механизма (скрипят также сами вращающиеся детали);

5) качество звукопередачи в процессе эксплуатации ухудшается значительно меньше, чем у фотографической или электромеханической фонограммы;

6) магнитная лента значительно дешевле кинопленки;

7) относительно большой объем записываемой информации.

Недостатки магнитного способа записи по сравнению с электромеханическим исчезающее малы. Одним из «смешных» недостатков является:

– трудности контроля и монтажа фонограммы в связи с тем, что фонограмма не видима глазом!

Другие недостатки, приведенные в [1], еще смешнее.

3.4.Оптический (фотографический) способ записи звука

Принцип оптического способа записи звука приведен на рис. 13.

Рис. 13.

а б в

Рис. 13.

На рис. 13, а приведена схематическая конструкция лазерного проигрывателя. На этой схеме обозначены:

1– место фокусировки лазерного луча на диске, 2 – линза, 3 – фотодиод, 4 – призма, 5 – двигатель установки лазера на дорожке, 6 – лазер.

На рис. 13, б приведена схема действия призмы, а на рис. 13, в – показанорасположение линзы относительно компакт-диска: здесь 1– луч света, 2 – держатель, 3 – линза, 4 – поверхность компакт-диска, 5 – основание, 6 – фокусировка луча лазера в точке на записывающем слое диска, 7 – прозрачный слой компакт-диска.

Простейший оптический звукозаписывающий аппарат состоит из источника света 1, конденсатора 2, щелевой прорези 3, магнита 4, ленты (заслонки) модулятора 5, бобин 6 с лентой, светонепроницаемой камеры 7, микрофона 8 и усилителя 9, окна 10, кинопленки 11.

Светочувствительная пленка движется с равномерной скоростью (456 мм/с), вдоль окна (рамки) 10, перематываясь с подающей бобины на приемную 6. На кинопленку 11 от источника света 1, конденсатор 2 и узкую щель 3 падает пишущий световой штрих. На пути света к пленке находится световой модулятор (лента), который изменяет световой поток в соответствии с электрическим сигналом звуковой частоты, поступающей от усилителя 9.

В зависимости от поступающих в микрофон звуковых колебаний лента модулятора, по которой проходит поток звуковой частоты, находясь в магнитном поле, будет колебаться, перекрывая при этом в большей или меньшей степени световой штрих. В результате освещенность кинопленки будет также изменяться. Эти изменения будут фиксироваться на кинопленке в виде невидимой звуковой дорожки – фонограммы.

Затем кинопленку подвергают фотохимической обработке. В результате на ней получается видимый негатив фонограммы.

В зависимости от конструкции и принципа действия светового модулятора световой штрих может изменяться или по ширине, или по плотности. В результате фонограмма получается или поперечной (рис. 14), или интенсивной(рис.15)

Рис. 14 – поперечная фонограмма Рис. 15 – интенсивная фонограмма

При демонстрации фильма проектирование изображений киноленты и воспроизведение фонограммы фильма происходят в разных частях аппарата. Поэтому для обеспечения синхронности звука и изображения негатива, изображение и звук печатают на одну пленку так, чтобы фонограмма опережала соответствующее изображение на 26 кадров.

3.5.Лазерная (цифровая) запись и воспроизведение звука

Рассказать об аналоговых и цифровых сигналах, об АЦП и ЦАП.

Магнитный и оптический способы записи и воспроизведения звука использовались и используются в течение длительного времени (оптические – с 1928, магнитные – с 1942). Но всему приходит конец.

Огромные успехи в достижениях лазерной техники, микроэлектроники, микрооптики и цифровой обработки сигналов привели к появлению (начало 1975 гг.) принципиально нового способа записи и воспроизведения звука и изображения. Это хорошо теперь известные носители информации – CD (компакт-диски), на которых записывается и с которых считывается информация с помощью лазерного луча.

Этот способ обладает несравненно более высоким качеством относительно всех других способов.

CD-диски (12 и 8 см в диаметре, были и 30 см в диаметре) представляют собой многослойную структуру (от 3-х до 6-ти слоев). Почему 12 см? Существует красивая легенда, по которой 12-ти сантиметровый диск полностью вмещает 9-ю симфонию Бетховена.

В CD-дисках все элементы измеряются в микронах (мкм). Так запись и соответственно чтение информации осуществляется миниатюрным полупроводниковым лазером с длиной волны излучения 0, 6…0, 8 мкм, расстояние между слоями – сотые доли мкм (0, 04), толщина слоя – 0, 05 мкм, толщина слоя поликарбонатной подложки – 1, 2 мкм, толщина защитного лакового слоя – 10 мкм.

Запись информации происходит так. Луч лазера за доли мкс в органическом слое красителя «прожигает» питы (диск нагревается до температуры 240-300 °С) (pit – яма, углубление).

Первый компакт диск с цифровой записью (лазерной) появился еще в 1971 г., который фирма Phillips представила на Берлинской Радио выставке. Этот КД (видеопластинка) назывался Laservision. Он был так назван, поскольку впервые запись и считывание с него осуществлялось бесконтактным способом с помощью луча лазера. Диаметр КД Laservision был 2-х размеров: 20 см и 30 см. Эти КД предполагалось широко использовать с 1980 г.

Однако широкое применение в начале 80-х нашли другие КД – CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory). Он состоит из прозрачной поликарбонатной основы диаметром 12 см (или 8 см) и толщиной 1, 2 мм. Эта основа покрыта тонким алюминиевым слоем, который защищен от повреждений слоем лака. Структура диска приведена на рисунке 16

Рис. 16

При сканирование диска лазерный луч по-разному отражается от углублений (питов) и от ровной поверхности (лэндов). Если от лэндов луч отражается полностью, то в питах он поглощается. Поэтому отраженный от лэнда луч можно воспринимать как «1», а поглощенный – как «0». Но на самом деле в CD используется несколько иной способ кодирования информации. Ноль представляется, как пит (но может и как лэнд), но единица всегда представляется как переход от одного к другому.

CD-диски обладают по сравнению с флоппи-дисками огромной памятью за счет следующего. Ширина питов равна 0, 4 мкм, расстояние между дорожками – 1, 6 мкм. Это значит, что на одном дюйме (2, 54 см) по радиусу диска размещается 16000 дорожек с информацией (рис. 17).

Рис. 17

К сравнению, на дюйме флоппи-диска (дискете) умещается всего лишь 96 дорожек.

Об обозначениях на CD-дисках

CD-R (Recordable Compact Disc) – однократная запись;

CD-RW (ReWritable) – перезаписываемый многократно;

4х – 12х, 32х, 52х – показатель максимальной скорости записи информации (1х = 150 кб/c).

700 MB 80 MIN – Емкость памяти – 700 мегабайт, Время считывания – 80 минут.

DVD-диски

Сначала немного истории. Технология оптической записи информации на диск появилась в 1961 г. в Стэндфорском университете США. Запись осуществлялась фотографическими методами в виде светлых точек и черточек на темном фоне. Воспроизводилась запись путем просвечивания видеодиска ртутной лампой.

В 70-е годы технология оптических дисков совершенствовалась, была доведена до промышленного производства и конкурировала с дисками механической (Telefunker Decka), емкостной (RCA) и магнитной (Bogen) видеозаписи.

Работа по созданию систем оптических дисков проводились и в СССР. В 1975 г. в структуре ВНИИРПА им. С.А. Попова была сформирована научная группа с целью разработки и реализации технологической записи и воспроизведения звуковой информации студийного качества на оптических носителях. Однако в то время наши ученые не располагали малогабаритными полупроводниковыми лазерами. Во многом это определило судьбу отечественного компакт-диска. Для работы дисководов (накопителей информации) приходилось использовать газовый лазер ЛГ-75, основой конструкции которого была довольно тяжелая трубка в 20 см длиной.

Модель отечественного оптического проигрывателя «Луч-002» демонстрировалась на ВДНХ за 2 года до появления на мировом рынке компакт-диска. Миллионы телезрителей увидели лазерный проигрыватель и оптический диск, а также услышали, как он звучит. На него была записана мелодия из кинофильма «Мой ласковый и нежный зверь». Новинка вызвала значительный интерес со стороны предприятий, производящих бытовую электронику. Но ни одно из них не располагало технологией изготовления полупроводниковых лазеров и необходимых оптических блоков. Нужна была кооперация. Но из-за междоусобной борьбы различных министерств за финансирование отечественные CD так и не увидели свет.

В момент своего появления в свет (1994 г.) технология DVD была новым способом записи и просмотра именно видео. Поэтому вначале аббревиатуру DVD официально расшифровывали как Digital Video Disc – т.е. цифровой видеодиск. Было также много неофициальных вариантов расшифровки, наример, Dead, Very Dead (Мертвый, Совсем мертвый). Так расшифровывали эту аббревиатуру пессимисты, считавшие, что DVD никогда не будет реализован. Затем появился вариант Delayed, Very Delayed (Задержанный, Очень задержанный) перед самым выходом этого формата. Незаконное производство и копирование DVD стало весьма распространенным явлением, несмотря на все усилия производителей. Поэтому вариант Digital Venereal Disease (Цифровое венерическое заболевание) используется в кругах пострадавших и сейчас.

Через некоторое время после появления DVD на рынке компании-производители поняли, что возможности этой технологии на много шире, чем просто видео. Многие диски могли служить для хранения произвольной информации, причем в гораздо больших объемах, чем на обычных CD. Нужно было поменять аббревиатуру DVD на что-то другое. Но эта аббревиатура всем нравилась, и придумывать что-то взамен никто не хотел. Поэтому решили подыскать для буквы «V» более подходящую расшифровку. Так родился 2-ой официальный вариант расшифровки DVD – Digital Versatile Disk (Цифровой универсальный диск). В настоящее время аббревиатура DVD никак не расшифровывается, кроме того она является столь популярной и общеупотребительной, что правами на нее никто не обладает.

В производстве DVD принимало участие много компаний ввиду их перспективности. DVD может иметь от 1-го до 4-х информационных слоев. Каждый слой может нести в 6 раз больше информации, чем весь CD – 3, 7 Гб. Всего на 2-хслойном диске предполагалось разместить 7, 4 Гб информации. Такой большой емкости удалось достичь за счет более короткой длины волны излучения считывающего лазера – 0, 635 мкм (против 0, 78 мкм у CD), и оптической системы с числовой апертурой (с латинского – отверстие, действующее отверстие оптического прибора, определяемое размерами линз и диафрагмами) – 0, 52 (0, 45 у CD).

У некоторых типов DVD емкость 2-х сторон может достичь 10 Гб (и даже 17 Гб). Это в 15 раз больше, чем у обычного CD. Для записи видеофильмов предполагалось использовать также компрессию (сжатие информации формата MPEG2), что дает 135 минут видео вещательного качества. А это уже полноформатный фильм.

Ввиду того, что производителями DVD было несколько ведущих компаний, существовало и разнообразие форматов этих дисков. Основными были два формата, но в сентябре 1995 г. был создан единый стандарт, получивший название DVD. Через год появились DVD-ROM и DVD-Video, а в январе 1997 г. проигрыватели, накопители (дисководы) и диски DVD были представлены общественности на выставке бытовой техники в Лас-Вегасе, США.

На рынке появились обозначения видео-дисков: DVD-R, DVD-RW, DVD+R и DVD+RW, а также и некоторые другие. Что это означает? Все относительно просто. Диски с «минусом» выпускает одна группа компаний, а с «плюсом» – другая. Какой из форматов выбрать? Теоретически «плюсовые» форматы более совершенны и перспективны, чем «минусовые». Последние форматы появились раньше, поэтому совместимы с более широким кругом накопителей. Однако время вносит свои коррективы и каждое из преимуществ постепенно сглаживается.

Однако с определенной долей уверенности можно сказать, что форматы DVD+R и DVD+RW являются более совершенными технологически. В пользу «плюсовых» форматов приводится несколько аргументов. Это заложенная в саму технологию DVD+R(W) более высокая устойчивость к шумам и точность определения позиции записи (считывание, аппаратное исправление ошибок) и лучшее качество записи, связывание данных без потерь после остановки записи и простота изготовления. Последнее вполне наглядно подтверждается и производителями носителей: до середины мая 2004 года 8х «болванки» DVD+R выпускались тремя фирмами (Verbatim, Philips и HP), DVD-R – ни одной.

Нельзя сказать, что в пользу DVD-R(W) отсутствуют положительные аргументы. Эти форматы появились раньше чем «плюсовые». Независимые тесты приводов подтверждают большую совместимость дисков DVD-R(W), чем DVD+R(W) (97% против 87%).

Опыт использования носителей обоих видов говорит о том, что с пользовательской точки зрения между ними нет особенной разницы. Во время записи может быть «запорот» как тот, так и другой диск. Количество ошибок также не имеет какой-то определенной направленности. Скорее всего, на качество записи информации гораздо большее влияние оказывают другие факторы: производитель «болванки», программа записи, накопитель, на котором производилась запись, накопитель, на котором производилось чтение, ОС, аппаратная часть ПК или DVD-плеера, условия хранения и т.п. Единственным помощником может являться опыт приобретения и записи DVD.

Перспективы DVD

В 2004 году было уже доступно следующее поколение оптических дисков. Оно стало возможным благодаря конкуренции 2-х различных технологий. Свою цель эти технологии видели в создании возможности хранения информации в формате HDTV (High Definition Tele Vision) – высококачественного телевидения нового поколения, которое было тогда уже доступно в США и Японии. Вещание в этом формате осуществляется по кабелю и через спутник. Обе технологии используют лазер с еще более короткой, чем у DVD, длиной волны – 0, 4 мкм («синий лазер»). Ожидалось, что новые носители войдут в продажу к 2005 – 2006 году.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая ⇒