Техника аналоговой звукозаписи

Техника аналоговой звукозаписи

Содержание

Введение                                                                                                   3

Аналоговая звукозапись                                                                          4

Механическая                                                                                           4

Электромеханическая запись                                                                  5

Оптическая (фотографическая) запись                                                  6

Магнитная звукозапись                                                                           7

Заключение                                                                                              11

Список используемой литературы                                                        12

Введение

История звукозаписи началась с изобретения Томаса Эдисона. Он изобрел фонограф – первый в мире прибор для записи и воспроизведения звука. Томас Эдисон вспоминает: «Однажды, когда я работал над улучшением телефона, я как-то запел над диафрагмой телефона (тоненькой стальной пластинкой), к которой была припаяна игла. Благодаря дрожанию пластинки, игла уколола мне палец, что заставило меня задуматься. Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи – отчего бы пластинке не заговорить? Вот и вся история: не уколи я палец – не изобрел бы фонографа!». Именно с изобретения фонографа, а вернее с 12 августа 1877 года, и начинается точка отсчета истории звукозаписи.

Аналоговая звукозапись

Под аналоговой подразумевают запись звуков на физический носитель таким образом, чтобы устройство воспроизведения производило колебания и создавало звуковые волны аналогичные тем, что были получены при сохранении. Аналоговой звукозаписи присущи следующие недостатки: недостаточный динамический диапазон, особенно в области верхних звуковых частот, повышенные (по современным понятиям) нелинейные искажения, детонация и модуляционные шумы, увеличение всех видов искажений при каждой последующей перезаписи или дублировании.

Механическая звукозапись

Механическая звукозапись основана на вырезании (или выдавливании) в материале носителя записи канавки с помощью звукозаписывающего устройства - рекордера. При воспроизведении по канавке перемещается (движется) игла воспроизводящего устройства - звукоснимателя.

В процессе развития механической записи были предложены два основных способа модуляции канавки: поперечный, при котором резец колеблется влево-вправо от нейтрального положения и канавка постоянной ширины приобретает извивы и глубинный, при котором резец смещается вверх-вниз от нейтрального положения, вырезая канавку переменной глубины и ширины

Все предварительные операции по записи и монтажу фонограммы ведут с помощью магнитной записи. Окончательно смонтированную магнитную фонограмму переводят в механическую на станке механической записи (рис. 2). Он имеет массивный диск (планшайбу) 1, вращаемый двигателем 2. Рекордер 4 с помощью механизма 3 перемещается в радиальном направлении. Носитель записи 5 (медный или лаковый диск) прочно закрепляется на планшайбе. Алмазный резец рекордера постепенно перемещается в радиальном направлении от края диска к центру. В отсутствие сигнала получается канавка без извилин, немодулированная.

При подаче на рекордер сигнала резец начинает колебаться и вырезать канавку сложной формы. Такую канавку называют модулированной.

После окончания записи на поверхность лакового диска наносят слой серебра, служащий далее токопроводом при электрохимическом процессе нанесения слоя никеля. Слой никеля достигает 0,3 ... 0,4 мм. Полученную копию (первый оригинал) осторожно отделяют от лакового диска. С первого оригинала снова электрохимическим (гальваническим) способом изготовляют несколько (до десяти) новых копий (вторых оригиналов). После отделения второго оригинала его прослушивают, как обычную грампластинку. Обнаруженные дефекты устраняют гравировкой, контролируя эту работу под микроскопом. Со вторых оригиналов снимают третьи оригиналы толщиной примерно 0,25 мм, для уменьшения износа матрицы покрывают слоем хрома (правда качество фонограммы при этом ухудшается) и используют в качестве матриц при прессовании пластинок. Одной матрицей без существенного ухудшения качества прессуют до тысячи пластинок. Материалом для пластинок служит винилит - сополимер винилхлорида с 15% винилацетата с небольшой добавкой размягчающих и окрашивающих веществ.

Электромеханическая запись

В 1925 году вместо способа записи через рупор стали пользоваться электроакустическим методом — запись через микрофон. За счёт уменьшения искажений частотный диапазон расширился с 150-4000 до 50-10000 Гц. Вместо пружинного двигателя для вращения пластинки стал использоваться электрический двигатель, а вместо механического звукоснимателя был применен сначала пьезоэлектрический, а позднее более качественный - магнитный. Записываемые звуковые колебания преобразуются микрофоном в соответствующие электрические токи, воздействующие после их усиления на электромеханический преобразователь - рекордер, который превращает переменные электрические токи посредством магнитного поля в соответствующие механические колебания резца. Для воспроизведения применялся пьезоэлектрический, а позднее более качественный - магнитный звукосниматель. Звукосниматели преобразуют колебания иглы, бегущей по звуковой дорожке грампластинки, в электрический сигнал, который после усиления в электронном усилителе поступает в громкоговоритель.

Электрофон

Проигрыватель виниловых дисков (граммпластинок)

Электрофон отличается от граммофона и патефона принципом действия, а именно тем, что в электрофоне механические колебания иглы звукоснимателя преобразуются в электрические колебания, которые проходят через усилитель и затем преобразуются в звук электроакустической системой, включающей, в зависимости от типа электрофона, от одного до четырёх электродинамических громкоговорителей.

В быту электрофон часто называют прои́грывателем

Электрофоны используются до сих пор как в домашних условиях, так и в электронной музыке в составе другого инструментария. Тем не менее, в домашних условиях их распространение практически свелось к нулю, равно как и продажа граммофонных пластинок, в силу фактически полного вытеснения их универсальными лазерными цифровыми проигрывателями и аудио компакт-дисками как носителями звуковой информации.

Оптическая (фотографическая) запись

Фонограмма переменной плотности (слева) и 
фонограмма переменной ширины (справа)

В 1904 году французский изобретатель Эжен (Юджин) Августин Ласт подготовил свой ​​первый прототип системы записи звука на кинопленку. В 1906 году он (вместе с австралийцем Хейнсом и британцем Джоном С. В. Плеттсом), подал заявку на патент, и получил патент № 18057 в 1907 году на "Процесс записи и воспроизведения одновременно движения людей или объектов и звуков, издаваемых ими", таким образом, 35-мм целлулоидная плёнка, содержала одновременно и кадр изображения и дорожку звука. В 1911 году он представил звуковой фильм в США, возможно, первый в истории показ фильма с помощью технологии оптической записи звука.

В 1919 году американский изобретатель Ли де Фо́рест подал свой первый патент на процесс озвучивания фильмов, в котором усовершенствовал разработку финского изобретателя Эрика Тигерштедта и немецкой компании Tri-Ergon, и назвал этот процесс «Фонофильм Фореста». В «Фонофильме» звук записывается непосредственно на плёнку в виде параллельных линий различных оттенков серого цвета. Позже такой метод стал известен как метод «переменной плотности» в отличие от метода «переменной ширины» в системе «RCA Фотофон», разработанной в RCA. Эти линии кодируют электрические сигналы от микрофона и наносятся фотографическим способом на плёнку, а во время демонстрации фильма переводятся обратно в звуковые волны.

В ноябре 1922 года Форест организовал в Нью-Йорке свою компанию Фонофильм, но ни одна из голливудских студий не выразила никакого интереса к его изобретению. Тогда Форест создал 18 коротких звуковых фильмов, и 23 апреля 1923 года организовал их показ в театре Риволи в Нью-Йорке. Макс и Дэйв Флейшеры использовали процесс «Фонофильм» в своём музыкальном трюковом мультсериале «Вслед за грохочущим шаром», начиная с мая 1924 года. Форест работал вместе с Фриманом Оуэнсом и Теодором Кейсом, совершенствуя систему «Фонофильм». Однако, они потерпели неудачу. Кейс передал их патенты владельцу студии Fox Film Corporation Вильяму Фоксу, который затем усовершенствовал собственный процесс озвучивания «Мувитон». В сентябре 1926 г. компания Фонофильм подала документы на банкротство. Голливуд к тому времени внедрил новый метод озвучивания «Витафон», разработанный компанией Warner Brothers, и выпустил 6 августа 1926 г. звуковой фильм «Дон-Жуан» с Джоном Бэрримором в главной роли.

В 1927 —1928 годах, Голливуд начал использовать для озвучивания фильмов системы «Мувитон» Фокса и «Фотофон» RCA. Между тем, владелец сети кинотеатров Великобритании Шлезингер приобрёл права на «Фонофильм», и с сентября 1926 г. по май 1929 г. выпускал короткометражные музыкальные фильмы британских исполнителей.

Магнитная звукозапись

Магнитная звукозапись основывается на свойстве ферромагнитных материалов (ферромагнетиков) намагничиваться под воздействием магнитного поля и сохранять остаточное намагничивание при выходе из этого поля. По мере необходимости, полученную фонограмму можно стереть (очистить) переменным магнитным полем. 

Поле магнитной головки намагничивает движущуюся ленту и преобразует временные изменения сигнала в пространственные изменения остаточной намагниченности ленты. Полученная таким образом невидимая запись представляет собой совокупность большого числа магнитиков, которые имеют различную длину и напряженность поля. Лента имеет тонкую гибкую основу из лавсана, полиэфирных смол, поливинилхлорида или из других полимерных материалов; наиболее широко используется основа из полиэфирной смолы; толщина стандартных лент составляет около 50 мкм. Основа ленты покрывается порошком из магнитного окисла, состоящим из мельчайших частиц игольчатой формы. В настоящее время известны три типа лент: 

- g-окисел железа (Fe2O3) 
- двуокись хрома (CrO2) 
- металлический (Me) 

Независимо от типа, окислы должны наноситься на материал основы при строго определенных условиях, позволяющих получить однородный слой толщиной около 4 мкм. 

 
Рис. 1. Магнитная лента в размагниченном состоянии. Домены имеют случайную намагниченность (полярность)

Магнитный слой, как уже упоминалось выше, изготавливается из магнитотвердого ферромагнитного материала. В любом ферромагнетике содержатся элементарные "магнитики" - домены. Даже атом с одним электроном, вращающимся с некоторой скоростью вокруг ядра, является элементарным магнитом, так как движущийся заряд электрона создает кольцевой ток, имеющий свое собственное магнитное поле. Отдельно взятые магнитные поля атомов очень слабы, но в домене все элементарные магнитные поля атомов складываются и образуют магнитное поле домена. Если ферромагнетик не намагничен, то магнитные поля отдельных доменов ориентированы хаотично по отношению друг к другу, и результирующее магнитное поле равно нулю. Если же этот ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, например, в виде сердечника в катушку индуктивности, то под воздействием этого поля магнитные поля доменов сориентируются в одном направлении. При этом к внешнему полю добавляются собственные поля доменов, и общее поле резко возрастает. Ферромагнетики характеризуются коэффициентом относительной магнитной проницаемости, показывающим, во сколько раз возрастает магнитная индукция в веществе по сравнению с внешним пространством. Относительная магнитная проницаемость может доходить у ферромагнетиков до нескольких десятков тысяч. Во столько же раз возрастает и магнитное поле в сердечнике. для изготовления сердечников магнитной головки используются магнитомягкие ферромагнетики. При снятии внешнего магнитного поля у таких материалов индукция исчезает. Магнитотвердые же ферромагнетики сохраняю некоторую намагниченность и после полного снятия внешнего магнитного поля. Рассмотрим, как происходит процесс намагничивания магнитотвердых материалов. 

 
Рис. 2. Петля гистерезиса

На рис. 2 по горизонтали отложена напряженность внешнего магнитного поля Н. Она пропорциональна силе тока в обмотке записывающей головки. По вертикали отложена магнитная индукция в магнитном материале. 

Начнем увеличивать ток в обмотке головки. На начальном участке кривой магнитная индукция в материале нарастает медленно, затем появляется участок быстрого роста индукции и, наконец, участок насыщения, когда при дальнейшем росте внешнего поля индукция не увеличивается. предельная величина индукции магнитного слоя называется индукцией насыщения Внас. Кривая называется основной кривой намагниченности. Теперь начнем уменьшать ток в обмотке головки. Домены в магнитном слое продолжают сохранять ориентацию, и магнитная индукция материала не уменьшается до нуля при обращении напряженности внешнего магнитного поля в нуль. Величина магнитной индукции при нулевом внешнем поле называется остаточной магнитной индукцией. Чем она больше, тем сильнее будет притягивать металлические предметы магнит, сделанный из этого материала, тем большим может быть уровень записи на магнитной ленте из этого же материала. Чтобы размагнитить материал слоя, надо подать в обмотку ток противоположного направления. Напряженность поля, при которой индукция В обратится в нуль называется коэрцитивной силой. Чем больше коэрцитивная сила, тем труднее размагнитить материал, тем меньше по размеру соседние домены с противоположной намагниченностью сохраняют ее. Увеличив затем ток в обмотке (в обратном направлении), намагнитим материал, но "наоборот". Периодически перемагничивая материал, получаем некоторую замкнутую кривую, называемую петлей гистерезиса. Чем больше площадь петли, тем большую работу на перемагничивание надо затратить. Непосредственно записать сигнал звуковых частот, подав его на выводы обмотки головки, можно, но при этом качество записи будет совершенно неудовлетворительным. Для объяснения этого обратимся к основной кривой намагниченности (рис. 2). Она показана для намагничивания в обоих направлениях. Поскольку начальный участок кривой пологий, то намагничивание ленты при слабых сигналах происходит плохо. Искажения сигнала при этом будут недопустимо велики. Современный метод записи, применяющийся в аналоговых магнитофонах, использует линеаризацию кривой намагниченности с помощью высокочастотного сигнала подмагничивания. При записи в обмотку головки наряду со звуковым подается высокочастотный сигнал, имеющий значительно больший уровень, чем звуковой. Высокочастотное магнитное поле, вызываемое этим сигналом, как бы раскачивает домены ферромагнетика, разрушая жесткие связи между ними и облегчая намагничивание ленты. Напряжение подмагничивания обеспечивает запись сигналов с использованием наиболее линейных участков основной кривой намагниченности. Так как напряжение подмагничивания успевает перемагнитить движущуюся ленту несколько раз за время прохода мимо зазора зависывающей головки, то эти колебания практически не остаются в полученной записи. 

Заключение

Самым главным недостатком аналоговой записи на магнитную ленту является старение носителя. За год фонограмма, которая имела нормальный уровень высоких частот, может потерять их. Виниловые грампластинки имеют тот же самый порок - достаточно несколько раз проиграть их и качество уже не то. Когда в начале 80-х годов появились компакт-диски, то одними из самых главных преимуществ нового носителя назывались долговечность и неподверженность механическому старению

Список используемой литературы

http://www.demorecord.ru/analogsound.php

http://soundchange.ucoz.ru/publ/zvukozapis_v_studii/istorija_zvukozapisi/12-1-0-8

http://ru.wikipedia.org/wiki/

http://xreferat.ru/38/1615-1-ustroiystva-obrabotki-analogovyh-signalov.html

http://xreferat.ru/38/1615-1-ustroiystva-obrabotki-analogovyh-signalov.html

2