ББК 32.871

В19

УДК 681.846.7.087.4

 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:

Берг А. И., Белкин Б. Г., Борисов В. Г., Ванеев В. И„ Геништа Е. Н., Гороховский А. В., Демьянов И. А., Ельяшкевич С. А„ Жеребцов И. П., Корольков В. Г., Смирнов А. Д„ Тарасов Ф. И., Чистяков Н. И.

                Василевский Д. П.

В 19   Частотные предыскажения и коррекция в магнитофонах.—М.: Энергия, 1979.—64 с., ил.—(Массовая радиобиблиотека; Вып. 980).

                35 к.

В книге рассмотрены вопросы применения частотных предыскажений и коррекции в магнитофонах, необходимых для компенсации потерь, возникающих в процессах записи и воспроизведения, описаны различные виды этих потерь. Уделено особое внимание оптимальному распределению суммарного значения потерь, подлежащих компенсации, между каналами записи и воспроизведения и методу стандартизации амплитудно-частотных характеристик этих каналов.

                Книга рассчитана на подготовленных радиолюбителей и может быть полезна специалистам, занимающимся разработкой и испытанием магнитофонов.

       30403-013

В ——————  248-79    2402030000                  ББК 32.871

       051(01)-79

© Издательство «Энергия», 1979.

 ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга посвящена двум тесно связанным между собой проблемам техники магнитной звукозаписи. Первая состоит в выборе характеристик частотных предыскажений и коррекции в усилителях магнитофона при его разработке. Выбор осуществляют исходя из получения оптимальных для используемого типа магнитной ленты качественных показателей записи и воспроизведения. Вторая проблема связана с обеспечением взаимозаменяемости фонограмм, т. е. с созданием условий, при которых качество звучания фонограммы, записанной па одном магнитофоне, не ухудшается при воспроизведении ее на другом.

В книге систематизированы и подвергнуты анализу материалы по этим проблемам, опубликованные за последние годы. Рассмотрены соответствующие методы измерения; описаны методы настройки магнитофонов при их производстве и эксплуатации.

Цель книги — помочь радиолюбителям и специалистам, связанным с разработкой, испытанием и эксплуатацией магнитофонов, разобраться в сложном комплексе вопросов, относящихся к выбору характеристик предыскажений и коррекции и к обеспечению обмена фонограммами. Для тех читателей, которые пожелают получить более подробные сведения по отдельным рассматриваемым в книге вопросам, приведен список соответствующей литературы.

В прилож. 1 приведены термины и определения по технике магнитной звукозаписи, составленные на основе ГОСТ 13699-74 «Запись и воспроизведение информации. Термины и определения». Это облегчит читателю понимание как данной книги, так и других книг и статей по указанной технике, публикуемых в нашей стране.

Материал книги излагается применительно к бытовым, студийным и репортерским магнитофонам.

Отзывы и замечания по книге следует направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб„ д.10, изд-во «Энергия», редакция Массовой радиобиблиотеки.

Автор

 ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрим процесс записи на магнитофоне. Если через обмотку записывающей головки магнитофона проходит ток звуковой частоты (ток записи), то магнитное поле у ее рабочего зазора изменяется во времени в точном соответствии с изменением тока. При записи это поле намагничивает рабочий слой магнитной ленты, проходящей по головке магнитофона, в результате чего возникает остаточный поток записи и образуется фонограмма. Этот поток и характер его распределения в пространстве зависят от магнитных свойств окружающей среды.

Поскольку в реальных условиях при воспроизведении фонограмма находится в контакте с сердечником ферромагнитной воспроизводящей головки, выполненным из материала со значительно большей магнитной проницаемостью, чем материал рабочего слоя ленты, принято считать, что запись воспроизводится в режиме «короткого замыкания» магнитного потока. Соответственно за уровень записи принимается величина так называемого потока короткого замыкания Ф.

При воспроизведении записи с помощью идеальной (не имеющей потерь) магнитной головки, поток в сердечнике головки будет равен потоку той же записи, протекающему через магнитный шунт, обладающий нулевым магнитным сопротивлением, находящийся в тесном контакте с внешней поверхностью рабочего слоя фонограммы на участке бесконечной длины. При использовании реальной воспроизводящей головки должно быть учтено отличие ее свойств от свойств идеальной головки, о чем будет подробно сказано в дальнейшем.

Поток короткого замыкания записи принято выражать в нано-веберах на 1 метр ширины дорожки записи на ленте (нВб/м). Это позволяет характеризовать уровень записи независимо от ширины дорожки.

При магнитном способе записи возникают так называемые потери, представляющие собой нежелательное уменьшение (а в некоторых случаях, увеличение) уровня сигнала в процессе записи и воспроизведения, зависящее от частоты сигнала f или длины волны записи на ленте l=v/f (v —скорость ленты при записи). Для выполнения обычного для магнитофонов требования по обеспечению равномерной амплитудно-частотной характеристики канала  записи-воспроизведения необходима компенсация потерь, приводящих к уменьшению уровня сигнала на высоких частотах. Эту компенсацию осуществляют подъемом высоких частот частично в усилителе записи (частотные предыскажения), частично—в усилителе воспроизведения (частотная коррекция). Суммарное значение потерь на высоких частотах, которые должны быть скомпенсированы, в значительной степени определяется свойствами используемой магнитной ленты и выбранными режимами записи. Распределение этого значения между усилителями записи и воспроизведения оказывает существенное влияние на шумы и нелинейные искажения в канале записи-воспроизведения магнитофона.

Выбранная частотная коррекция однозначно определяет амплитудно-частотную характеристику канала записи, которая должна быть стандартизована для каждой номинальной скорости ленты с целью обеспечения обмена фонограммами, записанными на разных магнитофонах. Эту стандартизацию производят в соответствии с рекомендациями специализированных международных организаций и осуществляют путем задания постоянных времени условной RC цепи. Для настройки и контроля магнитофонов применяются измерительные ленты. В некоторых случаях частотные предыскажения используются не только на высоких, но и на низких частотах, что позволяет уменьшить относительный уровень фона.

Характеристики предыскажений и коррекции на высоких и низких частотах соответственно определяются постоянными времени  t₁ и t₂. Значения этих постоянных, заданные в рекомендациях международных организаций и в государственных стандартах, периодически пересматриваются в соответствии с развитием техники. Для нестандартной аппаратуры соблюдение этих значений необязательно. Поэтому необходим критический подход к выбору t₁ и t₂ при разработке магнитофонов. Этот выбор обычно является компромиссным между шумами и нелинейными искажениями. В конечном итоге правильность выбора может подтвердить только опыт эксплуатации соответствующих устройств.

Важным условием высокого качества звучания при обмене фонограммами является обеспечение одинаковых амплитудно-частотных характеристик каналов записи и воспроизведения магнитофонов и перпендикулярность рабочих зазоров магнитных головок к направлению движения ленты. Для выполнения этого условия при производстве и эксплуатации магнитофонов используют ряд специальных методов измерений, настройки и контроля. Для ускоренной настройки и контроля магнитофонов в условиях массового производства применяют специальные технологические измерительные ленты.

ПОТЕРИ В ПРОЦЕССАХ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

На рис.1 изображена амплитудно-частотная характеристика (кривая 2-2') магнитной записи-воспроизведения. Рассмотрим эту характеристику на трех участках: а — область низких; б — средних и в — высоких частот.

При идеальных условиях э. д. с. воспроизводящей головки Е при неизменном токе записи I_з должна изменяться прямо пропорционально частоте сигнала (линия 1-1'), что определяется дифференцирующим свойством используемых индукционных воспроизводящих головок. Подобную зависимость часто называют зависимостью  «+6 дБ/окгава».

Все отклонения амплитудно-частотной характеристики записи-воспроизведения от зависимости «+6 дБ/октава» принято называть потерями. В общем виде потери— это уменьшение (или увеличение) уровня сигнала в процессе записи и (или) воспроизведения.

Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика магнитной записи-воспроизведения.

Потери на определенных частотах сигнала определяют расстоянием по оси ординат между линией   1-1' и кривой 2-2' (см. рис. 1) в децибелах. Положительными (по знаку) считают потери, соответствующие отклонению кривой 2-2' вниз от линии 1-1', отрицательными — соответствующие отклонению этой кривой вверх от указанной линии.

Потери записи и воспроизведения можно разделить на два основных вида: частотные потери, которые зависят от частоты сигнала и не зависят от длины волны записи, и волновые потери, которые зависят от длины волны записи.

На отдельных участках кривой 2-2' потери имеют разный характер. На участке а в правильно спроектированном устройстве потери небольшие, однако в некоторых случаях в области крайних низких частот кривая 2-2' может  приобретать   волнообразную  форму («змейка»), показанную на рис. 1 пунктиром, или отклоняться только вверх от линии 1-1' (указанные явления определяются волновыми потерями воспроизведения). На участке б (средние частоты) потери отсутствуют. На участке в (высокие частоты) потери только положительные  и  определяются  процессом как записи,  так и воспроизведения  (здесь имеют место и волновые, и частотные потери).

2. ПОТЕРИ ПРИ ЗАПИСИ

Волновые потери при записи возникают только на коротких волнах записи и по своему значению составляют существенную часть суммарных потерь на коротких волнах в процессе записи-воспроизведения. Основные виды волновых потерь записи (фазовые, угловые, амплитудно-волновые, необратимые потери из-за саморазмагничивания и др.) описаны в [1].

Суммарное значение волновых потерь в значительной степени определяется свойствами используемой магнитной ленты и выбранными режимами записи.

Влияние тока подмагничивания. Значение тока   подмагничива-ния, установленное в магнитофоне, влияет не только на волновые потери, но и на модуляционные шумы и нелинейные искажения в канале записи-воспроизведения. Поэтому выбор этого значения осуществляется на основе компромисса между указанными показателями.

Из-за различия характеристик подмагничивания для длинных и коротких волн записи оптимальные токи подмагничивания I_п.о для длинных волн имеют большее значение, чем для коротких. Объясняется это тем, что на длинных волнах по мере увеличения тока подмагничивания уровень записи увеличивается, так как при этом увеличивается глубина намагничивания рабочего слоя ленты. На коротких волнах более глубокое проникание критической зоны (зоны, в пределах которой происходит формирование дорожки записи) в рабочий слой не увеличивает в нем остаточного потока, наоборот, намагниченность в поверхностной активной части слоя снижается.  Кроме того, в процессе воспроизведения на коротких волнах действующими являются только те элементарные слои фонограммы, которые близко расположены к ее поверхности.

Близкие к минимальным значения модуляционного шума и нелинейных искажений на низких и средних частотах записываемого сигнала обеспечиваются при подмагничивании, оптимальном для длинных волн записи. Минимальные волновые потери соответствуют подмагничиванию, оптимальному для наиболее коротких волн.

Ток подмагничивания в магнитофонах обычно выбирают руководствуясь следующими соображениями.

П р и   с к о р о с т и   л е н т ы   38,1 см/с, являющейся основной скоростью в студийных магнитофонах, номинальный ток подмагничивания устанавливается по минимуму модуляционного шума, который соответствует обычно току подмагничивания I_п ==1,2 I_п.о на частоте 1000 Гц.

Уменьшение модуляционного шума при подмагничивании несколько большем, чем оптимальное, можно объяснить следующим. Определенная часть-модуляционного шума вызвана паразитной амплитудной модуляцией основного сигнала, вызываемой нестабильностью механического контакта между магнитной лентой и записывающей головкой. Если ток подмагничивания больше оптимального, то  при отдалении ленты от головки ослабляется поле основного сигнала, за счет чего уровень записи уменьшается. При этом ослабляется и поле подмагничивания, что приводит к повышению указанного уровня. Таким образом, происходит своеобразная автоматическая компенсация  колебаний  уровня  записи,  вызываемых  нестабильностью контакта между лентой и головкой. При указанном режиме подмагничивания нелинейные искажения близки к минимальным. Волновые потери при данной скорости ленты сравнительно малы.

П р и    с к о р о с т и    л е н т ы    19,05 см/с номинальный ток подмагничивания выбирается, как правило, по оптимуму для частоты 1000 Гц.

С к о р о с т и    9,53  и  4,76 см/с используются главным образом в бытовых магнитофонах. Поскольку при разработке таких магнитофонов ставится задача обеспечения записи и воспроизведения сигналов частотой до 15 кГц (что при скорости 4,76 см/с соответствует l»3 мкм), выбор тока подмагничивания оказывает особенно большое влияние на волновые потери записи. При указанных скоростях подмагничивание выбирается обычно близким к оптимальному для частоты 1000 Гц. В этих условиях обеспечиваются достаточно малые модуляционные шумы и нелинейные искажения, но волновые потери записи остаются все же значительными.

Методика установки тока подмагничивания в магнитофонах приведена в § 14.

Влияние толщины рабочего слоя ленты. Существенное уменьшение волновых потерь на коротких волнах записи может быть достигнуто применением современных типов магнитных лент с тонким рабочим слоем (5—6 мкм). При уменьшении толщины рабочего слоя разница между оптимальными токами подмагничивания для длинных и коротких волн уменьшается. Несмотря на малую толщину рабочего слоя указанные ленты обеспечивают достаточно большой уровень записи при заданных нелинейных искажениях, что достигается применением магнитных материалов с большой остаточной намагниченностью,

Влияние ширины рабочего зазора записывающей головки. Ширина указанного зазора в общем не оказывает существенного влияния на волновые потери. Поскольку она одновременно влияет на глубину и однородность намагничивания рабочего слоя ленты, то от нее зависят значения модуляционного шума и нелинейных искажений. Поэтому выбор ширины зазора производится на основе компромисса между различными качественными показателями записи. Ширину зазора записывающей головки обычно выбирают приблизительно равной толщине рабочего слоя используемой магнитной ленты (для студийных магнитофонов 12—18, для бытовых 8—10 мкм). Для универсальных головок ширина рабочего зазора определяется условиями обеспечения достаточно малых щелевых потерь при работе головки в режиме воспроизведения (для бытовых магнитофонов она выбирается около 2 мкм).

Частотные потери записи возникают на высоких частотах записываемого сигнала и вызываются расходом энергии на вихревые токи и на гистерезис в сердечнике и арматуре записывающей головки. Для современных записывающих головок частотные потери не превышают 1 дБ на верхнем пределе рабочего диапазона частот магнитофона.

 3. ПОТЕРИ ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ

Все потери, возникающие в процессе воспроизведения, можно разделить на следующие виды: волновые потери на коротких волнах записи, включающие в себя щелевые потери, потери перекоса и сдвига, контактные и слойные потери; волновые потери на длинных волнах записи («змейка» и «боковое проникание»); частотные потери, определяемые потерями на вихревые токи и гистерезис в воспроизводящей головке.

Волновые потери при воспроизведении коротких волн записи. Щелевые потери возникают при воспроизведении сигналов с длиной волны записи, соизмеримой с шириной рабочего зазора («щели») воспроизводящей головки, и объясняются усредняющим действием этого зазора. Щелевые потери отсутствуют, если   э ф ф е к т и в н а я   ширина рабочего зазора  s  ничтожно мала в сравнении с длиной волны l. В зависимости от точности выполнения рабочего зазора головки эффективная, т. е. действующая, ширина зазора превышает геометрическую ширину в 1,1—1,5 раза.

Если l становится равной  s, то полезный магнитный поток в сердечнике головки исчезает, а э. д. с. головки теоретически становится равной нулю. Эта точка амплитудно-частотной характеристики записи-воспроизведения E(f) называется первым минимумом характеристики. За ним следуют второй максимум, второй минимум (соответствующий условию 2l=s) и т. д. Длина волны записи воспроизводимого сигнала, соответствующая   первому  минимуму, равна эффективной ширине рабочего зазора воспроизводящей головки.

Зависимость щелевых потерь D_s от длины волны записи воспроизводимого сигнала, определяемая так называемой щелевой функцией, может быть подсчитана в децибелах по формуле

sin x ps

D_s  = -20 1g ———  ,     где x = ——  .

x                              l

Щелевые потери для любой частоты или длины волны могут быть определены по диаграмме, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость щелевых потерь от длины волны записи.

На практике эффективную ширину рабочего зазора s воспроизводящих головок определяют следующим образом. На магнитной ленте при возможно меньшей скорости ее движения записывается гармонический сигнал с плавно увеличивающейся частотой («скользящий тон»). Запись осуществляется при неизменном токе записи. Верхний предел полосы частот записи должен соответствовать возможно меньшей длине волны записи сигнала. Для этого запись производят на ленте с высокой разрешающей способностью. С тем чтобы первый минимум кривой E(f) был выражен достаточно четко, ток подмагничивания выбирается оптимальным для коротких длин волн (например, для длины волны, соответствующей второму максимуму). В некоторых случаях оказывается целесообразным подмагничивание выключить вообще. Записанная сигналограмма воспроизводится испытуемой головкой, и с помощью регистрирующего прибора фиксируется э. д. с. головки Е в зависимости от частоты воспроизводимого сигнала f. На полученной кривой E(f) находят частоту первого минимума f₁. Эффективную ширину рабочего зазора головки обычно определяют в микрометрах по формуле

V × 10⁴

s  =  ———  ,                                                                                                                                                    (2)

f₁

где V — скорость сигналограммы, см/с; f₁ — частота первого минимума, Гц.

Для воспроизводяших головок, используемых в магнитофонах, щелевые потери не должны превышать 4 дБ. Это означает, что эффективная ширина рабочего зазора должна составлять не более 50% наименьшей длины волны.

Потери перекоса. Записывающие, воспроизводящие и универсальные головки в магнитофонах устанавливают таким образом, чтобы углы наклона их рабочих зазоров составляли точно 90°. Принято считать, что при выполнении данного условия рабочий зазор воспроизводящей головки будет всегда параллелен магнитному штриху записи на воспроизводимой фонограмме независимо от того, на каком магнитофоне она была записана. Однако это справедливо только для случая, когда фонограмма была записана записывающей головкой со строго прямоугольной со стороны рабочей поверхности головки формой рабочего зазора, так как угол наклона магнитного штриха определяется направлением не рабочего зазора записывающей головки, а выходной грани этого зазора. Указанное обстоятельство может привести к «скрытым» потерям перекоса в магнитофонах с универсальной головкой (см. § 17).

Перекос рабочих зазоров записывающих и воспроизводящих головок может привести к взаимному перекосу магнитного штриха записи на фонограмме и рабочего зазора воспроизводящей головки a. Действие этого перекоса аналогично увеличению эффективной ширины рабочего зазора головки, и возникающие из-за него потери перекоса подчиняются закону щелевых потерь (1). Если считать, что магнитный штрих записи на фонограмме строго перпендикулярен направлению движения магнитной ленты, а рабочий зазор воспроизводящей головки установлен с перекосом (рис. 3), то угол перекоса зазора головки равен углу взаимного перекоса a, и потери перекоса D_a в децибелах равны:

 sin x’

D_a  = -20 1g ———  ,                                      (3)

x’

где x’ = ps’/l;  s’—кажущаяся эффективная ширина рабочего зазора головки (проекция рабочего зазора на край ленты, показанная на рис. 3),

s' = b tg a                                                         (4)

Рис. 3. Воспроизведение двухдорожечной монофонической фонограммы (вид на рабочий слой магнитной ленты).

1 — фонограмма; 2 —магнитный штрих дорожки записи; 3 — рабочий зазор воспроизводящей головки.

где b — ширина дорожки воспроизведения; a — угол взаимного перекоса.

По формуле (4)   x’  можно выразить следующим образом:

p b tg a

x’  = —————  .                                                (5)

l

С помощью кривой, приведенной на рис. 4, могут быть определены как щелевые потери D_s, так и потери перекоса D_a. При этом по оси абсцисс необходимо брать соответствующее значение s/l (для D_s) или s’/l (для D_a).

Потери сдвига. При суммировании выходных сигналов левого и правого каналов стереофонического магнитофона (или сигналов двух дорожек стереофонической фонограммы) могут возникать потери сдвига D_j , определяемые сдвигом фаз этих сигналов. Причиной такого сдвига является взаимное смещение рабочих зазоров воспроизводящих головок магнитофона и магнитных штрихов дорожек записи на фонограмме.

Рассмотрим случаи практического использования стереофонических магнитофонов и фонограмм, при которых возникают потери перекоса и потери сдвига:

а) воспроизведение стереофонической фонограммы на стереофоническом магнитофоне в стереофоническом режиме;

б) воспроизведение стереофонической фонограммы на стереофоническом магнитофоне в монофоническом режиме;

в) воспроизведение монофонической фонограммы на стереофоническом магнитофоне;

г) воспроизведение стереофонической фонограммы на монофоническом магнитофоне.

Рис. 4.  К определению щелевых потерь D_s и потерь перекоса D_a.

Случаи «б», «в» и «г» являются примерами использования совместимости  стереофонической и монофонической звукозаписи. При этом в случаях «б» и «в» суммируются сигналы на выходах каналов воспроизведения стереофонического магнитофона, а в случае «г» — сигналы дорожек записи стереофонической фонограммы воспроизводящей головкой моно-фонического магнитофона. Потери при указан-ном суммировании вызывают спад высоких частот при воспроизведении соответствующих фонограмм. В случае «а» при взаимном перекосе в стереоканалах магнитофона возникают потери перекоса D_a1 и D_a2, которые определяются по формуле (5), при этом за величину  b  принимается ширина дорожки воспроизведения каждого канала. Потери сдвига на выходе магнитофона отсутствуют.

Рис. 5. Воспроизведение стереофонической фонограммы на стереофоническом магнитофоне в монофоническом режиме (вид на рабочий слой магнитной ленты).

1 — магнитные штрихи дорожек записи; 2 — линии, параллельные рабочим зазорам   воспроизводящих   головок; УВ_лев и УВ_прав — усилители воспроизведения левого и правого каналов; ВГ_лев и ВГ_прав — воспроизводящие головки левого и правого каналов; b₁ и b₂ — ширина дорожек воспроизведения левого и правого каналов: a₁ и a₂ — углы взаимного перекоса для левого и правого каналов.

На практике часто возникает необходимость преобразования сигналов, воспроизводимых с дорожек записи левого и правого каналов стереофонической фонограммы, в один общий сигнал, предназначенный для использования в монофонической аппаратуре (усилитель мощности, линия, радиопередатчик и др.). Одним из способов получения такого сигнала является суммирование сигналов на выходах усилителей воспроизведения стереофоничес-кого магнитофона (случай «а» на рис. 5).

В данном случае могут возникнуть как потери перекоса D_a1 и D_a2, так и потери сдвига D_j . Суммарные потери перекоса и сдвига D_S будут равны: D_S = D_a1 + D_a2 + D_j .

Потери сдвига D_j (в децибелах) определяют по формуле

                     ____________

D_j =  20 lg Ö(1 + cos j) / 2   ,                  (6)

где j — угол сдвига фаз между сигналами на выходах стереоканалов в радианах,

       2pl tg a_j

j = ————  ,                                       (7)

V

Рис. 6. Воспроизведение монофонической фонограммы  на стереофоническом магнитофоне (вид на рабочий слой магнитной ленты).

1 — магнитный штрих записи; 2 — линии, парал-лельные рабочим зазорам  головок  воспроизведения.

где V  — скорость фонограммы, см/с; f—частота воспроизводимого сигнала, Гц; l — расстояние между средними линиями дорожек воспроиз-ведения, см; a_j — угол сдвига средних точек магнитных штрихов дорожек записи и рабочих зазоров воспроизводящих головок.

В случае «в» (рис. 6) потери перекоса (D_a1 и D_a2) определяют по формуле (5), потери сдвига D_j — по формулам (6) и (7). Углы a₁, a₂ и a_j находят относительно линии, совпадающей с направлени-ем магнитного штриха записи на фонограмме.

Рис. 7. Воспроизведение стереофонической фонограммы на монофоническом магнитофоне (вид на рабочий слой магнитной ленты).

1 — магнитный штрих дорожки записи левого канала; 2—магнитный штрих дорожки записи правого канала; 3 — рабочий зазор воспроизводящей головки; 4 — линии, параллельные рабочему зазору воспроизводящей головки.

Наиболее  распространенным способвм получения совмещенного   монофонического сигнала от стереофонической фонограммы является способ, при котором фонограмма воспроизводится на монофоническом магнитофоне с воспроизводящей головкой, рабочий зазор которой одновременно перекрывает  дорожки  записи обоих стереоканалов фонограммы (случай «г» на рис. 7). При этом суммирование сигналов, записанных на обеих дорожках, осуществляется непосредственно воспроизводящей головкой. Возникающие потери перекоса и потери сдвига могут быть подсчитаны по формулам, указанным выше. Углы a₁, a₂ и a_j определяют относительно линии, совпадающей с направлением рабочего зазора воспроизводящей головки.

Сопоставление потерь перекоса и сдвига, возникающих в монофонических и стереофонических магнитофонах. При воспроизведении монофонической фонограммы на монофоническом магнитофоне (см. рис. 3) при уменьшении ширины дорожки воспроизведения b потери перекоса при неизменном a уменьшаются (5). Однако при этом уменьшается и точность установки угла наклона рабочих зазоров головок по измерительной ленте с записью сигнала высокой звуковой частоты.

При воспроизведении стереофонической фонограммы на стереофоническом магнитофоне на выходе магнитофона возникают только потери перекоса.

При суммировании сигналов  на  выходах  стереоканалов (см. рис. 5 и 6), а также при суммировании сигналов стереодорожек воспроизводящей головкой магнитофона (см. рис. 7) значительную ролъ играют потери сдвига. С этими потерями приходится считаться и при стереофоническом воспроизведении стереофонической фонограммы в совместимых системах стереофонического радиовещания, Поскольку одним из основных требований, предъявляемых к таким системам, является обеспечение возможности монофонического приема стереофонических передач. В данном случае звеном радиовещательного тракта, в котором суммируются стереосигналы, является монофонический радиоприемник. Фазовый сдвиг между сигналами стереоканалов (причина которого — взаимный сдвиг рабочих зазоров головок магнитофона, на котором воспроизводится стереофоническая фонограмма, и магнитных штрихов этой фонограммы приводит к спаду высоких частот на выходе радиоприемника на значение потерь сдвига D_j .

Для случаев, соответствующих рис. 5 и рис. 6, потери сдвига (для данной измерительной ленты) могут быть сведены к нулю установкой наклона блока воспроизводящих головок с помощью измерительной ленты по минимуму сдвига фаз между сигналами на выходах стереоканалов, но одновременно могут увеличиться потери перекоса в каждом стереоканале (см. § 17). Потери перекоса и потери сдвига в ряде случаев (особенно при малых скоростях фонограммы) могут достигать больших значений.

Контактные потери. В реальных условиях воспроизведения между поверхностью фонограммы и сердечником воспроизводящей головки всегда существует зазор, обусловленный шероховатостью поверхности ленты и головки или образованием на рабочей поверхности головки тонкого слоя материала со сравнительно малой магнитной проницаемостью, так называемого наклепа.

Потери при воспроизведении коротких волн записи, вызываемые указанным зазором, называются контактными потерями D_a . Они (в децибелах) могут быть определены по формуле

D_a = - 20 lg e^—2pa/l = 54,5a/l ,                                                                                                                  (8)

где  a —ширина зазора, составляющая на практике от 0,5 до 1,5 мкм.

Существенное влияние на ширину зазора, а следовательно, и на контактные потери оказывает правильность выбора угла обхвата головки и натяжения ленты (в студийных магнитофонах) и параметров лентоприжима (в бытовых магнитофонах).

Расчет по формуле (8) показывает, что контактные потери при частоте 10 кГц и скорости ленты 9,53 см/с составляют около 2,7 дБ при a = 0,5 мкм.

Слойные потери обусловлены конечной толщиной рабочего слоя ленты d и возникают потому, что более глубокие части слоя неизбежно удалены на некоторое расстояние от сердечника воспроизводящей головки. Эти потери появляются на коротких волнах и по своей природе близки к контактным потерям.

Слойные потери воспроизведения D_d при отсутствии зазора между головкой и фонограммой (a = 0) в случае магнитной проницаемости рабочего слоя ленты, равной единице (m = 1), могут быть определены (в децибелах) по формуле

                   1 — e^—y

D_d’ = -20 lg ————                                                                                                                                       (9)

y

где  y = 2pd'/l, d' — действующая глубина намагничивания рабочего слоя ленты.

Практический расчет потерь по формуле (9) затруднен тем, что глубина намагничивания d' не может быть определена с достаточной точностью. Слойные потери могут быть снижены путем применения современных магнитных лент с тонким рабочим слоем.

Волновые потери при воспроизведении длинных волн записи могут возникнуть в следующих случаях: длина рабочей поверхности сердечника воспроизводящей головки не является достаточно большой в сравнении с наибольшей длиной волны записи, подлежащей воспроизведению; длина рабочего зазора воспроизводящей головки значительно меньше ширины воспроизводимой дорожки записи (рис. 8).

Рис. 8. Воспроизведение записи на фонограмме при ширине дорожки записи, значительно превышающей длину рабочего зазора воспроизводящей головки.

1 — фонограмма; 2 — дорожка записи; 3 — рабочий зазор воспроизводящей головки.

Для первого случая потери возникают в связи с тем, что на длинных волнах внутренний поток записи на фонограмме замыкается не только через сердечник воспроизводящей головки, но и через окружающую среду. Условия распределения потока определяются условиями среды и меняются с изменением длины волны воспроизводимой записи. Поэтому потери могут быть как положительными, так и отрицательными. Кривая E(f) приобретает волнистый характер  (см. «змейку» на кривой 2, приведенной на рис. 1). Волновые потери данного вида можно устранить или значительно снизить, приняв следующие меры при конструировании воспроизводящей головки: для головок с тороидальным сердечником радиус закругления рабочей поверхности головки должен быть достаточно большим; для головок с прямоугольным сердечником угол, под которым пересекаются линии, совпадающие с направлением рабочих поверхностей полюсных наконечников головки, должен быть достаточно велик (более 90°), наружные (не обращенные к рабочему зазору) края полюсных наконечников должны иметь достаточно большой радиус закругления; катушки следует располагать возможно дальше от рабочей поверхности головки.

Необходимо отметить также, что на «змейку» оказывают существенное влияние размеры и расположение внешнего экрана головки.

Для второго случая волновые потери объясняются «боковым прониканием» потока с соседних участков дорожки записи в сердечник воспроизводящей головки. Потери этого рода выражаются в увеличении э. д. с. головки при воспроизведении длинных волн записи по сравнению с расчетными значениями; э.д.с. возрастает с увеличением длины волны. Таким образом, эти потери имеют отрицательный знак.

Потери из-за «проникания» с каждой стороны рабочего зазора головки (рис. 8) D_E в децибелах равны:

1 - exp ( - mb/b_A )

D_E  = — 20 lg ( 1 + ———————— )  ,                                                                                                 (10)

m

где m = 2p b_A /l;  b_A — длина рабочего зазора воспроизводящей головки; b — расстояние между одним из краев дорожки записи и ближайшим краем рабочего зазора воспроизводящей головки.

Рис. 9. Определение потерь «бокового проникания» D_E в зависимости от l / b_A .

D_E  для конкретных значений  b_A ,  b и l могут быть определены с помощью кривых, приведенных на рис. 9. Для определения потерь с обеих сторон рабочего зазора воспроизводящей головки вычисление по указанной выше формуле необходимо произвести 2 раза, подставляя каждый раз вместо b соответствующее значение b₁  и  b₂,  и результаты суммировать.

Для исключения потерь данного вида необходимо стремиться к тому, чтобы ширина дорожки воспроизведения не была намного меньше ширины дорожки записи. При невозможности соблюдения этого условия при измерении амплитудно-частотной характеристики канала воспроизведения по измерительной ленте следует вводить соответствующие поправки или изменять амплитудно-частотную характеристику усилителя воспроизведения.

Частотные потери   определяются расходом энергии на вихревые токи и на гистерезис в сердечнике и арматуре воспроизводящей головки.

Экспериментально частотные потери воспроизводящей головки могут быть определены следующим образом. Одну и ту же запись гармонического сигнала достаточно высокой частоты воспроизводят испытуемой головкой несколько раз при различных скоростях движения ленты. Каждый раз измеряют э. д. с. головки (или напряжение на выходе усилителя, включенного после этой головки и имеющего равномерную амплитудно-частотную характеристику). В этом случае частота воспроизводимого сигнала увеличивается прямо пропорционально скорости сигналограммы, а длина волны остается без изменения. При отсутствии частотных потерь э. д. с. головки будет возрастать с увеличением частоты по закону «+6 дБ/октава». Отклонение полученной кривой от этого закона будет характеризовать частотные потери головки.

Другим возможным способом определения частотных потерь является способ индукционной петли. На рабочую поверхность головки прикрепляют проводник в ферме петли, присоединенный к генератору сигналов звуковой частоты. Затем в диапазоне звуковых частот (30—18 000 Гц) измеряют зависимость напряжения на головке от частоты сигнала при неизменном токе в проводнике. Отклонение полученной зависимости от линии «+6 дБ/окгава» будет представлять частотные потери головки.

У современных воспроизводящих головок с сердечниками, выполненными из тонких пластин пермаллоя или из феррита, частотные потери не превышают 1 дБ на верхнем пределе рабочей полосы частот магнитофона.

ПРИМЕНЕНИЕ  ЧАСТОТНЫХ  ПРЕДЫСКАЖЕНИИ  И  КОРРЕКЦИИ  В  УСИЛИТЕЛЯХ  МАГНИТОФОНА.   ВОПРОСЫ  СТАНДАРТИЗАЦИИ

4. КОМПЕНСАЦИЯ ПОТЕРЬ НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ

Все потери, которые были рассмотрены выше, можно разделить на две категории.

К   п о т е р я м   п е р в о й   к а т е г о р и и   относятся потери, не имеющие непосредственной связи с физическими процессами магнитной записи и воспроизведения и определяемые в основном недостатками конструкции или изготовления магнитофона. Этими потерями являются потери перекоса и сдвига, а также волновые потери при воспроизведении длинных волн записи. Компенсации потерь данной категории в усилителях магнитофона не производится, и их сводят к необходимому минимуму путем принятия соответствующих конструктивных или эксплуатационных мер или учитывают при измерениях.

К   п о т е р я м   в т о р о й   к а т е г о р и и   относятся все остальные потери, возникающие на высоких частотах или на коротких волнах. Такие потери органически связаны с процессами записи и воспроизведения. Для обеспечения равномерной амплитудно-частотной характеристики канала записи-воспроизведения они должны быть скомпенсированы введением предыскажений в усилителе записи и с помощью коррекции в усилителе воспроизведения. К сожалению, волновые потери записи и слойные потери воспроизведения, составляющие вместе основную долю потерь, подлежащих компенсации, не могут быть определены раздельно с достаточной точностью. Частотные потери записи настолько малы (1—1,5 дБ), что их определять и компенсировать раздельно нет смысла, поэтому при разработке магнитофонов обычно поступают следующим образом.

Для первоначально выбранных параметров и режимов записи экспериментальным путем определяют амплитудно-частотвую характеристику записи-воспроизведения E(f) (кривая 2 на рис. 1). При этом исключают потери перекоса установкой рабочего зазора воспроизводящей головки строго параллельно магнитному штриху записи,  выполненной  на  том  же  устройстве  (см. § 17).  Отклонение этой характеристики от закономерности «+6 дБ/октава» соответствует суммарным потерям записи и воспроизведения данного устройства. Затем в случае необходимости принимают меры к снижению измеренных потерь и повторно снимают кривую E(f).

Из окончательной кривой, характеризующей минимальное значение суммарных потерь записи-воспроизве-дения, достижимое в данном устройстве, вычитают волновые потери при воспроизведении длинных волн записи, определяемые как отклонение кривой от участка, на котором обеспечивается зависимость «+6 дБ/октава» (средние частоты) и который продлен в сторону низких частот, и щелевые и частотные потери воспроизводящей головки, значения которых определяются по методике, приведенной в § 3. Оставшееся значение потерь распределяется для компенсации между каналом записи и каналом воспроизведения согласно § 6, 7.

К той части потерь, которая подлежит компенсации в канале воспроизведения, добавляются потери воспроизводящей головки. В канале записи должна быть скомпенсирована оставшаяся часть суммарных потерь.

При указанных условиях амплитудно-частотная характеристика канала записи-воспроизведения магнитофона будет равномерной.

5.  ПРЕДЫСКАЖЕНИЯ  И  КОРРЕКЦИЯ  НА  НИЗКИХ  ЧАСТОТАХ

Помимо предыскажений и коррекции на высоких частотах, необходимых для компенсации потерь, возникающих в процессах записи и воспроизведения, иногда в магнитофонах применяют предыскажения и коррекцию на низких частотах для уменьшения относительного уровня фона в канале воспроизведения.

Дифференцирующее свойство обычно используемой индукционной воспроизводящей головки определяет малое значение полезного сигнала головки на низких частотах (см. рис. 1),  что осложняет борьбу с наводками фона. Задача уменьшения фона до необходимого уровня требует тщательной экранировки воспроизводящей головки и входных цепей усилителя воспроизведения, а в некоторых случаях и экранировки узлов и деталей магнитофона, являющихся основными источниками наводок (электродвигатели, силовые трансформаторы, электромагниты и др.). Когда принятые меры по экранировке все же не обеспечивают достаточно малого относительного уровня фона, применяют частотные предыскажения и коррекцию на низких частотах. При этом в амплитудно-частотной характеристике усилителя записи I_з(f) предусматривается подъем, увеличивающийся с уменьшением частоты. Этот подъем позволяет поднять уровень записи на низких частотах и тем самым увеличить амплитуду сигнала воспроизводящей головки. В усилителе воспроизведения одновременно осуществляется спад низких частот на те же значения, на которые они были подняты в усилителе записи. Благодаря этому амплитудно-частотная характеристика канала записи-воспроизведения остается равномерной.

Таким образом, частотная коррекция на низких частотах принципиально отличается от коррекции на высоких тем, что в усилителе воспроизведения осуществляется спад, а не подъем корректируемых частот.

По существу введение частотных предыскажений и коррекции на низких частотах не имеет прямой связи с физическими процессами магнитной записи и воспроизведения, а вызывается лишь недостатками конкретного устройства (плохой экранировкой). Согласно Публикации № 94 Международной электротехнической комиссии (МЭК) «Устройства записи и воспроизведения с использованием магнитной ленты. Размеры и характеристики», являющейся основным международным нормативным документом по технике магнитной записи, применение частотных предыскажений и коррекции в магнитофонах на низких частотах не является обязательным. Тем не менее они часто используются на практике, особенно в магнитофонах с узкими дорожками записи и малыми скоростями ленты.

Естественно, что использование предыскажений на низких частотах позволяет уменьшить относительный уровень фона в канале записи-воспроизведения лишь тогда, когда «слабым местом» магнитофона (в отношении фонов) является канал воспроизведения, а не канал записи.

6.  СОПОСТАВЛЕНИЕ  АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ  ХАРАКТЕРИСТИК

Не останавливаясь пока на вопросах количественного распределения компенсации суммарных потерь между каналами записи и воспроизведения, которое имеет существенное значение для обеспечения оптимальных качественных показателей магнитофона, рассмотрим соотношения между различными амплитудно-частотными характеристиками при наличии предыскажений и коррекции на низких и высоких частотах.

На рис. 10 показаны три группы характерисгик: зависимость напряжения на выходе усилителя    воспроизведения U_вых(f), потока короткого замыкания записи на фонограмме Ф(f) и тока записи I_з(f) of частоты.

В   п е р в о й   г р у п п е   к р и в ы х   кривая 0-0’ является характеристикой «—6 дБ/октава». Кривая 0-2 (или при наличии коррекции на низких частотах 1-2) представляет собой амплитудно-частотную характеристику усилителя стандартного канала воспроизведения. Кривые 0-3 и 1-3 учитывают щелевые и частотные погери воспроизводящей головки и соответствуют амплитудно-частотным характеристикам реального усилителя воспроизведения магнитофона. Таким образом, расстояние по оси ординат между кривыми 0-2 и 0-3, выраженное в децибелах, представляет собой разницу в характеристиках практически используемой и «идеальной» воспроизводящих головок.

Рис. 10. Амплитудно-частотные характеристики.

В о   в т о р о й   г р у п п е   к р и в ы х   разница между прямой 4-4' и кривой 4-6 отражает суммарные потери записи-воспроизведения, которые должны быть скомпенсированы в каналах записи и воспроизведения. Эти потери, которые не включают в себя потери перекоса и сдвига, потери при воспроизведении длинных волн записи, а также щелевые и частотные потери воспроизводящей головки, могут быть определены по методике, описанной в § 4. Кривая 4-6 соответствует частотной зависимости потока короткого замыкания фонограммы, записанной при неизменном токе записи на всех частотах. Кривая 4-7 (или при наличии предыскажений на низких частотах 5-7) представляет собой стандартную (или выбранную для данного конкретного случая) амплитудно-частотную характеристику канала записи. Эта кривая соответствует номинальной характеристике частотной зависимости потока короткого замыкания измерительной ленты для проверки амплитудно-частотной характеристики канала воспроизведения магнитофонов (см. § 18).

Расстояние между кривой 4-7 и прямой 4-4' характеризует долю суммарных потерь записи-воспроизведения (не считая щелевых и частотных потерь воспроизводящей головки), которая должна быть скомпенсирована в канале воспроизведения. Это расстояние равно расстоянию между кривой 0-2 и прямой 0-0'. Расстояние между кривой 5-7 и прямой 4-4' в области низких частот соответствует предыскажениям на низких частотах и равно расстоянию между кривой 1-2 и прямой 0-0'. В количественном отношении оно соответствует значению коррекции в усилителе воспроизведения на тех же частотах. Расстояние между кривыми 4-6 и 4-7 определяет предыскажения в усилителе записи на высоких частотах.

В   т р е т ь е й   г р у п п е   к р и в ы х   расстояние между кривой 9-8' и прямой 8-8' (предыскажения на низких частотах) равно расстоянию между кривой 5-4' и прямой 4-4'; расстояние между кривой 8-10 и линией 8-8' (предыскажения на высоких частотах) равно расстоянию между кривыми 4-6 и 4-7.

7. ВОПРОСЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ

Методы стандартизации амплитудно-частотных характеристик каналов записи и воспроизведения магнитофонов.   Из кривых, приведенных на рис. 10, следует, что выбор доли суммарных потерь записи-воспроизведения на высоких частотах, компенсируемой в канале воспроизведения (расстояние между кривой 0-2 и прямой 0-0'), и частотная коррекция на низких частотах в том же канале (расстояние между линиями 1-0’ и 0-0’) непосредственно определяют амплитудно-частотную характеристику канала записи магнитофона (кривая 5-7).

С другой стороны, для воспроизведения фонограмм, записанных на другом магнитофоне, совершенно необходимо нормировать амплитудно-частотные характеристики каналов записи магнитофонов, на которых записываются фонограммы, используемые при обмене. При этом под обменом фонограммами подразумевается использование фонограмм любого вида и назначения, в том числе и фонограмм промышленного производства, распространяемых через торговую сеть.

Хотя стандартизация амплитудно-частотных характеристик каналов воспроизведения магнитофонов также является необходимой для обмена фонограммами, номинальная характеристика канала воспроизведения может быть задана косвенным путем как характеристика, при которой выходное напряжение магнитофона не зависит от частоты при воспроизведении сигналограммы с записью гармонических сигналов, выполненной в канале записи, обладающем стандартизованной амплитудно-частотной характеристикой. Такой принцип используют в настоящее время все международные организации, занимающиеся стандартизацией в области магнитной звукозаписи.

Общепринятым способом выражения амплитудно-частотной характеристики канала магнитной записи является так называемый способ постоянных времени. При этом способе необходимая характеристика определяется как характеристика, соответствующая частотной зависимости полного электрического сопротивления Z цепи, состоящей из включенных последовательно (или параллельно) резистора сопротивлением R и конденсатора емкостью С, обладающих определённой постоянной времени t=RC, где t выражается в секундах, R — в омах и С — в фарадах.

Рис. 11. Схема включения элементов RC цепи.

а — параллельное;

б — последовательное включение.

Значение модуля Z(Ом) при параллельном включении R и С (рис. 11, а) равно:

___________

½Z _пар½ = R  / Ö1 + (2pfRC)²     .

При последовательном^включении R и С (рис. 11, б)

___________

½Z _посл½ = Ö1 + (2pfRC)²   /   2pfC    .

Данный способ удобен тем, что позволяет задать необходимую характеристику с помощью одной цифры, соответствующей значению t, с одновременным указанием схемы соединения R и С (параллельная или последовательная).

В международных рекомендациях номинальная амплитудно-частотная характеристика канала магнитной записи обычно формулируется следующим образом. При подаче на вход канала записи гармонических сигналов неизменной амплитуды и переменной частоты номинальная характеристика частотной зависимости потока короткого замыкания получаемой записи на сигналограмме должна соответствовать сочетанию двух кривых, показывающих завал (с увеличением частоты), соответствующий изменению полного электрического сопротивления параллельной RC цепи с постоянной времени t₁ для одной кривой и последовательной RC цепи с постоянной времени t₂ — для другой кривой.

Результирующая характеристика (в децибелах) может быть определена по формуле

N_Ф = 10 lg (1 + 1/4p²f ²t₂²) — 10 lg (1 + 4p²f ²t₁²)                                                                                                 (11)

где f — частота, Гц; t₁ и t₂ — постоянные времени, с.

В некоторых случаях используется только характеристика, соответствующая t₁ ( t₂ равна бесконечности). При этом первая часть формулы (11) исключается. Характеристика, определяемая формулой (11), соответствует кривой 5-7 на рис. 10. Эту кривую можно рассматривать как сочетание двух кривых — левой, определяемой значением t₂, и правой, определяемой значением t₁.

В Публикации № 94 МЭК заданы значения t₁ и t₂, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Скорость ленты, см/с	t1, мкс	t2, мкс
76,2 и 38,1	35	Бесконечность
19,05	70[1]	Бесконечность
9,53	90[2]	31803,4
4,76	120	31803

Номинальные характеристики зависимости потока короткого замыкания записи от частоты, соответствующие различным t₁ и t₂, показаны на рис. 12 и приведены в прилож. 2.

Значения t₁ и t₂, заданные в государственных стандартах СССР на измерительные ленты, приведены в табл. 2. На основе заданных t₁ и t₂ записываются измерительные ленты, которые являются вторичными эталонами и служат для проверки амплитудно-частотных характеристик каналов воспроизведения и записи магнитофонов (см. § 18).

Рис. 12. Номинальные характеристики зависимости потока короткого замыкания от частоты для различных значений t₁ и t₂.

Таблица 2

Виды измерительных лент	ГОСТ	Скорость ленты, см/с	t1, мкс	t2, мкс
Для студийных и репортерских магнитофонов	8304-77	38,1 19,05 9,53	35 70 90	Бесконечность Бесконечность 3180
Для бытовых магнитофонов	19786-74	19,05 9,53 4,76	70 90 120	Бесконечность 3180 1590

ВЫБОР ЗНАЧЕНИЙ t₁ и t₂

8. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для обмена фонограммами необходимо использовать значения t₁ и t₂, заданные в международных рекомендациях и государственных стандартах. Однако нормы, заданные в этих документах, допускают известную свободу выбора постоянных времени (см. табл. 1) и, кроме того, периодически пересматриваются. В ряде случаев обмен фонограммами не требуется и поэтому применение стандартных t₁ и t₂ необязательно. Перед конструктором магнитофона ставится лишь задача обеспечения необходимых качественных показателей каналов записи и воспроизведения. Поэтому целесообразно рассмотреть основные принципы выбора t₁ и t₂.

Для заданного значения суммарных потерь записи-воспроизведения на высоких частотах, подлежащего компенсации, выбор t₁ может быть осуществлен только на основе компромисса между значениями шумов и нелинейных искажений в канале записи-воспроизведения магнитофона.

Наиболее заметным видом шумов при прослушивании фонограмм являются шумы паузы, т.е. шумы ленты, подвергнутой воздействию поля подмагничивания записывающей головки при отсутствии сигнала на входе канала записи. Эти шумы расположены в широкой области частот и определяются в основном неоднородной структурой рабочего слоя ленты.

«Взвешенные», т. е. измеренные с учетом субъективного восприятия, шумы правильно сконструированных усилителей записи и воспроизведения имеют значение на 10—15 дБ меньше шумов паузы. Шумы размагниченной ленты, не подвергнутой воздействию поля подмагничивания записывающей головки, обычно на 6—7 дБ меньше шумов ленты, подвергнутой этому воздействию.

 При уменьшении t₁ снижается частотная коррекция в усилителе воспроизведения, подчеркивающая наиболее слышимые частотные составляющие шумов паузы. Поэтому субъективно воспринимаемые шумы уменьшаются. В пределе (при t₁=0) амплитудно-частотная характеристика стандартного канала воспроизведения соответствует зависимости «—6 дБ/октава», а шумы — минимальны.

Однако при уменьшении t₁, т.е. уменьшении частотной коррекции, должны быть соответственно увеличены предыскажения в усилителе записи. При этом возникает опасность чрезмерного увеличения нелинейных искажений на высоких частотах, называемых «перегрузкой» ленты на этих частотах. Указанные искажения могли бы быть уменьшены за счет общего снижения уровня записи, но это невыгодно из-за уменьшения отношения сигнал/шум на средних частотах, в основном определяющего громкость сигнала.

При увеличении t₁ происходят обратные явления: возрастают шумы и уменьшаются нелинейные искажения. Что касается влияния t₂, то при ее увеличении уменьшается подъем низких частот в усилителе воспроизведения и уменьшается фон. Однако при этом увеличивается подъем низких частот в усилителе записи, что в свою очередь приводит к опасности чрезмерного повышения нелинейных искажений на этих частотах,

Выбор t₁ и t₂ является комплексной проблемой и в общем виде определяется уровнем разработки и производства аппаратуры и носителей записи, а также задачами по обеспечению тех или иных качественных показателей, поставленными при разработке магнитофона.

При выборе t₁ и t₂ необходимо учитывать: спектральную характеристику записываемых звуковых сигналов (см. § 9); характер нелинейных искажений и шумов, .возникающих в процессах записи и воспроизведения в магнитофонах; методы контроля уровня записи в магнитофонах (см. § 10).

Нелинейные искажения  в канале записи-воспроизведения определяются главным образом искажениями, возникающими в процессе записи. Процесс воспроизведения нелинейных искажений не вносит. Правильно спроектированные усилители записи и воспроизведения также практически не вносят искажений. Поэтому обсуждение вопроса о нелинейных искажениях процесса записи можно свести к рассмотрению нелинейных искажений в корректированном канале записи-воспроизведения.

На средних и низких частотах   нелинейность амплитудной характеристики канала записи выражается в появлении на выходе канала записи-воспроизведения нечетных гармоник частоты основного сигнала, из которых основную роль играет 3-я гармоника. Общепринятым методом оценки нелинейных искажений в процессе записи на указанных частотах является измерение коэффициента гармонических искажений третьего порядка k₃ («метод k₃», см. § 15).

При неизменном токе записи зависимость k₃ от частоты основного сигнала f₁ равномерна до точки, в которой частота 3-й гармоники f₃=3f₁ попадает в область частот, в которой начинают возникать заметные потери записи и воспроизведения.

На высоких частотах  (т. е. на коротких волнах записи) нелинейность амплитудной характеристики канала записи значительно больше, чем на низких и средних. Значение остаточного потока на коротких волнах намного меньше, чем на длинных и средних (см. кривую 4-6 на рис. 10).

Крутизна характеристики Ф(I_з) при уменьшении длины волны снижается. Характеристика имеет максимум, соответствующий предельному уровню записи, по прохождении которого остаточный поток не увеличивается, а уменьшается с увеличением тока записи. Положение этого максимума на характеристике зависит от длины волны записи: при ее уменьшении максимум будет смещаться в сторону меньших значений тока записи.

«Метод k₃» непригоден для оценки нелинейных искажений магнитной записи на высоких частотах по следующим причинам. В процессе записи как основной сигнал, так и все продукты нелинейных искажений подвергаются влиянию потерь. При неизменном напряжении на входе корректированного канала записи-воспроизведения (см. рис. 10) поток основного сигнала уменьшается с ростом частоты согласно кривой 4-7, а поток 3-й гармоники изменяется в соответствии с кривой 4-6. Больший спад кривой 4-6, чем 4-7, в определенном диапазоне частот приведет к уменьшению k₃, измеренному на выходе магнитофона при увеличении частоты. При дальнейшем ее повышении наблюдается значительное увеличение k₃, вызываемое влиянием предыскажений. На еще более высоких частотах превалирующим фактором вновь становятся потери потока 3-й гармоники, и поэтому k₃ с ростом частоты начинает уменьшаться. При частоте основного сигнала, превышающей 1/3 частоты, соответствующей верхнему пределу рабочей полосы частот магнитофона, k₃ становится близким к нулю.

Уменьшение k₃, измеренного на высоких частотах, не означает, однако, уменьшения слышимых нелинейных искажений. Меняется только характер этих искажений. Если на низких и средних частотах наиболее заметны на слух гармоники основного сигнала, искажающие тембр звучания музыкальных инструментов и вызывающие «хрип», «дребезжание» и т.п., то на высоких частотах характер нелинейных искажений меняется—появляются весьма неприятные комбинационные искажения, составляющие которых расположены в пределах рабочего диапазона частот магнитофона. Комбинационные искажения наиболее заметны при записи нескольких голосов или инструментов, звучащих в унисон.

Другое возможное проявление нелинейности амплитудной характеристики на высоких частотах — уменьшение уровня за счет компрессирования основного сигнала. При этом звучание фонограмм с записью музыки, богатой высокими частотами, становится «тусклым», «глухим». Это явление обычно наблюдается при записи на малых скоростях ленты в бытовых магнитофонах.

Известно несколько методов измерения нелинейных искажений, возникающих в процессе магнитной записи на высоких частотах, которые описаны в § 15. К сожалению, ни для одного из этих методов не имеется достоверных данных по предельно допустимым значениям нелинейных искажений на различных частотах для магнитофонов того или иного назначения. Окончательный ответ на вопрос о допустимости тех или иных нелинейных искажений может дать только испытание прослушиванием. Это испытание представляет собой весьма сложную задачу, так как результаты прослушивания зависят не только от нелинейности характеристик испытуемого устройства, но и от характера воспроизводимого звука, акустических свойств помещения, в котором производится прослушивание, и психо-физиологических факторов, которые различны для различных экспертов.

Отношение сигнал/шум  — важный качественный показатель канала записи-воспроизведения, на значение которого также влияет выбор t₁ и t₂. Его не следует отождествлять с относительным уровнем помех, заданным в стандартах на магнитофоны. Уровень помех имеет знак, противоположный знаку отношения сигнал/шум. Кроме того, напряжение помех измеряется без так называемого взвешивания, заключающегося в использовании частотного фильтра с нормированной характеристикой передачи и измерительного прибора с определенной временной (динамической) характеристикой, при которых обеспечивается приблизительное соответствие результатов измерения воспринимаемому на слух уровню помехи. Поэтому относительный уровень помех в том виде, в котором он задан в указанных стандартах, не позволяет оценить влияние изменения t₁ и t₂.

Методика измерения взвешенного отношения сигнал/шум будет приведена в § 16.

9. СПЕКТРАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗВУКОВЫХ ПРОГРАММ

Для решения вопроса о выборе t₁ и t₂ необходимо прежде всего иметь представление о спектре записываемых сигналов.

Так как максимальный уровень записи выбирают исходя в основном из наибольших допустимых нелинейных искажений на средних частотах, то при равномерном спектре записываемой программы применение предыскажений как на высоких, так и на низких частотах было бы невозможным из-за перегрузки магнитной ленты на этих частотах.

Принято считать, однако, что интенсивность отдельных тонов в музыке и речи в нижней и верхней областях слышимого диапазона частот существенно уменьшается. Звуки музыкальных инструментов состоят из основных тонов и так называемых обертонов (2-я, 3-я, 4-я и т. д. гармоники), которые совместно образуют типичные для каждого инструмента звучание. Основные тона в зависимости от инструмента располагаются в диапазоне частот от 30 до 6000 Гц. Все звуки, расположенные выше, являются обертонами, интенсивность которых значительно ниже, чем основных тонов. Поэтому статистический спектр музыки и речи имеет постоянный спад интенсивности (с увеличением частоты) на высоких частотах. Запись и воспроизведение обертонов необходимы, однако, для сохранения характерных особенностей звучания инструментов.

На основании вышеизложенного обычно делают вывод, что естественное уменьшение уровней звуковой энергии на высоких и низких частотах в музыке и речи дает возможность осуществления значительного подъема амплитудно-частотной характеристики усилителя записи магнитофонов в указанных областях частот без опасности перегрузки магнитной ленты. В подтверждение этого вывода ссылаются на «типичную» кривую спектрального распределения звуковой энергии, приведенную на рис. 13.

Рис. 13. «Типичная» кривая спектрального распределения звуковой энергии.

В опубликованных за последнее время работах указанный вывод ставится под сомнение. Из числа этих работ особо заслуживает внимание исследование статистического спектра, проведенное Мак-Найтом [2, 3]. Объектами исследования в работе Мак-Найта были фонограммы на магнитной ленте, которые разделялись на «оригинальные записи» и «студийные записи». Оригинальные записи были записаны, как правило, с помощью одного микрофона без применения специальной техники, поэтому эти записи характеризовали звуки, фактически издаваемые  музыкальными  инструментами.

Студийные записи представляли собой фонограммы на магнитной ленте, записанные ведущими студиями США. Они характеризовали сигналы, которые  могут  быть  подведены  к  магнитофону, включая эффект многочисленных микрофонов, близко поставленных к музыкальным инструментам, с введением индивидуальных предыскажений, использованием ревербераторов и др.

Известно, что в практике профессиональной звукозаписи в настоящее время широко используются различные приемы изменения музыкальной картины до подачи сигналов на вход магнитофона. Эти приемы включают в себя раздельную запись отдельных групп музыкальных инструментов и голосов артистов с последующей индивидуальной корректировкой и перезаписью сигналов на одну общую дорожку, регулировку частотной характеристики, осуществляемую в широких пределах в режиссерских пультах, транспонирование частот и другие приемы, производимые звукорежиссером.

Рис. 14. Область спектрального распределения звуковой энергии.

На рис. 14 показаны полученные Мак-Найтом верхний и нижний пределы области спектрального распределения звуковой энергии. Эти данные относятся к 76 образцам оригинальных и студийных записей камерной, симфонической, джазовой, народной музыки, духового органа и хора. Все значения энергии выражены в децибелах по отношению к опорному уровню, принятому за 0 дБ.

Как видно на рисунке, верхний предел указанной области соответствует уровню около 0 дБ на частотах 40 и 16 000 Гц, нижний — уровню около —30 дБ на частотах 40 и 6000 Гц.

 На основании проведенной работы Мак-Найт делает ряд выводов. Общепринятое представление о «типичном» или «среднем» спектре музыки является неправильным. Спектральное распределение энергии не является стабильным даже для одного и того же произведения. Образно говоря, можно совершенно произвольно изобразить кривую пикового звукового давления в функции частоты, а затем подобрать отрывок записанной музыки, соответствующий этой кривой. Это объясняется изменениями в самой композиции, инструментовке, составе исполнителей, а также изменениями микрофонной техники. Даже при отсутствии многочисленных микрофонов и коррекции высоких частот в режиссерском пульте энергия в одной трети октавы на частоте 12 кГц может быть больше или на 35 дБ меньше, чем на частоте 400 Гц.

Если использовать при записи обычный (не имеющий частотной коррекции) индикатор уровня и ставить задачу выполнения записи при неизменном (0 дБ) показании индикатора с одинаковой вероятностью перегрузки ленты на всех частотах, то для осуществления этой задачи предыскажения в усилителе записи магнитофонов должны почти полностью отсутствовать.

В связи с указанными выводами Мак-Найт ставит вопрос: почему же наше оборудование вообще работает, хотя оно было спроектировано из предположения, что на высоких частотах имеется меньше энергии, чем это установлено в настоящих исследованиях? И сам дает на него следующий ответ. Во-первых, не все программные материалы имеют максимальное содержание энергии — многие записи будут соответствовать нижней части заштрихованной области, показанной на рис. 14. Во-вторых, иногда даже при значительной перегрузке не возникает неприятных ощущений при прослушивании программы. В-третьих, обычной практикой является прослушивание фонограмм при записи для контроля нелинейных искажений, и если они возникают, то уровень записи понижается.

В качестве возможной меры по улучшению качества записей Мак-Найт ставит на обсуждение вопрос о применении магнитофонов с частотной коррекцией, соответствующей минимуму шумов, и индикатора уровня пиковых значений, обладающего частотной характеристикой, обусловливающей отсутствие перегрузки ленты на всех частотах рабочего диапазона магнитофона. В этом случае уровень записи должен регулироваться с учетом показаний двух индикаторов: индикатора средних значений для обеспечения баланса громкостей и частотно-корректированного пикового индикатора для обеспечения отсутствия перегрузки ленты.

На основании вышеуказанной работы, а также других работ, относящихся к данной проблеме, можно сделать вывод о том, что сам по себе статистический спектр не дает ответа на вопрос о допустимых предыскажениях в магнитофонах. Однако тот факт, что кривая статистического спектра имеет в ряде случаев спад в области высоких и низких частот, создает благоприятные предпосылки для применения предыскажений. Как следует из опубликованных работ, указанный завал для современных записей более вероятен для высоких, чем для низких частот.

10. КОНТРОЛЬ УРОВНЯ ЗАПИСИ

Вопрос о способах контроля уровня записи в магнитофонах также имеет отношение к выбору t₁ и t₂. Действительно, если, как предлагает Мак-Найт [2], мы имели бы индикатор уровня пиковых значений, обладающий характеристикой взвешивания, обеспечивающей возможность регулирования уровня с отсутствием перегрузки ленты во всем частотном диапазоне магнитофона, то t₁ и t₂ можно было бы выбрать по минимуму шумов. Однако это предложение является нереальным, поскольку неизвестно, какая перегрузка ленты на высоких (и на низких) частотах является допустимой с точки зрения воспринимаемых на слух нелинейных искажений и каким объективным способом можно оценить эту перегрузку.

При ручной регулировке уровня записи по показаниям индикатора неизбежное запаздывание в регулировании все равно будет приводить к перегрузке ленты на кратковременных сигналах. Между тем, известно, что для слухового восприятия нелинейных искажений определяющими являются искажения на пиках программы.

Контроль за отсутствием перегрузки — не единственная задача, выполнять которую должен индикатор. Другой важнейшей задачей этого прибора является обеспечение правильного баланса громкостей звучания записанной музыки и речи. В принципе можно создать полную гарантию отсутствия слышимых нелинейных искажений во всем частотном диапазоне записываемой программы путем использования пикового индикатора уровня или соответствующего устройства автоматического регулирования, обладающего такой характеристикой взвешивания, при которой при заданном показании индикатора ток записи на высоких и низких частотах не превышает тока записи на средних частотах (или является меньшим, чем этот ток). Однако при регулировании уровня записи по подобному индикатору мы часто получали бы слишком «тихие» записи и как следствие этого относительный уровень шумов при воспроизведении фонограмм был бы недопустимо велик. Это происходило бы потому, что, регулируя усиление канала записи согласно показаниям индикатора при большом содержании энергии на высоких (или низких) частотах, мы неизбежно занижали бы уровень записи на средних частотах записываемой программы, являющихся наиболее важными для обеспечения громкости.

Если для контроля уровня громкости предусмотреть второй индикатор, то одновременное регулирование уровня по показаниям двух индикаторов будет крайне затруднительным. Кроме того, в настоящее время нет достаточных данных о том, какими характеристиками должен обладать индикатор, действительно показывающий относительную громкость программы. Вопрос о контроле уровня записи в магнитофонах является сложным. В СССР используются следующие виды индикаторов. При записи на студийных магнитофонах применяется внешний индикатор уровня квазипиковых значений, который может быть включен параллельно входу или выходу магнитофона. В бытовых магнитофонах предусматривается встроенный электронно-лучевой (или стрелочный) индикатор, показания которого в рабочем диапазоне частот магнитофона пропорциональны току записи.

11. ПРАКТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫБОРА t₁ и t₂

Из содержания предыдущих разделов ясно, что выбор t₁ и t₂ не может быть проведен чисто расчетным путем. Экспериментальная подборка указанных значений по результатам испытательных прослушиваний записанных программ представляет собой трудоемкую и сложную задачу, которая может быть упрощена использованием описанного ниже способа выбора t₁ и t₂.

Выбор t₁. Основной предпосылкой к пересмотру значений t₁, используемых в аппаратуре данного применения (например, в бытовых магнитофонах), является освоение производства новых типов магнитных лент, обеспечивающих меньшие потери записи и воспроизведения на малых длинах волн и меньшие нелинейные искажения. При этих условиях использование прежних значений t₁ становится нецелесообразным, так как нарушается пропорция между нелинейными искажениями и шумами: нелинейные искажения на высоких частотах оказываются значительно ниже порога слышимости и основным мешающим фактором становятся шумы в паузе.

Одной из нескольких принципиальных возможностей, возникающих при появлении новых типов лент, является уменьшение t₁ для уменьшения шумов.

Если исходить из создания наибольшего возможного отношения сигнал/шум, то выбор t₁ может быть сведен к нахождению максимального значения предыскажений (т. е. минимального значения t₁), при котором еще не появляются недопустимые на слух нелинейные искажения на высоких частотах при записи заданной звуковой программы (музыка, речь и др.). Указанные значения не могут быть определены измерениями (см. § 15), а нахождение их проведением субъективных экспертиз слишком сложно.

Выбор t₁ можно упростить, приняв за отправную точку обеспечение измеренной нелинейности на высоких частотах, имеющей место в канале записи «эталонного» устройства. В качестве такого устройства может быть использован любой магнитофон данного назначения, практика эксплуатации которого показала, что он имеет достаточно малые (на слух) нелинейные искажения при работе на определенном типе ленты при определенной скорости.

Выбранный образец эталонного магнитофона должен быть проведен по всем основным качественным показателям, включая взвешенное отношение сигнал/шум канала записи-воспроизведения (см. § 16). Следует также проверить режим подмагничивания. После этого для данного магнитофона необходимо определить нелинейные искажения, обусловленные процессом записи на высоких частотах.

Измерение нелинейных искажений должно производиться в корректированном канале записи-воспроизведения. Входной сигнал должен подаваться на линейный вход магнитофона, выходной сигнал — измеряться на линейном выходе. С помощью приведенных в § 15 методов измерения нелинейных искажений могут быть определены, например, следующие зависимости:

U_2Dp=0,5 ( f ), дБ (при методе U_2Dp=0,5);

U_{вх.пред2} ( f ), дБ (при методе предельного уровня записи);

d₃(U_вх), % для заданных f₁ и f₂ (при методе разностного тона с большой Df ).

По окончании указанных измерений экспериментально подбирают t₁ в опытном образце разрабатываемого магнитофона, т. е. находят t₁, при котором в корректированном под данную постоянную времени канале записи-воспроизведения обеспечиваются примерно те же нелинейные искажения, что и в эталонном магнитофоне. Эти искажения определяют исходя из номинального уровня записи и прочих условий, выбранных для разрабатываемого магнитофона (скорость и тип ленты, параметры записывающей головки, режим подмагничивания и др.). В заключение для образца магнитофона с выбранной t₁ измеряют все основные показатели и проверяют качество звучания.

Подобная методика выбора t₁ в принципе может быть использована при разработке магнитофонов любого вида. Трудность заключается только в выборе соответствующего эталонного устройства.

В качестве примера выбора t₁ можно сослаться на работу [4], в которой описывается разрабатываемая в ФРГ кассетная аппаратура магнитной записи со скоростью ленты 9,53 см/с, предназначенная для применения в автоматизированных системах радиовещания. В указанной разработке поставлена задача обеспечения качественных показателей, не уступающих качественным показателям современных студийных магнитофонов со скоростью 38,1 см/с. В качестве меры допустимых нелинейных искажений на высоких частотах принят выходной уровень на частоте 10 кГц, соответствующий Dp=0,5 дБ. Он должен быть приблизительно равен уровню, обеспечиваемому в тех же условиях в студийных магнитофонах. Исходя из данного требования производят выбор значения t₁ и номинального уровня записи.

Выбор t₂. Как уже отмечалось выше, согласно международным нормам применение предыскажений на низких частотах является необязательным (t₂ может равняться бесконечности). Большие предыскажения на указанных частотах нежелательны по следующим причинам. Максимальный уровень записи в магнитофонах выбирают в основном исходя из наибольших допустимых нелинейных искажений на средних частотах. В то же время распределение статистического спектра показывает, что звуковая энергия на низких частотах во многих случаях может быть не меньше, чем на средних. Нет также оснований считать, что нелинейные искажения на низких частотах воспринимаются на слух значительно слабее. Кроме того, следует учитывать, что обеспечение достаточно малого относительного уровня фона в магнитофонах может быть решено не только путем использования  предыскажений, но и с помощью соответствующей экранировки.

По указанным причинам в студийных магнитофонах предыскажения на низких частотах не используются. В бытовых двух- и четырехдорожечных бытовых магнитофонах с малыми скоростями ленты (9,53 и 4,76 см/с) применение указанных предыскажений более оправданно с точки зрения упрощения конструкции. Однако опыт использования t₂=1590 мкс при скорости ленты 4,76 см/с (см. §7) показал, что при предыскажениях, соответствующих этому значению (+7 дБ на частоте 50 Гц), нелинейные искажения на низких частотах слишком велики. Поэтому в 1976 г. было принято решение о замене t₂=1590 мкс на t₂=3180мкс. которая соответствует предыскажениям +3,1 дБ на частоте 50 Гц. Указанное значение, по-видимому, и следует считать предельным при использовании t₂. Выбор t₂ от свойств используемой магнитной ленты практически не зависит.

В конечном итоге правильность выбора t₁ и t₂ может быть подтверждена лишь опытом эксплуатации образцов соответствующих устройств.

12. ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ t₁ и t₂

За последние 25—30 лет можно проследить две основные тенденции развития производства магнитофонов, определяемые улучшением свойств используемых магнитных лент.

Применение меньших t₁ при малых номинальных скоростях ленты. Уменьшение t₁ для каждой номинальной скорости производилось в соответствии с изменением международных стандартов. Для скорости 19,05 см/с t₁ вначале уменьшили от 100 до 70 мкс, а затем было допущено применение t₁=50 мкс. Для скорости 9,53 см/с t₁ изменили с 200 на 140 мкс и затем применили t₁=90 мкс. Уменьшение значений t₁ примерно в 2 раза позволило улучшить взвешенное отношение сигнал/шум приблизительно на 6 дБ. Для скорости 4,76 см/с вначале использовалась t₁=280 мкс. Теперь при этой скорости для катушечных магнитофонов t₁ составляет 120 мкс.

Для кассетных магнитофонов в зависимости от типа магнитной ленты (обычная лента или лента с высокой разрешающей способностью) используют t₁=120 мкс или t₁=70 мкс. В современных кассетных магнитофонах предусматривают переключающее устройство, которое срабатывает при установке кассеты с лентой, имеющей высокую разрешающую способность (например, ленты с рабочим слоем, выполненным из двуокиси хрома). Кассета имеет специальное отверстие, благодаря которому осуществляется переключение постоянной времени и увеличение значений токов записи и подмагничивания.

Уменьшение номинальных скоростей ленты. Применение более совершенных носителей записи и уменьшение значения t₁ позволяет получать необходимое качество звучания при меньшей скорости ленты. Скорость 19,05 см/с, которая использовалась раньше только в бытовых магнитофонах, обеспечивает теперь настолько хорошее звучание, что находит применение для профессиональных целей. Скорость 76,2 см/с, которую в течение многих лет использовали в студийных магнитофонах, в настоящее время полностью заменена в радиовещании скоростью 38,1 см/с. Однако она нашла свое «второе рождение» в технике грамзаписи в связи с совершенствованием качества долгоиграющих пластинок. Программы для этих пластинок первоначально записывают на магнитной ленте и затем запись переносят на грампластинку. Шумы современных грампластинок настолько малы, что при скорости 38,1 см/с (t₁=35 мкс) шумы магнитной ленты слышны при воспроизведении грампластинки. Поэтому во многих студиях грамзаписи применяют магнитофоны со скоростью ленты 76,2 см/с и t₁=17,5 мкс (вместо ранее принятой t₁=35мкс). При этом шумы магнитной ленты не слышны при воспроизведении пластинки.

Значение t₂. В студийных магнитофонах, выпускаемых в Европе, частотные предыскажения на низких частотах не используют (t₂=¥). В бытовых магнитофонах обычно выбирают t₂=3180 мкс.

13. «НЕСТАНДАРТНЫЕ» ХАРАКТЕРИСТИКИ

В некоторых случаях, не связанных с обменом фонограммами, целесообразно использовать нестандартные амплитудно-частотные характеристики каналов записи и воспроизведения, иногда даже не определяемые постоянными времени t₁ и t₂.

Рис. 15. Характеристика ARD в сравнении с характеристикой t₁=35 мкс.

Примером нестандартной характеристики является амплитудно-частотная характеристика канала записи, используемая радиовещательными организациями ФРГ (характеристика ARD) для многоканальной записи на ленте шириной 25,4 мм при скорости 38,1 см/с. Эта характеристика (рис. 15) соответствует увеличению относительного уровня записи в определенной области частот по сравнению с характеристикой t₁=35 мкс. Максимальная разница между характеристиками (4,3 дБ) находится на частоте 4000 Гц, т. е. примерно в середине области наиболее слышимых частотных компонент шума. В амплитудно-частотной характеристике канала воспроизведения предусмотрен соответствующий спад на тех же частотах,

Применение характеристики ARD позволяет уменьшить шумы в канале записи-воспроизведения. Эта характеристика основана на предположении, что при скорости ленты 38,1 см/с и использовании t₁=35 мкс в определенной области частот существует некоторый резерв нагрузочной способности канала записи.

Характеристика ARD применяется только для записи фонограмм-оригиналов, не используемых непосредственно для проведения радиопередач и обмена программами.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И НАСТРОЙКИ АППАРАТУРЫ.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛЕНТЫ.

ВОПРОСЫ ОБМЕНА ФОНОГРАММАМИ

14. УСТАНОВКА ТОКА ПОДМАГНИЧИВАНИЯ

В § 2 было сказано, что ток подмагничивания в магнитофонах устанавливается обычно на частоте 1000 Гц. Определение оптимального тока подмагничивания на данной частоте затруднено в связи с тем, что максимум характеристики подмагничивания на этой частоте выражен недостаточно резко. В то же время погрешность в установке тока подмагничивания может повлиять на ряд показателей записи, в том числе на потери на коротких волнах.

Эта погрешность может быть уменьшена при использовании следующей методики. На магнитофоне осуществляется несколько записей гармонического сигнала частотой 1000 Гц с неизменным входным напряжением, равным —20 дБ относительно номинального напряжения данного входа, при различных токах подмагничивания. Ток подмагничивания в каждом случае определяют измерением падения напряжения на резисторе известного сопротивления, включенном последовательно с записывающей головкой магнитофона (измеряют в отсутствие тока записи). Полученные записи воспроизводят и измеряют напряжение на выходе магнитофона. По этим данным строят кривую зависимости выходного напряжения от тока подмагничивания. На кривой находят две точки, расположенные по обеим сторонам максимума кривой и соответствующие уменьшению выходного напряжения на 1 дБ по отношению к максимуму. Среднее арифметическое значение токов подмагничивания, соответствующих этим точкам, является оптимальным током подмагничиваиия,

За последнее время получил распространение еще один, более точный способ установки тока подмагничивания, не требующий к тому же измерения абсолютного значения тока. Он основан на том, что на коротких волнах записи у кривой подмагничивания более четкий максимум. При этом способе частота сигнала, на которой устанавливается ток подмагничивания, в зависимости от номинальной скорости ленты выбирается равной 10 или 6,3 кГц. При записи и воспроизведении в сквозном канале магнитофона находят положение регулятора тока подмагничивания, соответствующее максимальному выходному напряжению, после чего ток увеличивается до уменьшения этого напряжения на заданное значение в децибелах. Обычно оно составляет: 2 дБ на частоте 10 кГц при скорости ленты 38,1 см/с; 3 дБ на частоте 10 кГц при скорости ленты 19,05 см/с; 3,5 дБ на частоте 6,3 кГц при скорости ленты 9,53 см/с.

Указанные режимы подмагничивания примерно соответствуют режимам, указанным в § 2.

Для магнитофонов, не имеющих сквозного канала, указанные режимы находятся путем снятия кривых зависимости U_вых от положения регулятора тока подмагничивания. Напряжение сигнала на входе магнитофона при установке тока подмагничивания должно быть примерно на 20 дБ меньше номинального входного напряжения данного входа.

При массовом производстве магнитофонов ток подмагничивания не подбирается индивидуально для каждого магнитофона, а устанавливается на заданное значение.

15. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

Измерение на средних и низких частотах.  Коэффициент гармонических искажений третьего порядка k₃ определяется в процентах по формуле

k₃=( U₃ / U₁ ) × 100,                                                                                                                                           (12)

где U₁ — напряжение основного сигнала на выходе канала записи-воспроизведения; U₃ — напряжение 3-й гармоники.

Обычно k₃ измеряется на частоте опорного уровня. Напряжение 3-й гармоники измеряется на выходе полосового фильтра. На крайних низких частотах частотного диапазона магнитофона измерение k₃ может быть затруднено наводками фона.

Измерение на высоких частотах.  Для измерения нелинейных искажений, возникающих в процессе магнитной записи на высоких частотах, на практике используют два основных метода: амплитудной характеристики и разностного тона, каждый из которых имеет несколько разновидностей.

Метод амплитудной характеристики. Сущность этого метода заключается в снятии амплитудной характеристики канала записи-воспроизведения испытуемого устройства U_вых(U_вх) на заданной частоте (или длине волны) сигнала. Характеристику измеряют обычно в корректированном канале, что позволяет оценить нелинейные искажения записи в реальных условиях работы данного устройства, т. е. при наличии необходимых предыскажений и коррекции. Измерение производится при достаточно малом коэффициенте усиления усилителей записи и воспроизведения с тем, чтобы исключить их перегрузку.

Рис. 16. Амплитудная характеристика канала записи-воспроизведения.

Результаты измерения наносятся на бланк, представленный на рис. 16 (кривая 2). Для иллюстрации вариантов этого метода из начала координат проводится касательная к кривой 2 (линия 1).

П е р в а я   р а з н о в и д н о с т ь    (м е т о д  Dp). Нелинейные искажения при методе Dp характеризуются расстоянием между кривой 2 и линией 1 по оси ординат графика Dp, выраженным в децибелах:

Dp =20 lg ( U₁ / U₂ ) ,                                                                                                                                        (14)

где U₁ — напряжение в вольтах для точки на линии 1, соответствующей заданному U_вх; U₂—напряжение по шкале U_вых в вольтах для точки на кривой 2, соответствующей тому же значению U_вх.

Для того чтобы полученное значение Dp можно было отнести к определенному уровню записи, на графике предусмотрены шкалы децибел. На шкале U_вых, дБ точка «0 дБ» соответствует напряжению), получаемому на выходе канала воспроизведения испытуемого устройства при воспроизведении опорного уровня записи (см. приложение 1). На шкале U_вх, дБ эта. точка соответствует входному напряжению, при котором при записи сигнала с частотой опорного уровня обеспечивается уровень записи, равный опорному. Шкалы децибел имеют только одну общую точку со шкалами вольт, а именно точку «0 дБ».

Уровень записи, соответствующий определенному значению Dp, U_2Dp, может быть определен в децибелах по отношению к опорному уровню по шкале U_вых, дБ. Таким образом, нелинейные искажения на частоте f, измеренные по методу Dp, могут быть выражены как значение Dp в децибелах при уровне записи m децибел относительно  опорного уровня записи при измерении обоих уровней по напряжению на выходе корректированного канала воспроизведения.

Поскольку абсолютное значение опорного уровня записи и характеристика частогной зависимости потока короткого замыкания измерительной ленты, с помощью которой был откорректирован используемый канал воспроизведения, обычно известны, то, зная U_2Dp для данной f или l, можно определить абсолютное значение потока короткого замыкания Ф_Dp, в нановеберах на метр, соответствующее измеренному значению Dp.

При использовании данного метода оценки нелинейных искажений могут быть получены следующие зависимости:

Dp ( f ) для U_2Dp = const (или Ф_Dp = const);

Dp(U_2Dp) или Dp(Ф_Dp) для данной  f или l;

U_2Dp ( f ) или Ф_Dp ( f ) для заданного значения  Dp.

Недостатком метода является его относительно невысокая точность, особенно при измерении малых Dp.

В т о р а я     р а з н о в и д н о с т ь   м е т о д а     а м п л и т у д н о й   х а р а к т е р и с т и к и   (метод U_2Dp=0,5) отличается тем, что в качестве показателя, характеризующего нелинейные искажения, используется выходное напряжение U_2Dp=0,5, соответствующее Dp = 0,5 дБ, т.е. началу отклонения кривой 2 от линии 1 (см. рис. 16). Чем это напряжение больше, тем меньше нелинейные искажения. При необходимости может быть определено абсолютное значение потока короткого замыкания (Ф_2Dp=0,5), соответствующее данному значению U_2Dp=0,5 .

При использовании этого метода могут быть получены следующие зависимости:

U_2Dp=0,5( f ), дБ или Ф_2Dp=0,5( f ), нВб/м;

U_2Dp=0,5(l), дБ или Ф_2Dp=0,5(l), нВб/м.

Т р е т ь я   р а з н о в и д н о с т ь   м е т о д а   а м п л и т у д н о й   х а р а к т е р и с т и к и   (метод предельного уровня записи) отличается тем, что за показатель, определяющий нелинейные искажения, берется предельный, т.е. максимально достижимый в данных условиях уровень записи U_2пред (см. рис. 16). U_2пред выражается в децибелах по отношению к опорному уровню. При необходимости может быть определено абсолютное значение потокa короткого замыкания, соответствующее Ф_пред в нановебенрах на метр.

При использовании данного метода могут быть получены следующие зависимости:

U_2пред ( f ), дБ или Ф_пред ( f ), нВб/м;

U_2пред (l), дБ или Ф_пред(l), нВб/м.

Данная разновидность метода амплитудной характеристики обеспечивает бóльшую точность измерения, чем две описанные выше разновидности.

В работе [3] в качестве показателя, характеризующего нелинейные искажения, было использовано не предельное выходное напряжение корректированного канала записи-воспроизведения U_2пред , а входное напряжение этого канала (U_{вх.пред}) (в децибелах по отношению к опорному уровню записи), соответствующее предельному выходному напряжению. Автор указанной работы считает более целесообразным определять не U_{вх.пред}, а U_{вх.пред-0,5} , соответствующее точке на подъеме кривой U_вых(U_вх), в которой уровень на выходе канала на 0,5 дБ меньше предельного уровня записи (см. рис. 16), Эта точка может быть найдена с бóльшей точностью, чем точка, соответствующая U_{вх.пред}, так как максимум кривой U_вых(U_вх) часто бывает выражен недостаточно четко.

Метод разностного тона. П е р в а я   р а з н о в и д н о с т ь   этого метода— метод с малой D f предназначен в основном для испытания усилителей. Однако в некоторых случаях этот метод используется и для оценки нелинейных искажений в каналах магнитной записи-воспроизведения. При данном методе на вход испытуемого четырехполюсника подаются два гармонических сигнала, имеющих одинаковую амплитуду и частоты f₁ и f₂. Разница между этими частотами D f  = f₂ — f₁ должна быть одинаковой во всем исследуемом частотном диапазоне и равняться 80 Гц. Если четырехполюсник содержит нелинейные элементы, то на его выходе помимо сигналов основных частот f₁ и f₂ возникают сигналы комбинационных частот, из которых учитывают только сигналы разностных частот: f₂ — f₁ (искажения разностного тона второго порядка) и частоты 2f₂ — f₁  и  2f₁ — f₂ (искажения разностного тона третьего порядка). При исследовании частотной зависимости искажений разностного тона за частоту измерения принимается f_m, равная:

f_m  = ( f₁ +  f₂ ) / 2                                                                                                                     (13)

Для процесса магнитной записи характерны искажения разностного тона третьего порядка. Для определения коэффициента разностного тона третьего порядка d₃ на выходе четырехполюсника раздельно отфильтровываются компоненты напряжения, соответствующие частотам 2f₂ — f₁  и  2f₁ — f₂  и их арифметическая сумма относится к суммарному выходному сигналу. Согласно Публикации 268-3 МЭК полосовые фильтры, включаемые на выходе четырехполюсника, должны иметь соответственно полосы пропускания от f_m до (f_m+120) Гц и от f_m до ( f_m—120) Гц.

Значение d₃ в процентах (для D f =80 Гц) вычисляется по формуле

d₃  = 0,75 (U’_{fm +120}   + U’_fm—120) / U_r × 100 ,                                                                               (14)

где U’_{fm +120} — эффективное значение напряжения на выходе первого фильтра (измеренное с учетом затухания фильтра на частоте f_m), соответствующее компоненте 2f₂ — f₁ , U’_fm—120 — эффективное значение напряжения на выходе второго фильтра, соответствующее компоненте 2f₁ — f₂, U_r — суммарное эффективное напряжение на выходе четырехполюсника.

Для упрощения процедуры измерения можно измерить только одну из компонент U’_{fm +120}   или U’_fm—120 и ее удвоенное значение отнести к U_r . Подобная возможность исходит из предпосылки, что амплитуды обеих компонент одинаковы.

Частотные пределы измерения по данному методу охватывают, начиная от верхней граничной частоты полосы передачи четырехполюсника, всю область верхних и средних частот этой полосы вплоть до 300 Гц. Измеряют с помощью полосовых фильтров или частотного анализатора. В магнитофонах измерение производится в корректированном канале записи-воспроизведения.

В работе [5] предлагают использовать модификацию данного метода для оценки нелинейных искажений магнитных лент. Предлагаемая модификация отличается в основном тем, что разница между частотами f₂ — f₁ задается не в виде фиксированного значения (D f = 80 Гц), а может быть выбрана в пределах 10% f_m . По мнению автора данной работы, это дает возможность использования более простых фильтров, а также при необходимости позволяет измерять искажения на более низких частотах. Приведенное определение не исключает возможности использования постоянного значения D f.

Следует отметить, что для описанных выше модификаций метода разностного тона с малой D f при оценке нелинейных искажений на высоких частотах в каналах магнитной записи-воспроизведения существуют в принципе те же самые ограничения, что и при методе k₃. С увеличением частоты измерения f_m значения разностных составляющих 2f₂ — f₁  и  2f₁ — f₂ на выходе канала во все возрастающей степени будут зависеть от потерь. Это приведет к занижению измеренных значений d₃ и к несопоставимости результатов измерения, полученных для записывающих систем с различными потерями на высоких частотах.

В т о р о й   р а з н о в и д н о с т ь ю   метода разностного тона является метод с большой D f. Частоты  f₁ и f₂ выбираются такими, чтобы разность 2f₁ — f₂ всегда находилась в области частот, на которых еще отсутствуют потери записи и воспроизведения. В работе [6] значение 2f₁ — f₂ было неизменным и составляло 500 Гц, а  f₁ и f₂ равнялись соответственно: 1 и 1,5 кГц; 2 и 3,5 кГц; 3 и 5,5 кГц; 4 и 7,5 кГц; 5 и 9,5 кГц; 6 и 11,5 кГц; 7 и 13,5 кГц; 8 и 15,5 кГц.

Данный метод правильно отражает искажения разностного тона d₃ в каналах магнитной записи. Однако при обсуждении зависимости d₁ от частоты сигнала для разных записывающих систем здесь правильней говорить не о сравнении зависимостей d₃( f_m ), а о сравнении значений d₃, полученных для одинаковых пар частот  f₁ и f₂ в пределах частотного диапазона системы. Измерения производят в корректированном канале записи-воспроизведения.

16. ИЗМЕРЕНИЕ ВЗВЕШЕННОГО ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ

Взвешенное отношение сигнал/шум определяется в    децибелах по формуле

N_ш = 20 lg (U ₁   / U’₂ ),                                                                                                                           (15)

где U ₁   — напряжение сигнала; U’₂ — взвешенное напряжение шумов.

Под напряжением сигнала понимают эффективное значение напряжения на выходе магнитофона при воспроизведении записи, выполненной с номинальным уровнем записи.

В стандартах СССР заданы следующие значения потока короткого замыкания при номинальном уровне записи:

в монофонических студийных и репортерских магнитофонах: 320 нВб/м на частоте 1000 Гц для скоростей ленты 38,1 и 19,05 см/с; 256 нВб/м на частоте 315 Гц для скорости 9,53 см/с;

в стереофонических студийных и репортерских магнитофонах: 510 нВб/м для скоростей ленты 38,1; 19,05 и 9,53 см/с при частотах соответственно 1000, 1000 и 315 Гц;

в бытовых магнитофонах: 250 нВб/м на частоте 400 Гц. В указанных стандартах частоты записи И поток короткого замыкания для номинального и опорного уровней записи совпадают между собой.

Под   в з в е ш е н н ы м   н а п р я ж е н и е м   ш у м о в   понимают измеренное с учетом субъективного восприятия эффективное или квазипиковое значение напряжения шумов на выходе магнитофона.

Существует две группы международных рекомендаций, относящихся к характеристикам частотного k( f ) и временнóго взвешивания при измерении напряжения шумов: Публикация 268-1 МЭК и Рекомендации № 468-2 Международного консультативного комитета по радио (МККР) и № 71 Технической комиссии Международной организации радиовещания и телевидения (ОИРТ) (две последние по существу идентичны).

Результаты измерения напряжения шумов по методу МЭК и МККР/ОИРТ являются несопоставимыми. Измерение по методу МККР/ОИРТ показывает большее относительное значение шумов, чем измерение по методу МЭК. Это объясняется большим подъемом высоких частот и меньшим завалом низких в характеристике передачи частотно-взвешивающего фильтра МККР/ОИРТ, а также применением измерительного прибора квазипиковых значений, в большей степени учитывающего шумы импульсного характера, чем прибор средних значений, рекомендованный МЭК. В странах Западной Европы метод МЭК используется главным образом при испытании бытовых магнитофонов, метод МККР/ОИРТ—при испытании студийных и репортерских магнитофонов.

Ниже дается описание обоих методов измерения напряжения шумов. Несмотря на различие методов, качественные выводы о влиянии t₁ и t₂ на субъективно воспринимаемый уровень шумов паузы магнитофонов, приведенные в настоящей работе, справедливы для обоих методов.

Рис 17. Характеристики передачи частотно-взвешивающих фильтров МЭК и МККР/ОИРТ.

Метод МЭК. Характеристика передачи частотно-взвешивающего фильтра приведена на рис. 17 (кривая МЭК-А). Временнáя характеристика измерительного прибора соответствует прибору средних значений (время интеграции равно 165 мс, время задержки показания—примерно 300 мс). Обе характеристики были разработаны первоначально для целей измерения акустического уровня шумов. В дальнейшем они стали использоваться и для измерения отношения сигнал/шум в усилителях звуковой частоты и в звукозаписывающих устройствах.

Метод МККР/ОИРТ.  Рекомендация № 468-2 МККР и Рекомендация № 71 ОИРТ по измерению напряжения шумов явились результатом научно-исследовательских работ, проведенных в радиовещательных организациях различных стран. Практическая реализация этих рекомендаций из-за использования прибора квазипиковых значений несколько сложней, чем для метода МЭК.

Рис. 18. Принципиальная схема частотно-взвешивающего фильтра МККР/ОИРТ.

Характеристика передачи частотно-взвешивающего фильтра показана на рис. 17 (кривая МККР/ОИРТ). Принципиальная электрическая схема фильтра приведена на рис. 18. Временная характеристика измерительного прибора соответствует прибору квазипиковых значений (см. приложение 3).

17. УСТАНОВКА И КОНТРОЛЬ УГЛА НАКЛОНА РАБОЧЕГО ЗАЗОРА ГОЛОВОК МАГНИТОФОНОВ

Установка угла наклона рабочего зазора головки (угла наклона головки) заключается в следующем. На магнитофоне воспроизводится предназначенная для данных целей измерительная лента с записью гармонического сигнала высокой звуковой частоты. Иногда она является частью измерительной ленты для проверки амплитудно-частотной характеристики канала воспроизведения магнитофонов.

При воспроизведении измерительной ленты угол наклона воспроизводящей головки b_В или универсальной головки b_У  устанавливают по максимуму выходного напряжения магнитофона. Для магнитофонов, имеющих отдельную записывающую головку, дополнительно устанавливают угол наклона этой головки b_З. Для этого на магнитофоне с предварительно установленным по измерительной ленте углом наклона воспроизводящей головки b_В записывают гармонический сигнал той же частоты, что и частота сигнала, записанного на измерительной ленте, с одновременным воспроизведением. При этом устанавливают угол наклона записывающей головки по максимуму напряжения на выходе магнитофона.

Запись измерительных лент для установки угла наклона головок  производят на специальных магнитофонах, снабженных устройствами, с помощью которых можно плавно изменять угол наклона записывающей и воспроизводящей головок. Для определения относительных значений указанного угла предусмотрены соответствующие шкалы и указатели.

Основная задача при записи измерительных лент для установки угла наклона головок—определение положения рабочего зазора записывающей головки, строго соответствующего перпендикулярности этого зазора направлению движения ленты (b_З = 90°±0').

Одним из способов определения этого положения является способ равенства фаз, сущность которого заключается в следующем. Запись измерительной ленты производят с помощью записывающей головки с рабочим зазором, длина которого равна ширине ленты. Для контроля записанного сигнала используются двухдорожечный блок воспроизводящих головок и два усилителя, обладающие одинаковыми фазово-частотными характеристиками. На ленте обычной толщины записывают сигнал частотой 1000 Гц при положении записывающей головки, приблизительно соответствующем перпендикулярности ее рабочего зазора направлению движения ленты. Полученную сигналограмму воспроизводят со стороны рабочего слоя ленты; выходные сигналы обоих усилителей воспроизведения подают при этом на соответствующие входы двухлучевого электронного осциллографа (или фазометра).

Изменением угла наклона блока воспроизводящих головок добиваются совпадения изображений обоих сигналов на экране осциллографа (или показания фазометра «Dj = 0») и отмечают относительный угол наклона в этом положении b'_В1 . Затем та же сигналограмма воспроизводится со стороны основы ленты. Вновь регулируют угол наклона блока головок по совпадению изображений обоих сигналов на экране осциллографа и отмечают угол наклона b'_В2 . После этого блок воспроизводящих головок устанавливают в положение b'_В = (b'_В1 + b'_В2) /2, которое соответствует перпендикулярности направления рабочих зазоров обеих головок блока направлению движения сигналограммы. Далее снова записывают сигнал с частотой 1000 Гц со стороны рабочего слоя ленты с одновременным воспроизведением и контролем по двухлучевому осциллографу или фазометру. При этом устанавливают наклон   з а п и с ы в а ю щ е й   головки по совпадению изображений на экране осциллографа (или по показаниям фазометра). Записанную таким образом сигналограмму воспроизводят со стороны основы ленты. Если при этом равенство фаз воспроизводимых сигналов не нарушается, то рабочий зазор записывающей головки установлен перпендикулярно направлению движения ленты. Если сигналы оказываются не в фазе, вышеописанные операции повторяют. После этого записывают измерительную ленту,

Установка угла наклона головок магнитофонов по измерительной ленте. Для монофонических магнитофонов эта процедура уже описана выше. Здесь следует добавить только то, что для магнитофонов с универсальной головкой подобная методика дает правильные результаты лишь при строго прямоугольной форме рабочего зазора головки. При отклонениях от указанной формы, например, из-за непараллельности граней зазора могут возникать «скрытые» потери перекоса, которые не учитываются при настройке магнитофона. Эти потери обусловлены тем, что при установке угла наклона рабочего зазора универсальной головки в режиме воспроизведения происходит установка в направлении средней линии зазора, в то время как направление магнитного штриха на фонограмме при работе той же головки в режиме записи определяется направлением выходной грани зазора. Даже при небольшой непараллельности граней рабочего зазора угол перекоса магнитного штриха может достигать нескольких угловых минут.

По указанным причинам при изготовлении универсальных головок необходимо уделять особое внимание правильной форме рабочего зазора головки. В качестве одного из методов контроля формы можно рекомендовать проверку равенства угла наклона рабочего зазора головки при ее работе в режиме воспроизведения углу наклона магнитного штриха записи на сигналограмме при работе той же головки в режиме записи (см. § 18). По тем же причинам не рекомендуется устанавливать наклон записывающей головки непосредственно по измерительной ленте с переключением головки в режим воспроизведения.

Для стереофонических магнитофонов индивидуальная установка угла наклона рабочего зазора головки каждого стереоканала невозможна, так как головки конструктивно объединены в блоки записывающих и воспроизводящих головок. Расположение рабочих зазоров двух головок каждого блока на одной прямой линии, перпендикулярной базовой площадке блока, должно обеспечиваться технологическим процессом изготовления блоков. Однако на практике за счет неточности изготовления может быть как перекос рабочего зазора одной головки относительно рабочего зазора другой головки, так и взаимный сдвиг этих зазоров в направлении осевой линии ленты.

Установку наклона блоков магнитных головок в стереофонических магнитофонах, имеющих сквозной канал, осуществляют с помощью обычной измерительной ленты, записанной по всей ширине магнитной ленты или с небольшим промежутком между дорожками. Вначале при воспроизведении измерительной ленты устанавливают наклон блока воспроизводящих головок. Установку производят по минимуму сдвига фаз между сигналами на выходах усилителей воспроизведения стереоканалов (j = 0). Затем записывают сигнал той же частоты, что и частота записи на измерительной ленте, с одновременным воспроизведением и устанавливают наклон блока записывающих головок также по j = 0. Контроль угла сдвига фаз между сигналами на выходах стереоканалов осуществляют фазометром, электронным осциллографом или специальным прибором (гониометром).

При установке наклона блока записывающих головок необходимо учитывать, что фазовый сдвиг между сигналами стереоканалов может вызываться также различием значений предыскажений в усилителях записи стереоканалов и различием значений тока подмагничивания. Поэтому по окончании установки наклона необходимо убедиться в том, что эти значения для обоих каналов одинаковы.

Подобный способ установки наклона блоков головок при взаимном сдвиге рабочих зазоров отдельных головок позволяет свести потери сдвига (для используемой измерительной ленты) к нулю. Однако при этом могут увеличиться потери перекоса в стереоканалах, которые остаются непроверенными и при недостаточной точности изготовления блоков могут привести к заметному спаду (иногда к подъему) высоких частот в стереоканалах при воспроизведении фонограмм, записанных на других магнитофонах (см. § 20). Поэтому для блоков головок, вновь устанавливаемых в магнитофон, целесообразно проверить совпадение направлений рабочих зазоров головок, заключенных в один блок. Для этого после установки блока воспроизводящих головок в положение j = 0 измеряют выходное напряжение одного из стереоканалов при воспроизведении измерительной ленты, после чего наклон блока устанавливают по максимуму выходного напряжения в данном стереоканале. Указанный максимум не должен отличаться от ранее измеренного напряжения более чем на 0,5 дБ.

Подобную проверку проводят для воспроизводящей головки второго стереоканала, а затем для обеих головок блока записывающих головок. При невыполнении условия DU_вых £ 0,5 дБ для каждой головки блока соответствующие блоки головок признают негодными к эксплуатации. В течение дальнейшей эксплуатации магнитофона установку угла наклона производят только по минимуму сдвига фаз.

Влияние нестабильности направления движения ленты.  Результирующая точность установки угла наклона рабочих зазоров головок в магнитофонах и устойчивость этого угла в эксплуатации в значительной степени ограничиваются нестабильностью направления движения ленты по высоте в аппаратуре для записи измерительных лент и в магнитофонах. Эта нестабильность определяется допуском на ширину ленты (6,25±0,05 мм), искажениями формы ленты (продольное коробление, «сабельность»), а также неточностью изготовления и установки отдельных узлов и деталей лентопротяжных механизмов.

Нестабильность можно уменьшить, применив конусные направляющие для ленты. Вместо обычно используемых направляющих цилиндрической формы по обеим сторонам записывающей головки устанавливают направляющие, выполненные из износостойкого материала (например, сапфира), имеющие небольшую (около 1°) конусность. Эта конусность создает постоянное усилие поперечного перемещения ленты, благодаря которому лента всегда прижимается своим базовым краем к одной из щек направляющей. Поэтому направление движения ленты остается постоянным. В Рекомендации № 33/3 ОИРТ в качестве базового края указан нижний край ленты при eе движении во время записи или воспроизведения слева направо, если смотреть на обратную сторону ленты.

Специальные измерительные ленты для установки и контроля угла наклона головок. Измерительные ленты с записью «белого шума». При установке наклона рабочих зазоров головок по максимуму воспрокзводимого сигнала высокой частоты легко допустить следующую ошибку. Если головка первоначально была установлена с большим перекосом рабочего зазора, то наклон головки можно ошибочно установить не по основному максимуму кривой U_вых (a), а по одному из боковых, имеющих меньшее значение, чем основной максимум, что приведет к перекосу рабочего зазора. Чтобы избежать ошибки, целесообразно произвести предварительную установку наклона головки по измерительной ленте с записью «белого шума» (полоса частот записи этого шума обычно составляет от 5,5 до 20 кГц). При воспроизведении указанной ленты наклон головки устанавливают по максимуму выходного напряжения или через громкоговоритель, на слух, по наиболее «острому» шуму. В некоторых случаях запись «белого шума» используют для установки наклона блоков головок стереофонического магнитофона по минимуму угла сдвига фаз между выходными сигналами стереоканалов.

Измерительная лента с «наклонными» записями. Существенным недостатком обычного способа установки угла наклона головок по максимуму выходного напряжения является то, что он требует нарушения ранее установленного положения головки независимо от того, было ли это положение, правильным или неправильным.   И з м е р и т е л ь н ы е   л е н т ы    ОИРТ, свойства которых заданы в Рекомендации № 34/2 ОИРТ, позволяют контролировать правильность угла наклона рабочего зазора воспроизводящей головки без изменения положения головки. В этих лентах помимо основной записи для установки угла наклона предусмотрены две «наклонные» записи, выполненные с известным перекосом магнитного штриха. Перекос имеет одинаковое значение, но противоположный знак. При воспроизведении «наклонных» записей будут наблюдаться два следующих один за другим уменьшения уровня на выходе магнитофона по отношению к уровню при воспроизведении основной записи. Если угол наклона воспроизводящей головки установлен правильно, то эти уменьшения будут одинаковыми.

К сожалению, подобные измерительные ленты из-за сложности их производства выпускаются в ограниченном количестве и только с дорожкой записи, ширина которой равна ширине магнитной ленты.

Противофазные измерительные ленты  обеспечивают не только повышенную точность установки угла наклона, но и дают возможность контроля указанного угла без изменения положения воспроизводящей головки. Эти ленты имеют две дорожки, записанные в противофазе, и предназначены для проверки монофонических магнитофонов.

П р о т и в о ф а з н ы е     и з м е р и т е л ь н ы е     л е н т ы     д л я   п р о в е р к и   с т у д и й н ы х     и        р е п о р т е р с к и х   м а г н и т о ф о н о в   [7] позволяют устанавливать и контролировать угол наклона головок магнитофонов с дорожками, ширина которых равна ширине магнитных лент, при скорости 19,05 и 9,53 см/с. Ленты записывают на специальном магнитофоне, включающем двухдорожечный блок записывающих головок, обмотки которых соединены последовательно навстречу друг другу, и монофоническую воспроизводящую головку с рабочим зазором, длина которого равна ширине ленты.

При записи противофазных лент предварительно устанавливают наклон головок с помощью обычной измерительной ленты. При этом наклон рабочего зазора воспроизводящей головки устанавливают по максимуму выходного напряжения, а затем в сквозном канале производят установку наклона блока записывающих головок по минимуму выходного напряжения магнитофона. Затем на магнитной ленте обычной толщины записывают гармонический сигнал. Полученная сигналограмма воспроизводится вначале со стороны рабочего слоя ленты и при этом определяется относительный угол наклона рабочего зазора воспроизводящей головки  b'_В1 , соответствующий минимуму воспроизводимого сигнала. Затем ту же сигналограм-му воспроизводят со стороны основы ленты и находят угол наклона b'_В2 . После этого воспроизводящую головку устанавливают в положение b'_В = (b'_В1 + b'_В2) /2 и записывают гармонический сигнал с одновременным воспроизведением. При этом наклон блока записывающих головок устанавливают по минимуму выходного напряжения магнитофона. Сигналограмму, записанную в данном положении блока записывающих головок, поочередно воспроизводят со стороны рабочего слоя и основы ленты.

Если в обоих случаях угол наклона рабочего зазора воспроизводящей головки, соответствующий минимуму выходного напряжения, остается одинаковым, то магнитный штрих сигналограммы строго перпендикулярен направлению движения ленты и можно приступать к записи противофазных измерительных лент. Если это условие не выполняется, описанные выше операции повторяют. Длина волны записи составляет 95,3 мкм, что соответствует частотам: 4 кГц — при скорости ленты 38,1 см/с; 2 кГц — при скорости 19,05 см/с и 1 кГц — при скорости 9,53 см/с.

Ввиду малых контактных потерь при воспроизведении записи сигналов с указанной длиной волны со стороны основы ленты доститается высокая точность обеспечения перпендикулярности магнитных штрихов записи на измерительной ленте направлению движения ленты (90°± 0,5').

Для контроля угла наклона рабочего зазора воспроизводящей головки магнитофона без изменения положения головки запись противофазных лент производят с чередующимися по знаку, но равными по значению сдвигами по фазе записи на одной дорожке по отношению к записи на другой. Указанные сдвиги при воспроизведении измерительной ленты действуют подобно перекосу соответствующих магнитных штрихов. Частота чередования сдвигов составляет около 1 Гц, длительность воспроизведения всей измерительной ленты 3 мин.

При правильно установленной воспроизводящей головке выходные напряжения при воспроизведении первой и второй записей равны между собой. Если воспроизводящая головка перекошена в ту или другую сторону на угол a, то разница между выходными напряжениями (размах колебаний стрелки электронного вольтметра, включенного на выходе магнитофона) составит DD дБ. Чувствительность установки угла наклона составляет около 2 дБ на одну угловую минуту перекоса. Эта чувствительность значительно выше чувствительности, обеспечиваемой при двухдорожечной синфазной записи. Задавшись контролируемым углом перекоса, можно определить максимально допустимое значение DD при воспроизведении противофазной измерительной ленты на магнитофоне.

Установка угла наклона рабочего зазора записывающих головок монофонических магнитофонов, а также установка угла наклона блоков воспроизводящих и записывающих головок стереофонических магнитофонов производится способами, описанными выше, т.е. по максимуму напряжения на выходе магнитофона и по минимуму сдвига фаз между сигналами стереоканалов при воспроизведении записи сигнала высокой звуковой частоты.

П р о т и в о ф а з н ы е      и з м е р и т е л ь н ы е      л е н т ы       д л я     п р о в е р к и    б ы т о в ы х

м а г н и т о ф о н о в.   Выпускаемые промышленностью противофазные измерительные ленты предназначены для контроля угла перекоса рабочих зазоров головок двух- и четырехдорожечных магнитофонов, рассчитанных на применение лент шириной 6,25 и 3,81 мм при скоростях 19,05; 19,53 и 4,76 см/с.

В принципе эти ленты не отличаются от противофазных измерительных лент для проверки студийных и репортерских магнитофонов. Лента представляет собой двухдорожечную сигналограмму, состоящую из трех участков. На первом и третьем участках углы электрического сдвига фаз между сигналами, записанными на обеих дорожках, составляют соответственно 180°— j и 180° + j. На втором (противофазном) участке угол сдвига фаз между сигналами дорожек 180°. Угол j зависит от контролируемого угла перекоса (табл. 3) и определяется в радианах по формуле

j = ( p l a' ) / ( 0,25 l ) ,                                                                                                           (16)

где l — расстояние между средними линиями дорожек записи, мм; a' — контролируемый угол взаимного перекоса  магнитного  штриха  записи  на  измерительной  ленте и рабочего зазора воспроизводящей головки, рад; l — длина волны записи, мм.

Если обозначить выходные напряжения магнитофона при воспроизведении первого, второго и третьего участков ленты U₁, U₂ и U₃, то правильному (b_В = 90°) положению рабочего зазора воспроизводящей головки соответствует выполнение условий U₁ = U₃ и U₂ = 0.

Угол перекоса находится в пределах заданных норм (в пределах контролируемого угла перекоса), если  U₂ £ U₁ и U₂ £ U₃.

Два случая, когда угол перекоса больше заданной нормы, соответствуют неравенствам U₁ < U₂ < U₃  и U₁ > U₂ > U₃.

Основные параметры противофазных измерительных лент для контроля бытовых магнитофонов, заданные в ГОСТ 19786-74, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Параметры	Ширина ленты, мм   / число дорожек
	3,81  /  2	6,25  /  2	6,25  /  4
Угол перекоса магнитного штриха, не более	± 3"	± 2"	± 3"
Контролируемый угол перекоса	± 6"	± 5"	± 8"

18. УСТАНОВКА И КОНТРОЛЬ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

В §7 были приведены номинальные амплитудно-частотные характеристики каналов записи и воспроизведения магнитофонов. Установку и контроль этих характеристик производят с помощью измерительных лент для проверки частотной характеристики канала воспроизведения магнитофонов. На лентах записан ряд частот гармонического сигнала с частотной зависимостью остаточного потока записи, соответствующей заданным значениям t₁ и t₂. При настройке магнитофона вначале устанавливают перпендикулярность рабочих зазоров воспроизводящей и записывающей головок, а затем воспроизводится измерительная лента. При этом регуляторы частотной коррекции усилителя воспроизведения устанавливают в положение, при котором в пределах заданных допусков обеспечивается равномерная амплитудно-частотная характеристика канала воспроизведения по измерительной ленте.

Затем на магнитофон устанавливают типовую ленту и записывают гармонические сигналы заданных частот с последующим воспроизведением. При этом находят положение регуляторов частотных предыскажений усилителя записи, при котором обеспечивается равномерная амплитудно-частотная характеристика канала записи-воспроизведения. Уровень на входе усилителя записи устанавливают на 20—30 дБ меньше номинального уровня данного входа; благодаря этому предотвращается перегрузка ленты при записи высоких частот.

Амплитудно-частотную характеристику канала записи определяют вычитанием измеренной амплитудно-частотной характеристики канала воспроизведения по измерительной ленте из амплитудно-частогной характеристики канала записи-воспроизведения. Обе характеристики совмещают на опорной частоте измерительной ленты.

Процесс производства измерительных лент обычно разделяется на два этапа; запись образцовых измерительных лент, являющихся эталонами для сравнения, и изготовление рабочих измерительных лент, используемых для проверки магнитофонов. В основе техники записи образцовых измерительных лент для проверки частотной характеристики канала воспроизведения лежит метод «узкой щели», впервые стандартизованный в 1953 г. в Рекомендации № 135 МККР. Сущность этого метода заключается в использовании для измерения относительных значений уровня магнитной записи воспроизводящей головки со сравнительно малой шириной рабочего зазора и известными значениями щелевых и частотных потерь. Эти потери определяют по уже описанной методике, и в сумме они не должны превышать 4—5 дБ при наибольшей частоте сигнала. Потери перекоса при записи измерительных лент исключаются потому, что рабочие зазоры записывающей и воспроизводящей головок устанавливают строго перпендикулярно направлению движения ленты (см. § 17).

Наиболее ответственной задачей при записи указанных лент является выбор воспроизводящей и записывающей головок с достаточно точно выполненными рабочими зазорами.

Дефекты механического выполнения рабочего зазора воспроизводящей головки могут вызвать несоответствие амплитудно-волновой характеристики воспроизведения головки «щелевой функции» (1), что приведет к отклонению характеристики частотной зависимости потока короткого замыкания записываемой измерительной ленты от номинальной характеристики потока.

Помимо обязательной проверки рабочего зазора головки под микроскопом используют ряд признаков, по которым можно косвенно оценить качество выполнения зазора.

Глубина первого минимума амплитудно-частотной характеристики записи-воспроизведения E(f) должна составлять не менее 6 дБ по отношению к второму максимуму (этот признак является наиболее важным). Угол наклона магнитного штриха записи на сигналограмме при работе головки в режиме записи должен совпадать с углом наклона той же головки, работающей в режиме воспроизведения[3].

Кривая зависимости э. д. с. головки от угла перекоса ее рабочего зазора Е(a) при воспроизведении записи сигнала высокой звуковой частоты должна иметь симметричную форму относительно линии, параллельной оси ординат и проходящей через точку, в которой a = 0; минимумы и максимумы этой кривой должны быть четко выражены.

Кроме того, целесообразно произвести следующее испытание: с помощью проверяемой головки осуществляется запись сигнала высокой частоты, после чего эту запись воспроизводят той же головкой и измеряют воспроизводимый сигнал U_вых1. После этого начало и конец сигналограммы меняют местами, сигналограмму вновь воспроизводят и измеряют U_вых2. Оба напряжения должны быть равны.

Проверка записывающей головки производится аналогичным образом.

Запись сигналов различных частот на образцовой измерительной ленте осуществляют по следующей методике. Производят запись сигнала опорной частоты (315, 400 или 1000 Гц) с заданным уровнем записи (25 или 32 нВб/м), определяемым по измерительной ленте для проверки уровня. Определяют ток записи, соответствующий этому уровню, I_Зо. Записывают все частоты измерительной ленты, расположенные ниже опорной частоты, с неизменным током записи, равным I_Зо. При подобном способе удается избежать погрешностей, вызываемых волновыми потерями головки воспроизведения на низких частотах (их довольно трудно определить и проконтролировать). В случае использования предыскажений на низких частотах осуществляется подъем тока записи с уменьшением частоты в соответствии с заданной t₂.

Запись сигналов всех частот, расположенных выше опорной частоты, производят с контролем уровня записи по выходному напряжению канала воспроизведения. При использовании канала, имеющего равномерную амплитудно-частотную характеристику усилителя воспроизведения, значения тока записи на отдельных частотах устанавливают такими, чтобы при воспроизведении выполненных записей зависимость выходного напряжения усилителя от частоты сигнала в децибелах соответствовала кривой

N_лин = —10 lg (1 + (1 / ( 4 p² f ² t₁² ) ) )                                                                                        (17)

со следующими изменениями: в области высоких частот она должна проходить ниже на значение щелевых и частотных потерь используемой воспроизводящей головки. Значения выходного напряжения усилителя, соответствующие этой кривой, выражаются в децибелах по отношению к напряжению при воспроизведении записи сигнала опорной частоты.

Если контроль уровня записи производят по уровню на выходе корректированного канала воспроизведения, то амплитудно-частотная характеристика усилителя этого канала в децибелах, начиная с опорной частоты записи, должна соответствовать кривой

N_корр = 10 lg (1 + (1 / ( 4 p² f ² t₁² ) ) )                                                                                        (18)

представляющей собой амплитудно-частотную характеристику усилителя стандартного канала воспроизведения, но в области высоких частот она должна проходить ниже на значение щелевых и частотных потерь используемой воспроизводящей головки. При воспроизведении записей, выполненных на измерительной ленте, в указанном канале воспроизведения напряжение на выходе канала не должно зависеть ст частоты.

19. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛЕНТЫ

Использование обычных измерительных лент для настройки магнитофонов в условиях массового производства неудобно. Например, для проверки амплитудно-частотной характеристики канала воспроизведения магнитофона необходимо воспроизвести до 20 записей отдельных частот общей  длительностью около 5 мин с измерением выходного уровня на каждой частоте электронным вольтметром. При настройке магнитофона подобную процедуру обычно приходится проводить несколько раз, что занимает много времени. Кроме того, измерительные ленты допускают ограниченное количество циклов воспроизведения, так как основа ленты при воспроизведении и перемотке деформируется.

Рис. 19. Нумерация полос на экране осциллографа.

Для настройки и контроля магнитофонов в цеховых условиях используют специальные технологические измерительные ленты. Они представляют собой сигналограммы, содержащие записи циклически повторяющихся, определенным образом сформированных серий посылок гармонических сигналов, позволяющие проконтролировать  амплитудно-частотную характеристику канала  воспроизведения (так называемый  участок Ч),  положение сердечников головок по высоте относительно магнитной ленты (участок В) и угол наклона рабочих зазоров головок (участок Н). Контроль этих параметров производится визуально по изображению на экране электронного осциллографа с внешней разверткой. На экране осциллографа при воспроизведении соответствующих измерительных лент появляются 12 вертикальных полос (рис. 19). Эти полосы слева направо имеют следующие номера: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12, 8, 9, 10, 11. Указанные участки могут объединяться на одной измерительной ленте в различных сочетаниях (ленты ВН, ЧН, ЧВН и т. д.). Частота повторения последовательно записанных серий для всех участков составляет 16 Гц. Длительность посылки каждого сигнала равна примерно 3 мс. Измерительные ленты записывают на магнитной ленте шириной 6,25 мм с расположением и шириной дорожек записи, позволяющими проверять двухдорожечные и четырехдорожечные бытовые магнитофоны.

Проверка амплитудно-частотной характеристики канала воспроизведения  (участок Ч). На данном участке технологической измерительной ленты в каждой серии записывают обычно семь посылок сигналов с частотами от 200, 400 или 800 Гц до верхней граничной частоты рабочего диапазона магнитофона (при скорости ленты 9,53 см/с. 400, 800, 2000, 4000, 6300, 8000, 12500 Гц). Относительные уровни записи указанных частот соответствуют заданной t₁. При воспроизведении данного участка ленты на экране осциллографа появляется изображение семи неподвижных вертикальных полос (полосы 1—7), каждая из которых соответствует определенной частоте сигнала. Если высота всех полос одинакова, то амплитудно-частотная характеристика канала воспроизведения магнитофона по измерительной ленте равномерна. Степень неравномерности этой характеристики определяют по разнице в высоте соответствующих полос, измеряемых по трафарету на экране осциллографа. Частотную коррекцию усилителя воспроизведения регулируют непосредственно по изображению полос. На данном участке измерительной ленты запись может быть произведена по всей ширине ленты. Угол наклона магнитного штриха записи равен 90°±3'.

Проверка правильности положения сердечника воспроизводящей и записывающей головок по высоте относительно магнитной ленты  (участок В). На этом участке ленты в каждой серии последовательно записывают по две посылки сигнала частотой 3000—5000 Гц с различным расположением дорожки записи по высоте ленты. Запись одной из посылок соответствует нижнему пределу положения дорожки записи или воспроизведения магнитофона относительно верхнего края ленты, запись другой — верхнему пределу. При воспроизведении данного участка измерительной ленты на контролируемом или настраиваемом магнитофоне при правильном положении воспроизводящей (или универсальной) головки на экране осциллографа должна появиться полоса 8. Если головка установлена ниже необходимого уровня, слева от полосы 8 появляется полоса 12. Если головка установлена выше необходимого уровня, полосы 8 и 12 пропадают. Проверку положения записывающей головки магнитофона, имеющего сквозной канал, производят в режиме воспроизведения (путем включения ее на вход усилителя воспроизведения).

Проверка угла наклона рабочего зазора воспроизводящей (или универсальной) головки  (участок Н). В каждой серии посылок данного участка содержатся записи трех пар посылок сигналов, параметры которых соответствуют трем записям противофазной измерительной ленты для контроля бытовых магнитофонов, описанных в § 17. При воспроизведении данного участка ленты на экране осциллографа появляются полосы 9, 10 и 11. Если полосы 9 и 11 равны между собой по высоте, а расположенная между ними полоса 10 имеет значительно меньшую высоту, то угол перекоса рабочего зазора головки равен нулю (без учета погрешности самой измерительной ленты). Угол перекоса находится в пределах заданных допусков (см. табл. 3), если амплитуда полосы 10(А₁₀) меньше амплитуды полос А₉ и А₁₁ или равна одной из них: А₁₀ £ А₉ и А₁₀ £ А₁₁.

При использовании измерительных лент, составленных из   н е с к о л ь к и х   участков (например, ленты ЧВН), настройку магнитофона производят в следующем порядке. Изменяют высоту положения головки до пропадания полосы 12 и появления полосы 8. Затем, изменяя наклон головки, добиваются максимальной амплитуды верхней граничной частоты воспроизведения (при этом следят за наличием полосы 8 и отсутствием полосы 12). Изменением угла наклона головки (при необходимости) добиваются соблюдения условий

А₁₀ < А₉ ;     А₁₀ < А₁₁;     А₉ = А₁₁.

После этого с помощью регуляторов частотной коррекции усилителя воспроизведения магнитофона добиваются получения частотной характеристики в пределах допусков, обозначенных на трафарете экрана осциллографа.

Проверку и настройку амплитудно-частотной характеристики канала записи-воспроизведения магнитофонов, имеющих сквозной канал, производят при записи на испытуемом магнитофоне сигналов, соответствующих записанным на технологической измерительной ленте Ч, с одновременным воспроизведением. Сигналы подаются на вход магнитофона от централизованного источника. В процессе настройки регулятор частотных предыскажений в усилителе записи устанавливают в положение, соответствующее соблюдению допусков на указанную характеристику, обозначенных на трафарете экрана осциллографа. Установку частотных предыскажений в магнитофонах, не имеющих сквозного капала, производят в режиме с одновременным воспроизведением записанных сигналов с помощью дополнительной (технологической) воспроизводящей головки, временно устанавливаемой на магнитофон, и внешнего усилителя воспроизведения.

Другие типы технологических измерительных лент. Помимо вышеописанных существует несколько типов технологических измерительных лент. Измерительная лента Зазор предназначена для контроля эффективной ширины рабочего зазора магнитных головок. Она основана на записи чередующихся серий посылок гармонических сигналов; длины волн записи сигналов соответствуют диапазону измеряемых ширин рабочих зазоров головок с шагом 0,25 мкм.

Технологические измерительные ленты для проверки уровня записи У и измерения коэффициента детонации Д в принципе не отличаются от обычных измерительных лент, так как они представляют собой сигналограммы с записью стационарного гармонического сигнала. Проверку воспроизводящих и универсальных головок производят на кольце длиной 2 или 5 м, склеенном из отрезков измерительных лент Зазор и У. При этом определяют эффективную ширину рабочего зазора головки и  э. д. с. при воспроизведении номинального уровня записи.

20. ОБМЕН ФОНОГРАММАМИ

Для того чтобы качество звучания фонограммы, полученной по обмену, было не хуже качества, которое обеспечивается при воспроизведении данной фонограммы у изготовителя, необходимо соблюдение ряда условий, относящихся к самой фонограмме, к аппаратуре, на которой она записана, и к аппаратуре, на которой она воспроизводится. К этим условиям, в частности, относятся: обеспечение взаимозаменяемости фонограмм и каналов воспроизведения магнитофонов.

Для обеспечения взаимозаменяемости фонограмм помимо соблюдения чисто размерных параметров необходимо совпадение амплитудно-частотных характеристик каналов записи, в которых были записаны данные фонограммы, и совпадение углов наклона магнитного штриха записи на фонограммах.

Взаимозаменяемость каналов воспроизведения магнитофонов означает совпадение амплитудно-частотных характеристик этих каналов и совпадение углов наклона рабочего зазора воспроизводящих головок.

Погрешности в соблюдении указанных условий, возникающие на различных этапах производства измерительных лент, настройки каналов записи и воспроизведения магнитофонов, а также изготовления оригиналов и рабочих копий фонограмм, суммируются между собой. Поэтому можно сказать, что перекос рабочих зазоров головок и неточность заданных амплитудно-частотных характеристик каналов записи и воспроизведения магнитофонов являются факторами, существенно ухудшающими качество звучания фонограмм, получаемых по обмену или приобретаемых в торговой сети. Ухудшение качества звучания связано обычно с появлением дополнительного спада (а иногда подъема) высоких частот при воспроизведении фонограммы.

Рассмотрим это более подробно применительно к указанным выше производственным этапам.

Запись образцовой измерительной ленты. Точность заданной частотной зависимости потока короткого замыкания измерительной ленты определяется самим методом «узкой щели».

Изготовление рабочих измерительных лент. Допускаемые отклонения характеристики частотной зависимости потока короткого замыкания лент от характеристики образцовой ленты для студийных и репортерских магнитофонов приведены в ГОСТ 8304-77 и для бытовых магнитофонов — в ГОСТ 19786-74.

Максимально допустимый угол перекоса магнитного штриха лент согласно указанным стандартам для бытовых магнитофонов составляет ±3', для студийных и репортерских магнитофонов ± 1,5'.

Настройка канала воспроизведения магнитофона по измерительной ленте. Допуски на амплитудно-частотную характеристику канала воспроизведения по измерительной ленте для студийных и репортерских магнитофонов приведены в ГОСТ 12107-74, для бытовых магнитофонов — в ГОСТ 12392-71 и 20838-75. Допуск на точность установки угла наклона рабочего зазора воспроизводящей головки для студийных и репортерских магнитофонов не задан, для бытовых магнитофонов он определяется контролируемым углом перекоса, приведенным в табл. 3.

Настройка каналов записи магнитофонов по типовой ленте. Допуск на амплитудно-частотную характеристику канала записи, определяемую как разница между характеристикой канала записи-воспроизведения и характеристикой канала воспроизведения по измерительной ленте для студийных и репортерских магнитофонов приведен в ГОСТ 12392-71. Для бытовых магнитофонов этот допуск может быть найден по характеристикам, заданным в ГОСТ 12392-71 и 20838-75. Допуски на точность установки угла наклона рабочего зазора записывающей головки для магнитофонов не задаются,

Запись фонограммы-оригинала. Поскольку запись звуковой программы производят не на типовой, а на обычной ленте, то при записи возникает дополнительная погрешность в заданной амплитудно-частотной характеристике канала записи, определяемая изменением свойств этой ленты по сравнению со свойствами типовой ленты, а также отклонением тока подмагничивания, установленного в магнитофоне, от номинального тока подмагничивания. Отклонение физико-механических свойств используемой ленты от свойств типовой ленты, а также искажения формы этой ленты и неточность изготовления лентопротяжного механизма могут вызвать изменение угла наклона магнитного штриха записи на фонограмме или нестабильность этого угла во время работы магнитофона.

Запись рабочей копии фонограммы. Во многих случаях при обмене фонограммами применяют фонограммы-копии, изготовленные методом перезаписи. При перезаписи отклонения амплитудно-частотных характеристик в принципе могут как складываться, так и вычитаться в зависимости от практических условий. Однако результаты проведенных статистических измерений показывают, что указанные отклонения для копий по сравнению с оригиналом, как правило, увеличиваются, особенно при последовательном снятии нескольких копий.

Влияние перекоса. При отсутствии отклонений амплитудно-частотных характеристик каналов записи и воспроизведения от соответствующих номинальных характеристик перекос рабочих зазоров головок магнитофонов влияет следующим образом.

Если угол наклона рабочего зазора универсальной головки при настройке магнитофона был установлен неправильно (b_у ¹ 90°), то характеристика частотной зависимости потока короткого замыкания фонограммы, записанной на данном магнитофоне, будет правильной1,  но при воспроизведении ее на другом магнитофоне, не имеющем перекоса рабочего зазора воспроизводящей головки (b_в = 90°), фонограмма будет воспроизведена со спадом высоких частот. Такое же явление будет возникать, если в магнитофоне, имеющем сквозной канал, b_в и b_з головок будут одинаковыми, но не равными 90°.

При взаимном перекосе рабочих зазоров воспроизводящей и записывающей головок магнитофона, имеющего сквозной канал, могут наблюдаться следующие явления:

а) b_в = 90°, b_з ¹ 90° — характеристика потока короткого замыкания фонограммы неправильна (уровень записи на высоких частотах завышен на значение потерь перекоса), но если эту фонограмму воспроизводить на магнитофоне с b_в = 90°, то обеспечивается равномерная зависимость выходного напряжения от частоты;

б) b_в ¹ 90°, b_з = 90° — характеристика потока короткого замыкания фонограммы правильна, но частотная коррекция в усилителе воспроизведения завышена на значение потерь перекоса;

в) b_в ¹ 90° ¹ b_з — характеристика потока короткого замыкания фонограммы неправильна, и при воспроизведении данной фонограммы на магнитофоне с b_в = 90° возникает спад высоких частот.

Вообще при перекосе рабочих зазоров головок (b_в ¹ 90° и b_з ¹ 90°) обычно происходит только спад высоких частот при воспроизведении фонограмм, полученных при обмене. Исключением из этого правила является случай, когда в магнитофоне, имеющем сквозной канал, на котором производится запись фонограммы, угол рабочего зазора воспроизводящей головки установлен правильно (b_в = 90°), а зазор записывающей головки имеет известный перекос (например, b_з1 = 90°—3'). При воспроизведении данной фонограммы на магнитофоне, имеющем такой же перекос воспроизводящей головки (b_з2 = 90°—3'), наблюдается подъем высоких частот на значение потерь перекоса.

Контрольные записи. Для уменьшения указанных явлений при профессиональном обмене программами в некоторых случаях используют контрольную запись гармонического сигнала высокой звуковой частоты, выполняемую непосредственно на фонограмме, посылаемой при обмене. Эту запись располагают на ленте до начала основной программы и записывают на том же магнитофоне, на котором записывалась указанная программа. С помощью контрольной записи осуществляют индивидуальную подстройку угла наклона воспроизводящей головки магнитофона, предназначенного для воспроизведения полученной фонограммы. Помимо этой записи в начале фонограммы предусматривают запись сигнала опорной частоты (обычно 1000 Гц). Эти две записи, выполненные с соответствующими уровнями, позволяют приблизительно проверить амплитудно-частотную характеристику канала воспроизведения магнитофона.

Дальнейшие перспективы. В будущем точность измерений и настройки магнитофонов, а также точность изготовления магнитных лент будут безусловно повышены. В частности, будет уменьшен допуск на ширину магнитных лент, что позволит уменьшить поперечные колебания ленты. Дальнейшие перспективы могут быть связаны с введением автоматической компенсации потерь перекоса в магнитофонах с помощью управляющих сигналов, записанных на фонограмме, и автоматического регулирования амплитудно-частотной характеристики воспроизведения с помощью этих сигналов.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Канал записи — совокупность устройств, обеспечивающих в процессе записи передачу записываемой информации рабочему слою магнитной ленты. Входным сигналом канала записи является напряжение на входе канала, выходным — поток короткого замыкания фонограммы.

Усилитель записи — усилитель, нагруженный на записывающую головку, в котором осуществляются необходимые частотные предыскажения.

Уровень записи — значение остаточного потока рабочего слоя магнитной ленты, возникающего в результате намагничивания ленты при записи. Выражается эффективным значением потока короткого замыкания записи на фонограмме в нановеберах на один метр ширины дорожки записи (нВб/м).

Номинальный уровень записи — нормированное значение уровня записи.

Опорный уровень записи — уровень записи измерительной ленты, предназначенной для проверки уровня.

Максимальный уровень записи — нормированное  максимально допустимое значение уровня записи.

Предельный уровень записи — наибольший уровень записи, достижимый в данных условиях.

Амплитудно-частотная характеристика канала записи — зависимость уровня записи от частоты сигналов, поступающих на вход канала записи от источника сигнала с неизменным эффективным значением э.д. с. и заданным внутренним сопротивлением.

Амплитудно-частотная характеристика усилителя записи — зависимость тока записи от частоты сигналов, поступающих на вход усилителя от источника с неизменным эффективным значением э. д. с. и заданным внутренним сопротивлением.

Модуляционный шум — шум на выходе канала записи-воспроизведения, возникающий только при наличии записываемого сигнала и зависящий от свойств этого сигнала.

Характеристика подмагничивания — зависимость уровня записи от тока подмагничивания.

Оптимальный ток подмагничивания — ток подмагничивания, при котором обеспечивается наибольший возможный в данных условиях уровень записи.

Номинальный ток подмагничивания — выбранный для конкретного случая ток подмагничивания.

Канал воспроизведения — совокупность устройств, обеспечивающая при воспроизведении передачу записанной информации от фонограммы. Входным сигналом канала воспроизведения является поток короткого замыкания записи на фонограмме, выходным сигналом — напряжение на выходе канала.

Усилитель воспроизведения — усилитель, подключенный к воспроизводящей головке, в котором осуществляется необходимая частотная коррекция.

Стандартный канал воспроизведения —канал,  состоящий из «идеальной» воспроизводящей головки, т. е. головки, не имеющей потерь, и усилителя воспроизведения, обладающего бесконечно большим входным сопротивлением и стандартизованной амплитудно-частотной характеристикой.

Корректированный канал воспроизведения — канал воспроизведения, обладающий амплитудно-частотной характеристикой, при которой обеспечивается независимость выходного напряжения канала от частоты при воспроизведении фонограммы, записанной в канале записи, имеющем заданную амплитудно-частотную характеристику.

Амплитудио-частотная характеристика канала воспроизведения — зависимость напряжения на выходе канала воспроизведения от частоты сигналов, записанных с неизменным уровнем записи.

Амплитудио-частотная характеристика канала воспроизведения по измерительной ленте —зависимость напряжения на выходе канала воспроизведения от частоты при воспроизведении записи соответствующей измерительной ленты.

Амплитудно-волновая характеристика воспроизведения — зависимость амплитуды сигналов воспроизводящей головки от длины волны записи при неизменном уровне записи.

Сквозной канал — совокупность устройств, обеспечивающих одновременно образование канала записи и канала воспроизведения.

Канал записи-воспроизведения — совокупность устройств, обеспечивающих поочередно образование канала записи и канала воспроизведения.

Корректированный канал записи-воспроизведения — канал записи-воспроизведения, обладающий равномерной амплитудно-частотной характеристикой при заданной амплитудно-частотной характеристике входящего в него канала записи,

Амплитудно-частотная характеристика записи-воспроизведения — зависимость амплитуды сигналов воспроизведения головки от частоты тока записи, протекающего через обмотку записывающей головки.

Типовая лента — магнитная лента, принимаемая при испытаниях за образец.

Измерительная лента — фонограмма с нормированной записью гармонических или иных сигналов, используемая для проведения измерений и (или) настройки магнитофона.

Опорная частота — частота сигнала, при которой уровень записи или воспроизведения при проверке амплитудно-частотных характеристик принимается за «О дБ».

Угол наклона рабочего зазора — угол между направлением движения ленты и линией пересечения ленты с плоскостью, проходящей через середину рабочего зазора магнитной головки симметрично по отношению к граням ее сердечника.

Угол перекоса рабочего зазора — разница между фактическим углом наклона рабочего зазора головки и номинальным значением этого угла.

Магнитный штрих — линия, соединяющая точки на поверхности дорожки записи фонограммы, в которых фазы записи одинаковы.

Угол взаимного перекоса — разница в между углом наклона магнитного штриха дорожки записи фонограммы и углом наклона рабочего зазора воспроизводящей головки.

Совместимость звукозаписи — общее свойство записи, фонограммы и воспроизводящего устройства, заключающееся в том, что стереофоническая запись может быть воспроизведена на устройстве, предназначенном для воспроизведения монофонической записи, а монофоническая — на устройстве для воспроизведения стереофонической записи.

Базовый край ленты — край магнитной ленты, используемой как ориентир для определения положения и нумерации дорожек записи и как база, обеспечивающая необходимое расположение ленты в тракте лентопротяжного механизма.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

НОМИНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАВИСИМОСТИ ПОТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ t₁ и t₂

Частота, Гц	Относительные значения потока, дБ
	t1, мкс					t2, мкс
	35	50	70	90	120	1590	3180
16 20 25	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	+16,04 +14,16 +12,31	+10,33 +8,61 +7,00
31,5 40 50	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,01	+10,45 +8,61 +7,00	+5,47 +4,09 +3,01
63 80 100	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,00 —0,00	—0,00 —0,01 —0,01	—0,01 —0,01 —0,01	—0,01 —0,02 —0,02	+5,47 +4,09 +3,01	+2,12 +1,43 +0,97
125 160 200	—0,00 —0,01 —0,01	—0,01 —0,01 —0,02	—0,01 —0,02 —0,03	—0,02 —0,04 —0,06	—0,04 —0,06 —0,10	+2,15 +1,43 +0,97	+0,65 +0,41 +0,26
250 315 400	—0,01 —0,02 —0,03	—0,03 —0,04 —0,07	—0,05 —0,08 —0,13	—0,09 —0,14 —0,22	—0,15 —0,24 —0,38	+0,65 +0,42 +0,26	+0,17 +0,11 +0,07
500 630 800	—0,05 —0,08 —0,13	—0,11 —0,17 —0,27	—0,21 —0,32 —0,51	—0,33 —0,52 —0,81	—0,58 —0,88 —1,35	+0,17 +0,11 +0,07	+0,04 +0,03 +0.02
1000 1250 1600	—0,21 —0,32 —0,51	—0,41 —0,62 —0,98	—0,77 —1,15 —1,75	—1,20 —1,76 —2,60	—1,95 —2,76 —3,90	+0,04 +0,03 +0,02	+0,01 +0,01 +0,00
3000 2500 3150	—0,77 —1,15 —1,70	—1,45 —2,09 —2,97	—2,49 —3,44 —4,65	—3,58 —4,77 —6,20	—5,15 —6,58 —8,22	+0,01 +0,01 +0,00	+0,00 +0,00 +0,00
4000 5000 6300	—2,49 —3,44 —4,65	—4,11 —5,40 —6,92	—6,12 —7,66 —9,38	—7,86 —9,54 —11,36	—10,04 —11,82 —13,72	+0,00 +0,00 +0,00	+0,00 +0,00 +0,00
8000 10000 12500	—6,12 —7,66 —9,32	—8,64 —10,36 —12,15	—11,26 —13,08 —14,95	—13,32 —15,18 —17,07	—15,73 —17,62 —19,53	+0,00 +0,00 +0,00	+0,00 +0,00 +0,00
16000 20000	—11,26 —13,08	—14,19 —16,07	—17,03 —18,94	—19,18 —21,10	—21,66 —23,59	+0,00 +0,00	+0,00 +0,00

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШУМОВ СОГЛАСНО РЕКОМЕНДАЦИИ № 468-1 МККР

Зависимость показаний прибора от длительности подаваемых на его вход импульсов должна соответствовать приведенной в таблице.

Показания измерительного прибора	Длительность импульса, мс
	10	20	60	100	200
Показания в процентах (и децибелах) к показаниям при стационарном сигнале	48 (-6,4)	52 (-5,7)	59 (-4,6)	68 (-3,3)	80 (-1,9)
Допустимые пределы отклонения в процентах (и децибелах):
нижний предел	41 (-7.7)	44 (-7,1)	50 (-6,0)	58 (-4,7)	68 (-3,3)
верхний предел	55 (-5,2)	60 (-4,4)	68 (-3,3)	78 (-2,2)	92 (-0,7)

Кроме того, динамические свойства прибора должны быть такими, чтобы при подаче на вход прибора серии импульсов гармонического сигнала (частотой 5000 Гц, частотой повторения 10 Гц и длительностью каждого импульса 5 мс) амплитуда импульсов соответствовала амплитуде стационарного сигнала, при которой стрелка прибора отклоняется примерно на 2/3 полной шкалы. Показания прибора при подаче импульсов должны составлять от 70 до 90% значения, соответствующего стационарному сигналу, той же амплитуды. Это относится ко всем диапазонам чувствительности прибора.

Резерв по перегрузке всего канала, предшествующего указанному устройству, должен составлять не менее 20 дБ по отношению к сигналу, соответствующему максимальному показанию по шкале прибора. Это условие относится ко всем диапазонам чувствительности прибора.

При испытаниях на вход прибора подается одиночный импульс гармонического сигнала частотой 5000 Гц с указанной длительностью. Амплитуда импульса должна соответствовать значению стационарного сигнала, при котором стрелка прибора отклоняется примерно на 2/3 полной шкалы. Показания прибора при подаче импульсов должны соответствовать значениям, приведенным в таблице. Эти значения выражены в процентах (и децибелах) к показаниям прибора на стационарном сигнале той же амплитуды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Физические основы магнитной звукозаписи [Вроблевекий А. А., Корольков В. Г., Мазо Я. А. и др.]—М.: Энергия, 1968.—422 с.

2. McKnight J. G. The distribution of peak energy in recorded music and its relation to magnetic recording systems. — Journal of the Audio Engineering Society, April 1959, vol. 7, ¹ 2, p. 65—71, 80.

3. McKnight J. G. Signal-to-noise problems and a new eqvalization for magnetic recording of music.—Journal of the Audio Engineering Society, January 1959, vol. 7, ¹ 1, p. 5—12.

4. Rank W. Studio-Kassetensystem M19.—Funk-Schau, 1974, ¹ 9, S. 317—319.

5. Hueber G. A., Nijolt В., Tenderloo H.  Twin-tone tape testing. — Journal of the Audio Engineering Society, September 1976, vol. 24, ¹ 7,p.542— 543.

6. Коллендер Б. Г. Оценка нелинейности канала звукозаписи магнитофона.—Труды ВНИИТР, 1973, № 4 (23), с. 85—92.

7. Самосский В. А. Измерительные ленты для проверки положения и установки рабочих зазоров магнитных головок. — Труды ВНИИТР, 1971, № 1 (20), с. 17-27.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

Введение

Потери в процессах магнитной записи и воспроизведения

1. Общие сведения

2. Потери при записи

3. Потери при воспроизведении

Применение частотных предыскажений и коррекции в усилителях магнитофона. Вопросы стандартизации

4. Компенсация потерь на высоких частотах

5. Предыскажения и коррекция на низких частотах

6. Сопоставление амплитудно-частотных характеристик

7. Вопросы стандартизации

Выбор значений t₁ и t₂

8. Общие положения

9. Спектральная характеристика звуковых программ

10. Контроль уровня записи

11. Практический способ выбора t₁ и t₂

12. Тенденции изменения используемых значений t₁ и t₂

13. «Нестандартные» характеристики

Методы измерений и настройки аппаратуры. Измерительные ленты. Вопросы обмена фонограммами

14. Установка тока подмагничивания

15. Измерение нелинейных искажений

16. Измерение взвешенного отношения сигнал/шум

17. Установка и контроль угла наклона рабочего зазора головок магнитофонов

18. Установка и контроль амплитудно-частотных характеристик каналов записи и воспроизведения

19. Технологические измерительные ленты

20. Обмен фонограммами

Приложение 1. Термины и определения

Приложение 2. Номинальные характеристики зависимости потока короткого замыкания от частоты для различных значений t₁ и t₂

Приложение 3. Временные характеристики прибора для измерения напряжения шумов согласно Рекомендации № 468-1 МККР

Список литературы

Дмитрий Петрович Василевский

ЧАСТОТНЫЕ  ПРЕДЫСКАЖЕНИЯ  И  КОРРЕКЦИЯ  В  МАГНИТОФОНАХ

Редактор  В.И.Шербина

Редактор издательства Н.В.Ефимова

Обложка художника Е.В.Никитина

Технический редактор Н.М.Бякирева

Корректор З.Б.Драновская

ИБ № 1021

Сдано  в  набор  04.05.78.  Подписано  к  печати  08.08.78.

Т-16004.  Формат  84х108 1/32.  Бумага типографская №2.

Гарнитура   шрифта   литературная.   Печать    высокая.

Усл.  печ.  л.  3,36.  Уч.-изд.  л.  4,43.   Тираж   60 000  экз.

Заказ № 566. Цена 35 к.

Издательство «Энергия», 113114, Москва, М-114,

Шлюзовая наб., 10

Владимирская типография «Союзполиграфпрома»

при  Государственном  комитете  СССР  по  делам

издательств,  полиграфии  и  книжной  торговли

600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д.7

---

[1] В некоторых странах для скорости ленты 19,05 см/с используют постоянные времени t₁=50 мкс и t₂= 3180 мкс. В США эти постоянные времени применяют как для скорости 19,05, так и для скорости 38,1 см/с. Во Франции для скорости 19,05 см/с применяют t₁=50 мкс и t₂= ¥.

[2] В ряде стран используют постоянную времени t₁=140 мкс, заданную во втором издании Публикации №94 МЭК, 1962 г.

³ В некоторых странах применяют характеристику с t₂= ¥.

⁴ До выхода изменения № 3 (апрель 1976 г.) к Публикации № 94 МЭК для скорости ленты 4,76 см/с было указано значение t₂= 1590 мкс.

[3] Для проверки данного показателя с помощью испытуемой головки производят запись сигнала высокой звуковой частоты на тонкой магнитной ленте и при этом отмечают относительный угол наклона рабочего зазора головки. Затем полученную сигналограмму воспроизводят той же головкой и находят угол наклона, соответствующий максимуму воспроизводимого сигнала. Оба угла должны быть одинаковыми.

1 Под  правильной характеристикой частотной зависимости потока короткого замыкания фонограммы понимается характеристика, соответствующая заданной t₁.