Комментарий профессора Радиоля
ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЗВУКА И ИЗОБРАЖЕНИЯ
С помощью электроники можно преобразовать звуковые или световые волны в электрические колебания. Это позволяет записать их. Благодаря обратным преобразованиям можно воспроизвести заложенные таким образом на хранение звуки и изображение. Ниже описываются различные способы записи и воспроизведения.
До сих пор мы изучали лишь способы передачи звуков и изображения в трехмерном пространстве. Благодаря радио и телевидению мы можем слышать и видеть происходящее далеко от нас, в том числе и других городах и странах, на других континентах и даже на небесных телах. Но звуки и изображения могут также передаваться и в четвертом измерении — во времени. Любопытно отметить, что еще задолго до появления электроники человечество решило проблему передачи изображений во времени, когда удалось сделать первые фотографии.
Три вида преобразования
В наши дни существует несколько способов записи и воспроизведения звуков. Каждый из них основан на преобразовании электрических колебаний в колебания иного рода, которые могут легко сохраняться и вновь преобразовываться в электрические.
Какие основные виды преобразований используют? Механическое, оптическое и магнитное. Ты прекрасно осведомлен, Незнайкин, как легко электрические колебания преобразуют в механические. На этом принципе основаны громкоговорители.
Теперь мы займемся рассмотрением трех видов записи и воспроизведения звука
Предки современных электропроигрывателей
Надо сказать, что механический способ передачи звуков во времени родился целое столетие назад, т. е. задолго до появления электроники. Фонограф был изобретен в 1878 г. Эдисоном. В этом предшественнике современных электропроигрывателей запись производилась на цилиндр, покрытый тонким слоем олова. При этом цилиндр вращался и медленно перемещался вдоль своей оси.
Записываемые звуки улавливались широким рупором из листового металла, в вершине которого располагалась мембрана; в центре мембраны был укреплен резец, опиравшийся на цилиндр. Звуковые волны заставляли резец колебаться, и он вырезал на оловянном покрытии цилиндра канавку переменной глубины. Комбинированное движение (вращение и перемещение вдоль оси) придавало канавке форму цилиндрической спирали.
Для воспроизведения записанного таким образом звука было достаточно вернуть резец в начало канавки и вновь начать вращать цилиндр. Изменение рельефа канавки вызывало механические колебания, порождавшие звуковые волны. Нужно ли мне говорить, что это не было высококачественное воспроизведение звука?..
Качество звучания фонографов улучшилось, когда цилиндры заменили пластинками и особенно когда изобретателям пришла светлая идея производить запись не глубинную, а поперечную, оставляя глубину канавки постоянной.
Запись звука на грампластинку
Однако только с появлением электроники грампластинка стала прекрасным средством записи и воспроизведения. Ты догадываешься, что при записи используют микрофон, токи которого до подачи на механический резец усиливают. Записывающее устройство (рекордер) сделано по тому же принципу, что и громкоговоритель: оно состоит из постоянного магнита, между его полюсами помещен электромагнит, сердечник которого способен колебаться вокруг своей оси (рис. 216).
Рис. 216. Катушка помещена в магнитное поле постоянного магнита. Она укреплена на стержне, который может колебаться вокруг оси 1. Верхняя часть стержня удерживается эластичной подвеской в точке 2.
Если через катушку пропускать электрические сигналы, характеризующие звук, то колебания катушки можно использовать для записи звука на диске с помощью острия иглы, укрепленной на нижнем конце стержня. И наоборот: если стержень приводится в колебания в результате движения иглы по канавке грампластинки, то в катушке наводятся соответствующие электрические сигналы.
Когда по электромагниту протекает усиленный микрофонный ток, он приводит в колебательные движения сердечник электромагнита с укрепленным вишу стальным резцом, острие которого вырезает канавку на пластинке, вращающейся под этим механическим записывающим устройством (рис. 217).
Рис. 217. Увлекаемый бесконечным винтом 1 рекордер 2 перемещается вдоль радиуса диска с восковым покрытием, на котором и записывается звук.
Рекордер установлен на винте, который его медленно перемещает к центру диска. Этот диск представляет собой стальную пластинку, покрытую слоем воска. Диск вращается с частотой 331/3 об/мин, а длительность звучания составляет около получаса. Это означает, что канавка насчитывает примерно тысячу витков, причем внутренние имеют диаметр около 12 см. Расстояние между двумя соседними витками канавки меньше 0,1 мм. При поперечной записи звука количество изгибов канавки на единицу ее длины определяет частоту звуков, а от амплитуды этих изгибов зависит интенсивность звуков.
Ты прекрасно понимаешь, что чем меньше диаметр витка канавки, тем плотнее располагаются изгибы канавки при записи звука одной и той же частоты. Тем не менее на современных грампластинках даже на витках, расположенных ближе к центру, удается записать частоты, достигающие 15000 Гц.
Производство грампластинок
Таким образом осуществляется запись звука. Но ты, вероятно, спрашиваешь себя, каким способом запись с этого оригинального диска переносят на миллионы грампластинок, поступающих в продажу. Для этого с оригинального диска прежде всего снимают медную копию: диск с записью покрывают тонким слоем графитового порошка (он проводит электрический ток) и опускают в ванну с раствором сульфата меди, в которой против диска устанавливают медную пластину.
Между диском, подключенным к отрицательному полюсу, и медной пластиной, соединенной с положительным полюсом, пропускают постоянный ток.
Происходящий процесс называется гальванопластикой: атомы меди покидают пластину и после довольно сложных электрохимических реакций осаждаются на диске. Таким образом получают обратную, можно сказать «негативную», копию диска. Метод гальванопластики позволяет получить с этой копии другую, на этот раз позитивную, т. е. полностью подобную оригинальному диску.
С позитивной копии снимают несколько негативных, которые используют в качестве матриц для производства грампластинок, предназначенных для продажи. Процесс производства пластинок заключается в том, что пластинки из поливинилхлорида прессуют дисками-матрицами, нагретыми до достаточно высокой температуры, чтобы размягчить поливинилхлоридные диски, которые в результате такого воздействия приобретают рельеф записанной пластинки.
Звукосниматели
Теперь ты знаешь, как изготавливают грампластинки. И несомненно догадываешься, как они считываются на электропроигрывателе. Обратимость физических явлений тебе хорошо знакома.
Следовательно, звукосниматель может быть выполнен по тому же принципу, что и рекордер для записи. Звукосниматель снабжают очень тонкой иглой, сделанной из алмаза или сапфира. Она укрепляется на конце тоненького стерженька, установленного на электромагните. Последний расположен между полюсами постоянного магнита. Неровности канавки приводят иглу в колебательные движения, которые передаются электромагниту: его перемещения в поле постоянного магнита наводят в его обмотке токи, которые после усиления подаются на громкоговоритель, воспроизводящий записанные звуки. Звукосниматель укреплен на конце тонарма, свободно вращающегося вокруг оси. Прохождение иглы по спиральной канавке вращающейся грампластинки вызывает перемещение тонарма.
Звукосниматель должен очень легко опираться на грампластинку, чтобы не вызывать ее износа. Для того чтобы оказываемое звукоснимателем давление было в пределах (19,6 — 49,0)·103 Н, тонарм поддерживается пружиной или уравновешивается противовесом, установленным на конце, противоположном тому, где находится звукосниматель.
Запомни, Незнайкин, что вместо электромагнитного звукоснимателя очень часто используют пьезоэлектрические (рис. 218). В таком звукоснимателе колебания иглы через связывающую эластичную подвеску передаются пьезоэлектрическому кристаллу. А кристалл выдает напряжения, которые точно соответствуют получаемым им механическим колебаниям.
Рис. 218. Пьезоэлектрический звукосниматель, в котором кристалл 1 воспринимает колебания, передаваемые ему иглой 2 через эластичный держатель 3.
