Таким образом, при радиусе закругления острия иглы 18 мкм канавка должна быть не уже 25 мкм. Минимальная ширина стереоканавки выбирается с некоторым запасом, чтобы игла уверенно велась, опираясь на стенки канавки на достаточной глубине последней, и тем самым была бы исключена возможность выхода иглы из канавки. Это требование распространяется и на случай воспроизведения монофонических записей. Глубина погружения иглы в канавку, считая от

поверхности носителя до точки контакта иглы со стенкой канавки.

Y \ 2

Г COS

(6-29)

при угле раскрытия канавки у=90

(6-290

Рис. 6-14. Ослабление амплитуды воспроизводимого колебания из-за несоответствия ширины канавки радиусу иглы.

Практикой установлено, что глубина hlO мкм достаточна для надежного ведения иглы канавками долгоиграющих стерефонических и монофонических пластинок; это приводит к минимальной ширине канавки около 40 мкм при радиусе иглы 15 мкм.

6-2. Электрические звукосниматели

принципы преобразования. Типы звукоснимателей. Основными деталями звукоснимателя являются головка и тонарм, поддерживающий и направляющий головку при перемещении иглы по пластинке. В головке находятся электромеханический преобразователь, связанный с иглой, назначение которого преобразовать механические колебания иглы, . сообщаемые ей канавкой проигрываемой пластинки, в соответствующие электрические колебания; генерируемая при этом э. д. с. пропорциональна либо колебательной скорости (скоростные звукосниматели), либо отклонению иглы (амплитудные звукосниматели).

В основу электромеханического преобразования заложены различные принципы, которые и определяют типы звукоснимателей. Наиболее распространенными типами являются магнитный и пьезоэлектрический. Из других, менее распрбстраненных типов звукоснимателей наиболее известны полупроводниковый, фотоэлектрический, емкостный. Звукосниматели магнитного типа относятся к скоростным звукоснимателям, а остальные перечисленные типы - к амплитудным.

-«у

,

у ., -

Hi"-

11:,

J > .

Общим признаком магнитных звукоснимателей является изменение магнитного поля в катушке при механических колебаниях подвижного элемента. Подвижным элементом в большинстве конструкций является вибратор с укрепленным на дем миниатюрным магнитом; в некоторых звукоснимателях подвижным элементом является сама катушка.

Магнитные звукосниматели pannHti разработок предназначались для пластинок на 78 об/мин с поперечной записью й широкой канавкой. Одна из типовых конструкций схематически представлена на рис. 6-15. При отсутствии колебаний иглы / на свободный конец симметрично установленного вибратора 2 действуют две равные и противоположно направленные силы притяжения магнита а магнитный поток через вибратор равен нулю. Второй кркец вибратора охвачен демпфером 6. Колебания иглы и связанного с ней вибратора приводят к поочередному уменьшению и увеличению зазоров между вибратором и полюсными наконечниками 5; это вызывает появление в вибраторе переменного магнитного потока Ф, индуктирующего в неподвижной катушке 3 с числом витков п переменную э. д. с, пропорциональную скорости изменения магнитного потока

е = п - . (6-30)

Поскольку изменение магнитного потока dO/dt пропорционально колебательной скорости иглы v, то

(6-31)

Рис. 6-15. Магнитный звукосниматель ранней конструкции.

где - постоянная, зависящая от данных магнитной и электрической цепей звукоснимателя, а также от его конструкции.

В современных магнитных звукоснимателях применяют миниатюрные подвижные элементы и сильные постоянные магниты, что позволяет достичь весьма высоких и качественных показателей.

Представление о стереозвукоснимателе с переменным магнитным сопротивлением, дает рис. 6-16. Магнитная система звукоснимателя, разветвляясь, образует две одинаковые магнитные цепи (по числу стереоканалов), общей и подвижной деталью которых является иглодержатель /, выполненный из ферромагнитного материала. Колебания иглодержателя в поле постоянного магнита 2 возбуждают в магнитной цепи, образованной иглодержателем, магнитом и связующим звеном 3 с полюсными наконечниками 4 и 5, изменения магнитного потока, пропорциональные модуляции канавки грампластинки 8. Изменения потока индуктируют в катушках правого 6 и левого 7 каналов, соответствующие э. д. с. Катушки для лучшего разделения каналов расположены под прямым углом друг к другу. При поперечных колебаниях иглы (сплошные стрелки рис. 6-16, б) в обеих катушках магнитный поток меняется одновременно, увеличиваясь в одной и уменьшаясь в другой. В обеих катушках возникают равные и противоположно направленные э. д. с. Поскольку поперечные колебания соответствуют записанным по обоим каналам синфазным сигналам, то обе катушки звукоснимателя следует подсоединить к усилителям воспроизводящего аппарата так, чтобы диффузоры громкоговорителей при. этом колебались синфазно.

Колебания иглы под углом 45° указывают на воспроизведение записи, выполненной только по одному каналу, например правому (пунктирные стрелки рис. 6-16,6), что соответствует модуляции одной только правой стенки канавки; при. этом в левом канале сопротивление магнитной цепи не меняется, поскольку зазор между соответствующим полюсным наконечником и иглодержателем остается почти постоянным. В данном случае э. д. с. будет возникать только в катушках правого канала. При колебаниях иглы под любым другим углом э. д. с. будет возникать в обеих катушках.

Принципиальная схема стереозвукоснимателя с подвижным магнитом дана на рис. 6-17. Головка имеет две одинаковые магнитные системы, каждая из которых содержит катушки /, насаженные на фасонный сердечник 2 из магнитно-мягкого материала: для лучшего разделения каналов катушки

Рис. 6-16. Головка стереозвукоснимателя с переменным магнитным сопротивлением.

а - схематический вид головки звукоснимателя; б - схемати*1еское изображение участка магнитной цепи с изменяющимся воздушным зазором.

ОДНОГО сердечника расположены под прямым углом к катушкам/другого. Общей деталью обеих магнитных систем является вибратор 3 о, иглой и постоянным магнитом 4, который укреплен через эластичную втулку (не показанную на~ рисунке) между концами сердечников. При следовании иглы по немой канавке магнит находится в состоянии покоя, занимая нейтральное положение, вследствие чего в катушках не возникаем э. д. с. При колебаниях иглы под углом 45° к пластинке, когда производится запись только левого

Рис. 6-17. Головка стереозвукоснимателя с подвижным магнитом.

Рис. 6-18, Пьезоэлементы звукоснимателя.

а - пластинчатый; б - трубчатый.

или только правого канала, магнит колеблется между наконечниками соответствующей магнитной системы, отчего в ней возникает изменяющийся по величине и направлению магнитный поток, индуктирующий в ее катушках э. д. с; при колебаниях иглы под любым другим углом э. д. с. возникают в обеих парах катушек пропорционально модуляциям правой и левой стенок

« .....*

щш -

ШУ-.

9} г. .

Ш ... Л

CI !

канавки.

Стереозвукосниматель с подвижным магнитом (примерные размеры магнита 2,5 X 1*0X1,0 мм) может обеспечить достаточно равномерную частотную характеристику в диапазоне 20-20 000 Гц; чувствительность каждого канала 1-2 мВ/(см/с); переходное затухание между каналами не менее 20 дБ на средние частотах. Нагрузка, оказываемая звукоснимателем на пластинку, незначительна: благодаря достаточной гибкости подвижной системы (не менее 1010" м/Н) такой звукосниматель работает при малой прижимной силе (0,01-0,03 Н).

Ряд фирм выпускает магнитные широкополосные звукосниматели с иглами специальной формы для воспроизведения . квадрафонической записи с пластинок типа CD-4. Верхняя граничная частота таких звукоснимателей не ниже 45 кГц, в частности, головка звукоснимателя модели 4MD20-X с иглой Сибата, выпускаемая японской фирмой «Виктор Компани», воспроизводит диапазон 20 Гц - 60 кГц.

В стереозвукоснимателях с подвижными катушками, известных также под названием «динамических», иглодержатель жестко связан с двумя миниатюрными катушками. Под воздействием иглы катушки колеблются в магнитном поле, возбуждаемом постоянным магнитом. Эти звукосниматели имеют большую гибкость подвижной системы, что позволяет им работать при прижимной силе не более 0,02 Н.

Преимуществом таких звукоснимателей следует считать сравнительно небольшие искажения в процессе преобразования, так,как положение катушек в однородном магнитном поле не влияет на само поле. Поскольку масса подвижной системы должна быть невелика, чтобы звукосниматель мог работать в широком диапазоне частот, катушки имеют малое число витков, а это приводит к низкой чувствительности звукоснимателя. Поэтому область их применения ограничивается профессиональной аппаратурой.

К пьезоэлектрическим з в у к о сн и м а т е л я м относятся звукосниматели, в которых э. д. с. возникает в результате изгиба или скручивания биморфного пьезоэлемента, связанного через передатчик с иглой. Применяются керамические и кристаллические пьезоэлементы. Соответственно звукосниматели называют керамическими и кристаллическими. В керамических пьезоэлементах пьезоэлектрические свойства получаются искусственно, путем предварительной поляризации элементов высоким напряжением. Ife-рамические пьезоэлементы работают на изгиб, они выполняются в виде пластин и трубок. Кристаллические пьезоэлементы обладают естественным * пье-зоэффектом, они выполняются в виде пластин, работающих на изгиб или

скручивание. ~

Кристаллические звукосниматели обычно имеют пьезоэлементы из сег-нетовой соли. Они очень чувствительны, но из-за низкой теплостойкости и влагостойкости сегнетовой соли могут работать только при температурах не выше 313 К (40°С) и относительной влажности не более 75%. Поэтому они практически вытеснены керамическими звукоснимателями, отличающимися высакой климатической стойкостью: В них применяют пьезоэлементы из керамики титаната бария, а в более поздних разработках-из керамики ЦТС (на основе циркония, титана и свинца), дающей по крайней мере вдвое большую чувствительность звукоснимателя.

Биморфный пластинчатый цьезоэлемент состоит из двух металлизированных пьезопластин, соприкасающихся теми плоскостями, йа которых при деформации от изгиба или скручивания возникают заряды одного и того же знака. Выводы делаются металлическими полосками (рис. 6-18, а). Для повышения механической прочности между обеими пластинами иногда помещают тонкую металлическую прокладку. Примерные размеры пластинчатого биморфного пьезоэлемента 15X1,5x0,7 мм.

трубчатый пьезоэлемент в поперечном разрезе показан на рис. 6-18,6: на трубке расположены две пары накрестлежащих металлических полосок; каждая пара образует биморфный пьезоэлемент с общим выводом от внутренней стенки трубки. Такая трубка предназначена для применения в стереофонических звукоснимателях, но может быть использована и для моно-

ШШ/.

Рис. 6-19. Примеры конструкций пьезоэлектрических головок звукоснимателя.

а - монофонической для воспроизведения поперечной записи с узкой и широкой канавкой; б - стереофонической. Справа схематически показано смещение гибкого пере датчика при воспроизведении записи в левом канале и при воспроизведении поперечной записи.

фонического воспроизведения. Трубчатые пьезоэлементы обычцр; изготовляются длиной 15 мм, наружным диаметром 1,3 мм с толщиной стенки 0,3 мм.

В пьезоэлектрическом звукоснимателе колебания иглы вызывают изгиб или скручивание пьезоэлемента; возникающая при этом э. д. &. пропорциональна деформирующей силе, а так как последняя пропорциональна отклонению иглы , то генерируемая э. д. с. -

(6-32)

поэтому в отличие от магнитных звукоснимателей, которые относятся к скоростным, пьезоэлектрические звукосниматели являются амплитудными.

На рис. 6-19, а схематически изображена монофоническая пьезоэлектрическая головка звукоснимателя с двумя иглами для проигрывания пластинок долгоиграющих и обычных на 78 об/мин. На рис. 6-19,6 показана сте-реофоничеая головка того же типа; принцип ее работы поясняется справа на рисунке.

Керамические звукосниматели работают с прижимной силой 0,02« «0,05 Н, позволяя воспроизводить колебания в диапазоне от 30 Гц до 16- 18 кГц; их чувствительность при частоте 1 кГц находится в пределах 0,05- 0,1 В/(см/с). Внутреннее сопротивление, определяемое емкостью пьезоэлемента (примерно 500 пФ), на низких частотах велико; это следует отнести к недостаткам -керамических звукоснимателей, так как требуемая выходна5Р нагрузка должна быть достаточно большой - около \ МОм, что невыгодна сказывается на уровне помех при воспроизведении.

Пьезоэлектрическими звукоснимателями оснащают в основном массовук> потребительскую аппаратуру, в моделях же высокого класса для двух- и Четырехканального стереовоспроизведения применяют магнитные звукоснима-

л

-i .

Ж:

".1-

i,!) ... .

S/-.i--

.ft..;. .

I Шу

ГУ

1

/i

It,-

телй с более широким частотным диапазоном и незначительными искажениями, что обусловлено лучшими параметрами подвижной системы.

Полупроводниковые звукосниматели конструктивно аналогичны пьезоэлектрическим звукоснимателям. Преобразующим элементом служит полупроводник, например кремниевая пластина, электрическое сопротивление которой изменяется при механических нагрузках - сжатии и растяжении. Если через полупроводник пропустить постоянный ток, то изменение сопротивления проявится в виде переменного напряжения на выходной нагрузке преобразователя. Полупроводниковый преобразователь в отличие от пьезоэлектрического не является генератором э. д. с, а представляет собой управляющий орган, роль которого сводится к изменению протекающего по нему тока.

Примерные размеры кремниевых пластин преобразователя 5X0,2X0,15 мм; они укрепляются на пластмассовых или керамических планках с кон- тактами.

Полупроводниковые звукосниматели имеют хорошие технические характеристики: приведенная к игле масса подвижной системы мала, гибкость большая.--не менее 20» 10~ м/Н, поэтому такие звукосниматели могут работать в широком диапазоне частот, начиная с частоты О Гц. К преиму- ществам полупроводниковых звукоснимателей относятся их высокая прочность, нечувствительность к магнитным полям, в том числе к наводкам от двигателя и силового трансформатора. Полупроводниковые звукоснимателипредназначаются главным образом для стереофонических пластинок и видеопластинок.

Недостатком полупроводниковых звукоснимателей надо считать необходимость их электропитания от высокостабильного источника постоянного напряжения, кроме того при стереовоспроизведении необходимо применение фазоинверторных схем, так как обе пла-, стины при деформации дают напряжения, сдвинутые по фазе на 180°.

В фотоэлектрических звукоснимателях используется модуляция светового потока. Принципиальная схема такого стреозвукосни-мателя дана на рис. 6-20. Иглодержатель / через эластичную втулку 2 связан с подвижным экраном 5, расположенным перед неподвижным экраном 4, в котором имеются две щели 5, расположенные под прямым углом друг к Другу. Через щели проходит световой поток от миниатюрной лампы 5, питаемый постоянным током. Он попадает на находящиеся за подвижным экраном фотодиоды 7 (левого канала) и 8 (правого канала). Колебания иглы передаются иглодержателем экрану, который при этом соответственно модуляции канавки 9 заслоняет в той или иной мере каждую щель. Изменяющийся световой поток модулирует ток фотодиодов. Таким образом, фотоэлектрические звукосниматели, как и полупроводниковые, непосредственно не генерируют э. д. с, а являются управляющими органами.

Модель фотоэлектрической стёреоголовки С-ЮОР, разработанная японской фирмой «Тосиба» представляет собой сферу радиусом 25 мм, где помещаются все упомянутые выше детали. Иглодержатель, лампа, фотодиоды легко заменяемы. Звукосниматель отличается хорошими техническими характеристиками. Прижимная сила 0,005 Н, гибкость (горизонтальная и вертикальная) 30 • 10~ м/Н, действующая масса подвижной системы 0,3 мг, чувствительность 14,5 мВ/(см/с); рабочий диапазон частот 20-40 000 Гц, харак- теристика равномерна .в пределах ±1 дБ до 20 000 Гц, переходное затухание между каналами более 30 дБ на 1 кГц и не менее 25 дБ на других частотах. Ввиду высокой стоимости фотоэлектрические звукосниматели пока не

Рис. 6-20. Головка фотоэлектрического стерео-. звукоснимателя.