Главная Промышленная автоматика.

между иглой и канавкой, т. е. быть упругими. Рассмотрим поведение канавки под нагрузкой в этих условиях, т. е. когда применим закон Гука. На рис. 6-28, а показано сферическое острие иглы радиусом г, расположенной в поперечно-модулированной канавке с упругими стенками. Силы, действующие на канавку со стороны звукоснимателя: прижимная сила G, упругая сила qA и инерционная сила та)А\ А - амплитуда воспроизведения, А - амплитуда записи; обе амплитуды отсчи-тываются от положения покоя 00 Результирующая трех названных выше сил дает составляющие Pi и Р2, нормальные к стенкам канавки, определяемые на пиках модуляции уравнением (6-42); они вызывают прогиб стенок соответственно на величины Si и 62 - .

Применяя формулу Герца для упругой деформации, получаем прогиб стенок: в немой канавке

So = Si б.

3 G (1 - а2)

24 П2/з

4 У2 £


(6-65)

в модулированной канавке (при miiPA">qA")

21PkI

(6-66)

индексы i и 2 относятся соответственно к вогнутой и к выпуклой стенкам канавки.

В немой канавке обе стенки деформируются одинаково (6-65); для данного носителя записи с модулем упругости Е и коэффициентом Пуассона а деформация увеличивается с повышением прижимной силы G и с уменьшением радиуса иглы г, так как при этом возрастает давление в месте контакта иглы и канавки. В модулированной канавке проявляется воздействие двух дополнительных факторов - конфигурации каждой стенки в месте контакта с иглой и наличия силы реакции звукоснимателя. Каждая из этих причин приводит к различию в деформации той и другой стенок, что особенно заметно на гребнях канавки. Здесь площадь контакта иглы с выпуклой стенкой меньше, чем с вогнутой, поэтому выпуклая стенка подвержена большему статическому давлению и прогибу, чем вогнутая; как показывает последний член в уравнении (6-66), этот прогиб тем больше, чём меньше радиус кривизны канавки рк. С другой стороны, возникающая при проигрывании сила реакции fp при ее инерционном характере [что принято при выводе уравнения (6-66)] вызывает прогиб вогнутой стенки. В зависимости от того, какой фактор преобладает, результирующий прогиб стенок вызывает уменьшение или увеличение амплитуды воспроизведения по сравнению с амплитудой записи.

При упругом характере силы реакции знаки перед членом fp вуравнении (6-66) следует поменять местами, так как эта


.,V.

ш- -5,

KS-V

5f.,

"3 ,



сила направлена к выпуклой стенке. В этом случае обе причины вызывают больший прогиб выпуклой стенки и, следовательно, амплитуда воспроизведения будет меньше амплитуды записи.

Для выяснения влияния на частотную характеристику звукоснимателя в области высоких частот деформации стенок канавки исследуем сначала изменение смещения канавки только под действием прижимной силы звукоснимателя, а затем учтем влияние параметров его подвижной системы в совокупности с носителем записи.

10 4j

1 , „ J

0,1 0,5


Рис. 6-29. Изменение коэффициента передачи звукоснимателя на высоких

частотах из-за прогиба стенок канавки.

- под действием прижимной силы; б - от взаимодействия параметров подвижной

системы с упругостью носителя.

Чтобы определить уменьшение амплитуды под влиянием первой причины -прогиба стенок только от воздействия прижимной силы, обратимся к (6-66), полагая fp = 0 (рис.6-28,б). В. этом случае деформация выпуклой стенки больше, чем вог-

нутой, поэтому потеря равна

2 -Si

. f2

ЗУ2рк

Здесь А - амплитуда записи; А - амплитуда воспроизве-

дения, уменьшенная из-за прогиба стенок. Относительное изменение коэффициента

передачи в этом

случае

3 У 2ркЛ

Подставляя значение рк из уравнения (6-6), имеем:

боГОЗ 6У2

(6-67)



при Л = 0 потери максимальны и игла следует по модулированной канавке, как по немой. Определяемая этим условием граничная частота

(6-68)


Подстановка (6-68) в (6-67) дает:

гр J

(6-69)

гш-

Частотная зависимость коэффициента передачи, вычисленного по формуле (6-72), показана на рис. 6-29, б для различных значений 8. Величина высокочастотного пика зависит от коэффициента затухания г; частота пика находится из усло-

а0 = О, откуда

ВИЯ максимума функции д

А"



Рис. 6-30. Электрический аналог подвижной системы звукоснимателя совместно с канавкой.

- гибкость носителя записи; Гг, т, с - соответственно трение, масса, гибкость подвижной системы, приведенные к игле.

Рис. 6-31. Эквивалентная схема включения магнитного звукоснимателя.

График этой функции приведен на рис. 6-29, а. Чтобы уяснить совместное влияние параметров звукоснимателя и упругости носителя записи на частотную характеристику, обратимся к упрощенному электрическому аналогу подвижной системы звукоснимателя и канавки с упругими стенками, представленному на рис. 6-30.

Механиздское сопротивление, приведенное к игле.

/СОСк

/сот

/сэс

(дпг

1 / 1

(6-70)

имеет максимум при

так как с<с. (6-71)

Коэффициент передачи, выраженный через колебательные скорости или амплитуды воспроизведения, соответственно уменьшенные из-за прогиба стенок, как следует из рис. 6-30,

(6-72)


ill

1:-: й-

1£:

кг-.

ЙУУ.

p p


sV2.

(6-73)

Общий коэффициент передачи, равный отношению амплитуды воспроизведения А к амплитуде записи А, определяется из уравнений (6-72) и (6-69)

А"

Л" л

Л л

или в децибелах



(6-74)

20 Ig

А"

20 Ig

201g

график частотной зависимости общего коэффициента передачи на высоких частотах является сочетанием характеристик, приведенных на рис. 6-29, а и б. Возможный резонансный пик при сор<(Огр определяется коэффициентом затухания е. Если согр<сор, частотная характеристика в области верхних частоГ имеет равномерный спад вплоть до границы воспроизведения,

характеризуемой согр. „

Приведем формулы для граничной и резонансной частот

к более удобному для расчета виду. Подставляя в (6-68) значение бо из (6-65), имеем для граничной частоты

Е IV.

С0рр== 3,03 V

Gr (1 а2)

(6-75)

Далее, принимая с достаточным приближением сор =щ и выражая динамическую гибкость носителя записи как производную выражения (6-65):

2 бо

3 G/y

У2 (1-а2)2

получаем после подстановки в уравнение (6-71)

1,27

.(la2)aj

(6-76)




среднее давление иглы на боковую может быть подсчитано по формуле

стенку немой канавки

gIY2

(6-77)

где а - радиус окружности, являющейся границей поверхности, по которой игла соприкасается со стенкой канавки.

Из рис. 6-28 следует, что в случае немой канавки а =

У2г8 q. Подставляя в это выражение значение бо из формулы

(6-65), имеем:

Gr (1 - gg)

В формулах (6-65) и последующих б, а, р, г, м; V, м/с; G, jFp, Н; Е, р, Н/м; т, кг. Те же коэффициенты сохраняются в формулах, если применять вместо названных единиц измерения соответственно см, см/с, дина, дина/см, г.

Заметим, что приведенные формулы предусматривают упрощенную механическую схему звукоснимателя с сосредоточенными, а не с распределенными постоянными, и основываются на применимости классической теории упругости Герца для статического давления к скользящему контакту игла-канавка. Из экспериментальной работы Вэлтона, изучавшего деформацию винилита под движущимся давителем в условиях, подобных проигрыванию пластинок, следует, что предел упругости материала пластинки при скользящем давителе, по-види: мому, выше, чем при статическом, и что глубина деформации (влияющая на э. д. с. звукоснимателя) не меняется, если сохранять постоянным не отношение G/r, как это вытекает из формулы (6-65) классической теории, а скорее G/r, причем игле с радиусом 12,5 мкм соответствует прижимная сила G около 0,03 Н. По соотношению этих цифр, по-видимому, могут быть выбраны в наиболее правильных сочетаниях и другие значения г и G, при которых винилит ведет себя, как упругий материал, т. е. когда деформация исчезает с удалением дави-теля -иглы; в этих условиях и следует проигрывать пластинки. Применение звукоснимателей с завышенной прижимной силой G приводит к необратимым пластическим деформациям винилита, а следовательно, к искажениям и преждевременному износу пластинки.

Несмотря на приближенность рассмотренных формул, они позволяют ориентироваться в выборе необходимых параметров звукоснимателя и определять характерные для него частоты колебаний с тем, чтобы окончательное уточнение производить экспериментальным путем.

Следующий числовой пример дает представление о величинах, которых следует придерживаться при проектировании звукоснимателей,

ей:.-

- чи

Л;

IK)

. i

>i

ill;-.

Ш

Y-r-


Выбираем иглу радиусом r=13 мкм и задаемся прижимной силой G = 0,02 Н. Гибкость и массу подвижной системы найдем, исходя из уровней записи, несколько превышающих предусмотренные стандартом, но возможных в реальных фонограммах. Так, наибольшую амплитуду Лмакс на низких частотах примем равной 60 мкм, а наибольшее ускорение 1(Уомакс на высоких частотах можно допустить равным 1000 g, где ё-УкоР.е™е силы тяжести. Используя эти данные в формулах (6-45) и (6-46), определяем гибкость подвижной системы звукоснимателя с=9.10-з м/Н (9.10-6 см/дин) и массу т==0,68-10 » г, приведенные к. игле. Эффективную массу тенарма Мт находим по формуле (6-48), исходя из его наибольшего ускорения при выходе на выводную канавку 1(Ут = Фт, где ф-угловая скорость носителя записи, определямая формулой (2-4), а т -шаг выводной канавки. Ускорение 1(Ут определяем для частоты вращения t=45 об/мин, и наибольшего шага выводной канавки т= = 1 см. Это дает 1(Ут=0,022 g и согласно (6-48) массу тонарма Мт=31 г. Для частоты вращения 337з об/мин условие (6-47) при этом будет выдержано с запасом.

Принимая для винилитовой пластинки модуль упругости £ = 3-109 Н/м2 (3 -100 дин/см2) и а=0,35, имеем при У=21 см/с (что соответствует диаметру записи 12 см при 337з 6б/мин) на основании формул (6-75) и (6-76) граничную частоту /гр== - 24 000 Гц и резонансную частоту системы игла-канавка fp=29400 Гц. СобстЁенный резонанс подвижной системы звукоснимателя, определенный по формуле (6-59), возникает при fo = 2040 Гц, а резонанс тонарма согласно формуле (6-56) при =jj=9,5 Гц. Таким образом, оба. нежелательных резонанса - низкочастотный (fn) и высокочастотный (fp) расположены вне рабочего диапазона. Заметим, что резонансную частоту то-

нармами


* - ее»

целесообразно иметь не выше 10 Гц, т. е.

выдерживать величину

<4000. Для ослабления сил инер

дни тбнарма, стремящихся вывести иглу звукоснимателя из канавки, желательно уменьшать в разумных пределах массу тонарма М, но при одновременном увеличении гибкости с подвижной системы, чтобы резонансная частота тонарма fn оставалась достаточно низкой.

Выбор нагрузочного сопротивления звукоснимателя. Частотная характеристика воспроизведения получается в результате сложения характеристик звукоснимателя и усилителя. Прежде всего следует учесть, является ли звукосниматель скоростным или амплитудным, но в том и другом случае его частотная характеристика отдачи зависит от нагрузочного сопрот;ивления.

В аппаратах высокого класса, где, как правило, применяются магнитные скоростные звукосниматели, номинальная





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 [30] 31 32 33 34 35 36 37 38

0.0037