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.
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" "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)
(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 0.002 |