设备管理_声源设备使用简介

第7章声源设备 7 1电唱机7 2磁带录音机7 3激光唱机 7 1电唱机 声源设备也称为信号源设备 它主要包括传声器 调谐器 收音头 电唱机 磁带录音机 激光唱机以及其它数字信号源等 本章主要介绍电唱机 磁带录音机 激光唱机以及其它数字信号源的基本原理和有关性能指标 使读者能够正确选择和应用这些设备 目前记录声音的方法主要有 机械录音 光学录音和磁性录音三种 机械录音的原理是指用机械变形来模拟声波 使声音保持在唱片上 如电唱片和激光唱片等 光学录音的原理是指用光调幅器将电信号转换为光强的变化 并使电影胶片感光而形成声带 此声带不但储存声音信息 而且还储存图像信息 磁性录音的原理是指铁磁载音体在被录音信号所形成的交变磁场中作匀速运动 使载音体的各个小段在磁场扫描的方向内留下对应于被录音信号的剩磁 磁性录音很容易用去磁的方法来消除 它的这一特点对前述两种录音原理而言是不可能做到的 在现代高质量的放声系统中 对应三种不同的录音原理 有三种不同的声音载体 唱片 电唱片 激光唱片 胶片声带 磁带 磁带的普及率比较广泛 虽然音质比不上唱片 但由于经济 方便等因素 几乎家家都有磁带放音机 而电唱片放音尽管有悠久的历史 但至今尚未普及到如同磁带一样 特别是最近几年激光唱机迅猛发展 使人们几乎将其遗忘 激光唱机是最早进入家庭的数字信号源设备 由于它的性能优良 合理的价格以及操作方便等优点 它的普及率已成为仅次于盒式录音机的高保真信号源设备 数字信号源设备除了最常见的激光唱机 CD 微型磁光盘录音机 MD 数字盒式磁带录音机 DCC 数字音频磁带录音机 DAT 外 还有音视频信号源设备 如激光影碟机 LD 小影碟机 VCD DVD 以及数字录像机 数字电视机等 下面分别介绍各种信号源设备 现将三种录音方法的技术指标作一比较 如表7 1所示 表7 1三种录音方式的比较 1877年爱迪生发明了留声机 把声音产生的振动刻划在圆筒形的锡箔上 声波的振动对应着刻划深度变化的槽纹 后来采用直接刻纹的方法使唱片音质得到提高 一百多年来 唱片记录下了许多珍贵的历史性作品 它的突出优点是 电声指标较高 音质优良 工作稳定 不像磁带那样容易出现卡带 容易从中间选取任意段落的信号 唱片能长期保存 不足之处是不能由用户自行录音 防震能力差 7 1 1唱片 唱片是以机械形变方式模拟并存储声音信息的一种载体 随着电子技术的发展 唱片经历了粗纹唱片 密纹唱片和立体声唱片等发展阶段 现在流行的高保真密纹唱片 立体声唱片均以氯乙烯 醋酸乙烯共聚体为主要原料 其放唱时间可达到粗纹唱片的5 6倍 而且诸如信号噪声比 频率特性 非线性失真和动态范围等重要技术指标也都有所提高 立体声唱片除了兼有密纹唱片的优点外 还能使聆听者判断出声源方位 重现前面舞台的 声像 产生亲临现场的感觉 一面直径30cm 标称转速为33r min 放唱时间为25min的唱片 经展开后的纹槽长度可达到500m以上 唱片信息储存密度非常高 1 唱片的种类和尺寸 唱片的分类方法很多 有按转速分类的 如每分钟33 45和78转唱片 有按唱片的功能来划分的 如单声道唱片 双声道立体声唱片和四声道立体声唱片等 此外 还有按纹槽粗细及直径大小来分的 如 粗纹唱片 密纹唱片 薄膜唱片 以及30cm 25cm等唱片 为了简化唱片类别 国际电工委员会于1982年建议推行一种唱片四位数符号表示法 其前两位数表示唱片的标准直径 后两位数表示唱片的转速 见表7 2 表7 2IEC唱片分类标准 表7 3国产唱片代号 国产唱片规定用汉语拼音字母作为代号 并且在唱片引出槽间隙 片芯 目录和封套上明文标记 例如 M 表示密纹唱片 字母后面的数字是唱片顺序号 我国唱片代号及其表示的规格见表7 3 表中所列唱片的转速均为33r min 对于45r min唱片 规定另用字母S表示 为了区分单声道和立体声唱片 在唱片芯上都作出明确标记 对单声道唱片必须标明 单声 MONO 字样或 符号 对于立体声唱片 应标明 立体声 STEREO 或双环 符号 文字和符号两者也可同时并用 2 立体声唱片 双声道立体声唱片要求能同时记录两路声音信息 为此人们曾偿试过多种调制方法 第一种是双轨方式 即用两条独立的纹槽同时记录两路信息 唱片的录音面被一分为二 外周部分记录右声道 内周记录左声道 放唱时 由安装在同一音臂上的两个拾音头同时在唱片的外周和内周部分拾取信号 第二种是采用频率分割方式 可以在同一纹槽内记录两个声道的信息 第三种是所谓的 纵 横 VL 方式 这种方式以纵向调制记录左 L 声道信息 纹槽随调制信号作深浅变化 以横向调制记录右 R 声道信息 纹槽沿水平方向位移 以上三种方式由于都不够理想 目前已被第四种即布卢姆莱思提出的45 45 调制方式所取代 45 45 立体声唱片制式是一种比较理想的制式 它能和单声道系统兼容放唱 而且左 右声道对称性较好 不会破坏双声道的平衡度 所谓45 45 制式是指把右声道信号刻录在与刻纹刀成 45 的声槽外壁上 而把左声道信号刻录在与刻纹刀成 45 的声槽内壁上 由于声槽内 外壁是互相垂直的 因而右声道刻录方向垂直于声槽外臂 左声道刻录方向将垂直于声槽内壁 详见图7 1 在图7 1 a 中只有左声道信号 没有右声道信号 因而只有唱针带动的左边运动磁铁的磁力线 切割左线圈 馈给左声道信号 右边运动磁铁的磁力线不切割线圈 所以右线圈没有信号输出 图7 1 b 的情况刚好相反 只有右声道输出信号 但45 45 制式的刻纹垂直分量太大 垂直分量的向上运动 将使刻纹刀跳出声槽 也即声槽出现瞬间断槽现象 这样就会使放唱唱针跳出 严重损伤唱片 并使放唱中断 为此 制片时将刻纹头的右声道线圈反相连接 而在放唱时 再将唱头右声道输出反接回来 恢复原状 用这种方法 可以将立体声唱片中垂直矢量为主导的状况改变成水平矢量为主导的状况 从而消除了上述问题 这个方法是美国唱片工业协会首先提出来的 现在国际上已广泛采用 3 唱片录放声频率预均衡和去均衡 唱片制作时的频率预均衡特性为的是提升高频和压低低频 具体的均衡特性见图7 2 a 所示的RIAA 美国唱片工业协会 录制均衡曲线 为了恢复高保真所要求的平直频响特性 在放音时就必须设置去均衡电路 其特性是提升低频 衰减高频 图7 2 b 所示就是去均衡特性 图7 2 c 为两者的综合特性 它基本上恢复了平直的频率响应 去均衡电路通常称为唱头放大电路 如图7 3所示 该放大电路的任务有两个 一是把电磁唱头输出的约3mV左右的微弱信号先行放大到几十毫伏或几百毫伏 再送入前置放大器 二是进行频率特性的去均衡 去均衡网络由负反馈元件组成 其数值分别为330k 270k 两个电阻和0 012 F 0 0027 F两个电容 图7 145 45 制式立体声唱片的原理 图7 145 45 制式立体声唱片的原理 图7 2均衡曲线 图7 3RIAA唱头放大电路 7 1 2电唱机的结构和工作原理 1 电唱机的构成 电唱机主要由电动机 拾音头 拾音臂 传动机构 转盘和机箱等组成 对高级电唱机往往还有频闪测速 唱盘水平调节 转速微调 音臂自动升降 自动放唱等附属装置 电唱机的传动方式可采用摩擦传动 带传动和直接传动等方式 其中 直接传动方式比较好 转速非常稳定 抖晃率可在0 03 以下 信噪比高于60dB 为了增加转速的稳定性 现在大多采用一种以石英晶体作为基准频率的相位比较 锁相环 型直接传动方式 使转速达到了理想的高稳定度 拾音器是唱片放音时用的力 电换能器的总称 其作用是把唱针沿唱片槽纹运动做的机械功率转换为相应的电信号 拾音器主要由拾音头和拾音臂组成 由于拾音器担任能量转换的重任 因而是电唱机中最重要 也是最薄弱的环节 优质的转盘是高档电唱机的另一个重要标志 应该具有很高的加工精度 质量大且必须进行动平衡校正 使其运转平稳以减小抖晃率 提高信噪比 2 唱头的种类及特性 唱头的种类很多 早期普及型唱机采用晶体型 CR 和陶瓷型 CE 唱头 近年一般选用可动铁型 MI 可动磁铁型 MM 或动圈型 MC 唱头 目前较为广泛使用的三种类型唱头的特性如表7 4所示 表7 4三种唱头的对比 1 陶瓷型 这种类型的唱头是利用陶瓷晶体产生的压电效应制成的 这种类型的唱头不需要均衡电路 由于其输出信号大 可使放大电路变化 但是音质不如其它型式的好 所以高质量的唱机几乎不采用 2 可动磁铁型 在唱头中 它是主要的一种 因为它的频率特性 音质都比较好 价格适中 所以被广泛使用 它的工作原理是利用磁铁在磁场中振动而产生电信号 MI型唱头与MM型唱头的工作原理是相似的 只是它们的结构不同而已 3 动圈型 这种类型的唱头 其磁铁是固定的 它的工作原理是利用线圈在磁场里振动而产生电信号 其音质清彻透亮 由于其输出信号很小 所以需要另配专用的前置放大器 基本上不能更换唱针 价格昂贵 3 唱头的工作原理 不论上述哪一种类型的唱头 其原理都是由于唱针的振动而使得通过线圈的磁通量发生变化 因此在线圈上就产生了感应电动势 MI型唱头使用最为广泛 其原理结构如图7 4所示 唱针拾取唱片声槽的振动信号后 通过悬臂使另一端的微小磁铁产生振动 于是通过磁铁的磁通量将发生变化 使线圈产生感应电动势 这就是MI型唱头的机电变换原理 图7 4MI型唱头的工作原理 4 拾音臂 拾音臂对重放声音的音质影响很大 它不但要保持唱头在唱片上轻巧 灵活 平滑地运行 而且拾音臂不应随唱针的振动而发生共振 以上是拾音臂不可缺少的条件 如有任何缺陷 都将影响电唱机的放唱质量 拾音臂大致可分为两大类 一类是支点式拾音臂 见图7 5 a 它的臂前端弯曲 并以支点为中心转动 从而使唱针沿声槽平滑地移动 另一类是线性跟踪臂 见图7 5 b 它与刻纹头一样 使唱针沿直线移动 其失真较前者小 但构造复杂 目前使用不普遍 拾音臂按形状有以下三种 如图7 6所示 图7 5拾音臂 a 旋转式 支点式 b 横行式 线性跟踪 图7 6拾音臂的形状 a 直线型 b J型 c S型 1 直线型 早期的拾音臂多是这种型式 目前仍常见 2 J型 这种拾音臂制作比较容易 但是其横向平衡不好 目前正向S型发展 3 S型 它的横向平衡比较好 目前多采用这种拾音臂 5 唱针 声槽刻纹所记录的音乐信号是通过唱针来拾取的 并经过拾音臂使磁铁振动而转变为电信号 目前高质量电唱机使用的唱针 基本上都是人造宝石或钻石制做的 前者的寿命可播放几百次 后者寿命达几千次 另外 从针的断面形状来分有圆形和椭圆形唱针两种 椭圆形唱针具有优越的性能 由于其研磨加工比较困难 所以只在高级唱机上使用 6 驱动装置 驱动装置的核心是电动机 有关电机的原理这里不做介绍 而主要介绍有关电机的稳速装置 因为电机速度的稳定性 是整个电唱机拾音效果好坏的关键 为了提高电唱机的转速精确度 人们由感应电动机发展到采用同步电动机 随着电子技术的发展 能够自动控制转速的伺服控制电动机 已在优质电唱机中得到日益广泛的应用 伺服系统控制量的产生以电压比较型用得最多 如图7 7所示 图7 7电压比较型 相位比较型的伺服系统 其稳速的效果更好 而且在一定的范围内不受负载变化的影响 如图7 8所示 图7 8相位比较型 7 自动装置 电唱机按放唱操作的自动化程度可分为五种 1 全手控唱机 一切控制都由使用者自己操作 2 半自动唱机 只需使用者将音臂抬起移离托臂架 其余放唱过程全部自动完成 3 自动唱机 只需使用者开机 其余放唱过程全部自动完成 4 自动换片唱机 使用者先把若干张唱片 约6张 放在特制的中心轴上 开机之后 将自动按顺序完成全部唱片的放唱过程 5 全自动电唱机 如果电唱机不但具有自停 自动换片装置 而且具有音臂自动升起 降落 放唱和复位等功能 就称为全自动电唱机 使用时只要按下 自动 按钮 整个放唱过程就由电唱盘的自动装置来完成 在全自动放唱前 首先要把唱片直径选择开关选择正确 否则音臂降落到唱片上的起始位置就不正确 甚至会因碰撞金属转盘而损坏唱针 7 1 3电唱机的技术性能指标 电唱机的主要技术性能指标有 转速 抖晃率 信噪比 针压 频率特性 拾音头灵敏度 声道分隔度和不平衡度等 1 转速 理想的电唱机转盘的转速应与唱片标称转速一致 目前规定了两种标准转速 45r min 和33r min 电唱机的实际转速与标称转速往往会产生一些偏差 转速偏差定义为 转速偏差 实际转速 标称转速 标称转速 100 一般高保真电唱机在标准转速下的平均偏差应该限制在 1 5 1 的范围内 2 抖晃率 电唱机由于电动机 传动机构 转盘轴承精度以及唱片偏心和翘曲等原因而引起转速误差 致使重放的纯音出现周期性的频率偏移 从而使唱片放出的声音忽高忽低 即产生了所谓的抖晃 通常 把6Hz以下的频率偏移 称为晃 在听感上主要表现为音调的变化 6Hz 以上的频率偏移称为抖 在听感上表现为一种低频调制噪声 使音质不清 抖晃率可用下式表示 高保真电唱机的抖晃率应限制在0 2 以下 最优良的晶体锁相环电唱机的抖晃率可低至0 03 以下 抖晃率 频率偏移量 f 标准频率 100 3 信噪比 电唱机的噪声主要来自两方面 一是转动机构的机械振动经拾音头转换后形成的电噪声 通常称为转盘噪声 另一是杂散电磁场感应引起的交流哼声 影响信噪比的原因主要是转盘噪声 转盘信噪比 dB值越高 性能越好 4 针压 针压是指唱针垂直于唱片声槽的静态压力 针压过大易磨损唱片及唱针 过小的针压易出现瞬间跳槽而产生非线性失真 正常的针压 应使唱针能跟随唱片声槽的调制纹 而又不磨损唱片 关于电唱机作为高保真信号源设备 IEC提出了最低性能要求 如表7 5所示 我国关于电唱机的国家标准如表7 6所示 表7 5IEC标准 IEC581 3标准 表7 6电唱盘基本参数表 GB2354 80 7 2磁带录音机 磁带录音机包括模拟录音机和数字录音机两大类 模拟录音机包括盘式录音机 专业用 卡式录音机及盒式录音机 数字录音机是最近几年才研制出的能与磁带卡座兼容的高性能录音机 有关数字录音机的内容在后面专门介绍 本节只介绍模拟录音机 7 2 1概述 1 磁带录音机的特点 1963年荷兰飞利浦公司发明了盒式录音机 它的结构简单 操作方便 互换性好 因而在各国迅速得到普及 随着微型计算机在磁带录音机中的应用 实现了一系列的操作功能的自动化 磁带录音机发展到现在 其各项技术指标都可以获得较满意的结果 但最薄弱的环节仍然是磁带 磁带的本底噪声和调制噪声指标仍不够理想 因而近年来提出了各种各样的降噪系统 专门解决噪声问题 磁带录音技术具有以下一些特点 1 录音后的磁带不须经过特殊处理即可重放 2 录音磁带通过录音机的抹音功能可以多次反复录音 3 磁带可同时进行多种不同节目的录音 即可在磁带的几条平行磁迹上同时录音 也可进行几个信号的混合录音 4 磁带便于剪辑 易于拼接 使用方便 特别是开盘机在这一点上更为突出 5 磁带可进行长时间录音 其连续工作时间比普通的唱片录放时间要长得多 6 录音机的放置方式没有特殊要求 水平 垂直或移动状态下均可使用 且耐振性能较好 7 磁带使用寿命一般都超过数千次 并且能作长期保存 8 磁带的复制方便 是其它录音方式不能比拟的 9 可以制成小型轻巧的机身 便于携带 2 磁带录音机的分类 磁带录音机的分类方法很多 其类型也非常多 但最基本的分类方法无非是三大类 即开盘式录音机 专业用 卡式录音机和盒式录音机 在磁带录音机中 盒式录音机是最流行的一种 除去高级盘式录音机外 一提到录音机 一般就是指盒式录音机 卡式录音机所用的磁带是一种头尾相接的循环磁带 磁带宽度6 25mm 它只有一个磁带盘 不能倒转 可以循环而不停地放音 只在个别地方用 不多见 专业用的盘式录音机的电声指标较高 另外还有单卡与双卡之分 双磁头与三磁头之分等 以上三种制式的录音机特性比较见表7 7 表7 7磁带录音机制式特性比较表 7 2 2磁带录音机的工作原理 1 录音机的主要组成结构 录音机是利用声 电转换及电 磁转换原理进行工作的 如图7 所示 其主要组成部分有 磁头 录音磁头 放音磁头 抹音磁头 驱动机构 具有走带 快进 倒带 暂停 停止等各项动作 和录 放音电路 话筒 录音放大器 放音放大器 超音频交流偏磁振荡器等三大部分 图7 9录音机的主要组成结构 2 录音机的工作原理 1 录音原理 录音机的录音方式有三种 无偏磁录音 直流偏磁录音和超音频交流偏磁录音 由于无偏磁录音的失真非常大 灵敏度也比较低 信噪比也低 所以基本不被采用 直流偏磁录音是把直流偏磁电流和录音电流叠加在一起加到录音磁头的线圈绕组中 可使录音信号移到磁带B H初始磁化曲线的线性区工作 直流偏磁大小正好位于直线段中心 如图7 10 所示 直流偏流的方法简单 但噪声大 灵敏度低 仅用于低档次的录音机中 图7 10直流偏磁 超音频交流偏磁录音是将一个超音频振荡电流和录音信号电流叠加在一起 加到录音磁头上的 这个超音频振荡电流的振荡频率应为录音信号最高频率的5倍以上 一般在40 200kHz之间 偏磁电流的振幅和录音信号振幅之比为 5 25 1 图7 11为音频信号和超音频振荡叠加后在磁化曲线上的工作情况 使用了超音频交流偏磁录音后 可以大大改善因磁化曲线的非线性带来的录音失真 同时在磁带上由于没有固定的直流剩磁存在 带入的噪声电平可以大大下降 故有利于提高信噪比 目前使用的录音机 几乎都使用超音频偏磁方式来进行录音 图7 11超音频偏磁录音 2 抹音原理 所谓抹音 就是将已录过音的磁带上所留有的剩磁信号抹掉 和录音偏磁一样 抹音也有直流抹音和交流抹音两种 直流抹音中抹音磁头和录音磁头相类似 也是由在一个有工作缝隙的磁头铁芯上绕有线圈构成的 当线圈中加上足够强的直流电流时 则将使铁芯工作缝隙两端产生一个足够强的直流磁场H 因此 磁带运动经过抹音磁头时 就要受到强大的直流磁场磁化 直到饱和时为止 磁带离开磁头后 磁带上各点都留有最大的剩磁 这种抹音方法称为直流抹音 一般只在普及型盒式录音机中采用 交流抹音通常是在抹音磁头线圈中加一频率为40 200kHz 有一定功率的超音频振荡电流 抹音磁头的磁场分布和超音频交流偏磁录音磁头相似 当磁带运动临近抹音磁头时 磁带上原有的剩磁受一振幅渐增 方向正 负交变的磁场磁化 如图7 1 a 所示 当此磁带到达磁头缝隙中心时 磁化足以达到饱和 而当磁带离开抹音头时 受到了一正 负交变 振幅渐减的磁场磁化 如图7 12 b 所示 当磁场强度减小到零时 磁带上的剩磁近似于零 所以达到了抹音的目的 交流抹音效果非常好 磁带上几乎没有剩磁 但要求交流振荡器必须有足够大的电流和严格对称的波形 图7 12交流抹音 3 放音原理 磁带放音的基本原理是 磁带上所录信号进行放音时 磁带必须以与录音时相同的带速通过放音磁头 放音磁头绕组在磁带上剩磁磁场的作用下产生感应电动势 且与形成磁带上剩磁的波形相同 该感应电动势送至放音放大电路加以放大 再送到扬声器放音 使原录音得到还原 这就是磁带录音机的放音原理 如图7 13所示 图7 13放音原理 通过一定的数学分析 可以得出下列几点结论 1 放音输出电压与录音电流成正比 2 放音输出电压与录音信号频率按6dB oct线性关系变 3 录音信号电流和放音输出电压相位相差90 4 同一带速 录音和放音信号频率不变 5 同一记录波长 放音输出电压与带速成正比 3 录 放音过程中的各种损耗 录音机在录 放音过程中存在着各种损耗 它们主要包括有去磁损耗 录音间隔损耗 涡流损耗 磁滞损耗 方位角损耗等 这些损耗在录 放音时都会使录音机的各项电声性能指标下降 因此 在实际应用时要尽量减少这些损耗 7 2 3磁带录音机的技术特性 评价一台录音机的性能质量 一般可用它的机械和电声技术特性指标来衡量 下面分别介绍这些性能指标 1 磁带录音机的带速及其允差 根据磁带录音机的用途 档次不同 其带速及允差标准和规格也各不相同 带速的单位为cm s 录制质量越好 相同长度磁带的录音时间越短 因此 专业上普遍采用的带速为38 1cm s或19 05cm s 而普及型录音机常用的带速为19 05cm s 9 53cm s 4 76cm s三种 音乐录音应尽量采用高速 语言或效果录音可使用低速 录音机的带速偏差会造成声音音调高低的变化 实际上 带速在满盘磁带的带头和带尾是有变动的 这是由于带盘中磁带的卷径变化而产生的张力变化所引起的 此外 电源电压与频率波动 压带轮的压贴力变化 磁带的定速机构不标准等 都将影响带速的偏差 带速偏差 v实际 v标准 v标准 100 式中 v实际 为满盘磁带放音时的最高或最低带速 v标准为理想带速或额定带速 一般普及型录音机的带速偏差约为 2 3 高级型录音机在 0 2 以下 2 磁带录音的抖晃 磁带不规则运动引起记录信号的寄生调频现象称为抖晃 它是由于机械传动部件的不规则 或磁带在运动过程中因张力变化 振动 电机力矩的脉动等 使磁带运行速度随机变化所引起的 衡量抖晃的大小用抖晃率表示 抖晃引起的寄生调频的频偏 f对记录信号频率f0的百分比称为抖晃率 即 抖晃率 式中 f0为记录信号频率 f为实际放音频率 f f f0 人耳对音量变动的感觉是比较迟钝的 但对于信号频率的变化是很灵敏的 因此 人耳对录音机的抖晃就非常敏感 在抖晃率不太高时 20Hz以下 抖晃给人的感觉是声调高低波动 而当抖晃率比较高时 20Hz以上 就会使人感到音质不清晰 像噪子中含有痰声一样 3 磁带录音机的基准电平 当录音电平增加到一定程度时 录音信号使磁带上的磁性体 磁粉 进入饱和区 导致录音音质产生严重的非线性失真 磁带上能够录音的最高电平 即饱和录音电平 是由磁带本身的性能决定的 为使录音失真小 录音电平必须设定在饱和录音电平以下的低处 但过低的录音电平又会导致录音的信噪比下降 考虑到录音的互换性以及测量的要求 各标准组织对录音的基准电平作出了规定 基准电平一律以315 1000Hz为参考频率 但各国的标准有多种不同的规定方法 此处从略 4 磁带录音机的频率特性 录音机在录 放音过程中 要求有好的音质 就必定要求它的整个录 放音全通道综合频率特性宽而平直 对于不同用途 等级 带速的录音机 频率特性范围和允许偏差是不一样的 例如 用于教学 语言录音的普及型录音机 它的高频响应一般只达到6 3kHz 而用于音乐欣赏用的高级录音机 它的频响可达14到16kHz 甚至更高 在低频段也是如此 普及型一般要求80 120Hz左右 高级型低频响应要求达到40Hz以下 图7 14录放音损耗的补偿 5 磁带录音机的失真与噪声 磁带录音机的失真可分为谐波失真和调制失真两种 调制失真包括信号的互调失真 以振幅和频率调制失真两种 录音机产生的噪声有以下几种 1 背景噪声 它是指录音机在没有信号存在的情况下 录音 放音通道中出现的噪声 背景噪声的来源包括晶体管或电子管本身的噪声和磁带噪声等 磁带噪声是由于磁性体涂层的不均匀 磁特性的不一致 抹音磁头抹音不净 超音频抹音波形的不对称 磁头的直流磁化以及直流偏磁的磁化等 都会使磁带上记录下不应有的剩磁 从而形成噪声 2 调制噪声 它是在有录音信号存在时出现的噪声 包括振幅调制噪声 频率调制噪声以及录音信号与偏磁之间产生的差拍等 3 转换噪声 转换噪声是指一些断续性噪声 例如录 放开关的转换 话筒或耳机的插入 拔出时所产生的噪声等 6 降噪系统 磁带放音的最薄弱环节是磁带噪声问题 为了降低噪声 人们先后提出了多种降噪系统 录音中常用的降噪系统一般采用压缩扩展方式 即在录音过程中对信号进行扩展 放音时再进行压缩 以恢复信号的原貌 从而达到降噪的目的 目前常用的降噪系统有以下几种 1 杜比 DOLBY 降噪系统 此系统是英国人杜比发明的 根据其性能有三种不同形式 第一种形式为DolbyA 它能明显降低整个音频范围内的噪声 但由于电路复杂 价格昂贵 多用于广播电台 电视台等部门的专业录音座上 第二种形式为DolbyB 这是一种普及型的降噪系统 它仅对声音中的高频信号进行处理 其最大降噪量为10dB 与无杜比降噪功能的系统有一定的兼容性 因此被广泛用于盒式磁带录音座上 第三种形式为DolbyC 它是由两级串接起来的高级降噪系统 主要用于高级录放设备中 其最大降噪量为20dB 降噪效果好 而且所处理的音频范围比DolbyB低两个倍频程 特别适合于播放节奏感强 低频成分较多的流行音乐 总之 杜比降噪系统是目前使用得最普遍的降噪系统 专用标志是 2 自动降噪系统 ANRS 它是日本胜利公司发明的 其原理和DolbyB相似 但电路要简单得多 且有很好的兼容性 性能基本上还处在DolbyB档次上 3 动态降噪系统 DNR 其最大降噪量可达14dB 但会使信号的高频响应有所损失 它不光用在盒式录音座上 还能对其它各种模拟音频信号进行降噪处理 7 磁带的选择 盒式磁带录音机使用的磁带 根据其使用的磁性材料不同可以分为普通带 二氧化铬带和金属带三种 因此录音机的卡座上往往设有磁带选择开关 使用中应根据实际使用的磁带种类来选择相应的档 以便获得最佳的偏磁电流和频率补偿 近年来 许多录音卡座都设有自动磁带选择功能 机器可以根据所用磁带种类 自动调整其偏磁电流 信号电平和频率补偿特性等 8 录音机的其它功能 1 自动录音电平控制功能 录音电平在一定的范围内可以自动调整 2 电脑选曲功能 录音机能利用每首曲子之间的间隔 产生一个记数信号被 电脑 计数器 记录 当记满设定的数之后 输出一个信号去控制录音机的放音机构 使录音机自动放音 3 自动翻转功能 录音机能自动 翻转 播放磁带的另一面 我们知道磁带都有两面 分别对应着两条磁迹 录音的自动 翻转 并不是去翻转磁带 而是通过切换控制电路去控制放音磁头和磁带驱动机构 让放音磁头去拾取磁带的另一条磁迹信号 同时磁带驱动机构让磁带反转 也有的录音机是通过旋转放音磁头来完成自动翻转功能的 4 倍速复制功能 录音机在复制磁带时 可以用倍速的方式进行 这样可以减少复制的时间 9 磁头的消磁 磁头使用一段时间后会产生磁化现象 从而使放音信号产生失真 因此要用消磁器对磁头进行消磁处理 消磁的方法是 将消磁器接通电源 缓慢接近磁头 然后上下移动四五次 最后慢慢远离磁头至半米外关掉电源即完成一次消磁 10 卡座的选择 选择录音卡座时应根据卡座的主要技术指标来进行考虑 在表7 8 表7 9 表 7 10 中列出了几个厂家的录音卡座的性能指标和功能特点等参数 以供读者选购时参考 表7 8雅马哈 YAMAHA 几种盒式录音座的主要技术指标 表7 9先锋 PIONEER 几种盒式录音座的主要技术指标 表7 10索尼 SONY 几种盒式录音座的主要技术指标 7 2 4数字录音机简介前面介绍的磁带录音机使用方便 利于普及是其最大的优点 但由于采用的是模拟技术以及其它一些原因 放音质量较差 针对这个问题 世界上各大数字技术公司先后进行各种研究开发 各种数字录音机也先后和消费者见面 1 数字盒式磁带录音机 DCC 1992年飞利浦决定把1963年他们发明的盒式磁带系统 模拟技术 改成数字盒式录音机DCC DCC系统是数字音频技术与传统的模拟小型盒带技术 ACC 相结合的产物 DCC播放机最大的优点是在其上既可以录放DCC数字磁带 也可录放ACC模拟磁带 而DAT则缺乏这种兼容性 DCC采用的录制方式是带有PASC 精确自适应子频带编码 数据压缩的浮点式PCM 取样频率48kHz 或44 1kHz及32kHz 最大录制时间60min 2 120min 动态范围可达到108dB 频率响应2 2200Hz 通道分离度与CD相当 谐波失真 0 0025 抖晃度无法测出 极小 信噪比108dB 记录体为磁带媒体 带宽3 78cm 带速与模拟磁带相同 带盒尺寸与模拟磁带盒尺寸相同 都为102 64 12 mm 3 世界上第一台DCC机是飞利浦的DC900型 实现DCC系统的关键技术之一是巧妙地利用人耳的听觉特性 听觉极限和掩蔽效应 的数字信号处理技术 PASC DCC的误码校正系统采用CIRC 交错里德索罗门编码 方式 误码校正功能非常强大 DCC900的音质不仅是纯理论上的高音质 有人曾在各种场合下对它反复与原声源进行比较试听 其音质不比CD和DAT逊色 DC900采用了飞利浦公司开发的第二代位流式D A转换集成电路SAA7350以及高精度的数字滤波器SM5840 实现了高性能指标 它采用卧式机芯并安装在整机的中央位置上 机芯与现行模拟录音机芯在外观上无任何区别 不过多了基准销和带盒检测孔的功能检测开关 它的走带系统采用固定磁头 因而其控制较简单 录音机为了能吸收因带速不稳定而引起的抖动 在磁带格式上设置了称之为内帧缝隙的空间 且这一长度可变 因而允许记录速度出现某种程度的变动 所以它的抖晃率极小 另外 它还有图文显示 自动选曲 节目重编等功能 2 微型磁光盘录音机 MD 激光唱机 CD 唯一美中不足的是它只能放而不能录 针对这一缺点 SONY公司于1991年5月开发出了小型磁光盘录音机 MD 并于1992年11月投放市场 MD光盘很小 尺寸为 64 411 1 2mm 仅为CD的一半大小 盘盒尺寸为72 68 5 mm 3 可装入衬衣口袋 盘片有预录片 即重放专用MD 每片10美元 和记录专用MD 即空白片 供录音后再放音 每片4 5美元 重放专用MD采用的是CD技术 而记录专用MD是磁光碟 磁光方式是1957年由美国贝尔研究所开始研究 1980年日本电信电话研究所研究出激光枪记录 抹去和重放技术后 磁光记录方式得以迅速发展 与CD不同的是该技术是在光盘表面涂以磁性层 记录时 用激光照射 当温度升高到居里点 约200 左右 时 再用磁头改变该录音点的磁化方向 重放时 用激光照射MD 该点的反射光的偏光面因磁化方向不同 检测出两种不同方向的光 从而准确地读取信息 SONY与TDK合作研究出了可以记录100万次的空白碟 MD的直径只有CD的一半大 但却与CD有着同样的信息容量 最长可播放74min 在技术指标方面 MD的动态范围约100dB多 频响为5 20000Hz 通道隔离度同CD的 谐波失真极低 与DCC的相同 总的复制精度极好 另外MD的信息检查速度极快 一秒之内就能找到正确的播放位置 快于DCC的 MD较DCC更经久耐用 由于体积小 又采用了抗冲击存储器技术 特别便于携带 据报道 另一种更高性能的磁光盘KDD正在研制中 它的存储容量将是现在软磁盘的100至200倍 由于其存储量大 可以用于声音和图像的记录与重放 3 数字音频磁带录音机 DAT 它也采用脉冲编码调制PCM进行录制 由A D转换器 D A转换器和数字记录装置等组成 输入 输出都可以是模拟信号 也可以是数字信号 为了制定统一的规格 1983年6月 在由硬件 软件 磁带三方面厂家参加的座谈会上决定了旋转磁头型DAT R CD 2 DAT 和固定磁头型DAT S DAT 的实用暂行规格 由于版权问题 使DAT的商品化受到了限制 几经磋商 对限制翻录终于制定出了新的规格 连续翻录管制系统 它规定 对CD的数码翻录只能到第一代为止 不能再从第一代翻录成第二代 从模拟输入进行录音的信号在转为数码信号后也只允许翻录一次 就DAT的性能来说 CD能做到的 DAT也能实现 但反之则不然 DAT的尺寸为73mm 54mm 10 5mm 比现时的盒式模拟录音尺寸要小得多 而DAT的带长仅为模拟磁带的1 3 但却能记录2小时的节目 DAT的动态范围宽 超过96dB 信噪比高 没有磁滞现象 没有调制噪声 可以纠错和补偿 抖晃率极低 频响在5 22000Hz范围内相当平滑 DAT的取样频率近年来多为44 1kHz 与CD MD相同 且正向着高倍取样频率的方向发展 4 ACC DCC CD MD DAT性能比较 前面分别介绍了模拟盒式录音机 ACC 数字盒式录音机 DCC 微型磁光盘录音机 MD 以及数字音频磁带录音机 DAT 的性能 为了便于比较这几种信号源设备 我们在表7 11中示出其主要特点 表7 11 7 3激光唱机 激光唱机是最早进入市场的数字信号源设备 由于它的性能优异 价格合理以及操作控制方便等优点 它的普及程度已成为仅次于盒式磁带录音机的信号设备 除此之外 还有音视频信号源设备 如激光影碟机 LD 小影碟机 VCD DVD等 7 3 1激光唱机的工作原理 1 基本原理 CD唱机是基于脉冲编码调制技术 PCM 原理而工作的 所谓PCM技术是先将模拟声频信号用 模 数 转换器转变成 0 或 1 组成的二进制脉冲数字信号 转换过程是先 采样 然后 量化 最后编成二进制码 如图7 15所示 把输入的模拟信号按适当的时间间隔定出若干点 求出每个时间点的振幅电平 为了得到良好的音质 要求采样频率为最高声频20kHz的两倍以上 即要满足采样定理的要求 然后量出各个时间点和振幅电平 再根据其大小转变为二进制 图7 15PCM信号的形成 a 模拟信号 b 取样与量化 示意图 c PCM信号 采样定理是由香农提出来的 其数学表达式如下 式中 BW为信号带宽 Hz fs为采样频率 即每秒采取数据的个数 只有满足采样定理 才能使信号与量化噪声分离 比如 可听音频范围是20 20000Hz 带宽近似于20kHz 那么取样频率应大于等于40kHz 对CD系统取为44 1kHz 图7 16所示为一代表声音的正弦模拟信号 电压U是时间t的正弦函数 采用数字技术处理时 可取曲线上若干个点的高度代表曲线的纵坐标 比如 图中在1 4周期内取了9个点 用数字0 8代表 表示这段时间内的声音信号的大小 假设最高点电压为8V 向左各点代表的电压依次为7V 6V 直至0V 这样我们可用四位数字 代码 分别表示这些电压值如下 因此 模拟信号中的每个点都可以用不同数字组来代表 每个数字中代码的数量被称为比特 bit 显然 比特数越多 取样点越多 越能更精确代表原连续信号 其表现力也越强 在理论上采用16bit方式即可提供理想的动态范围 但是在数码技术发达的今天 已经出现了达22bit甚至24bit的CD机 图7 16正弦模拟信号 2 特点 同普通电唱机 磁带录音机相比 以PCM技术为代表的数码音响技术具有许多突出的优点 动态范围大 可达96dB以上 信噪比高 95dB以上 频率响应宽 能从直流到20kHz基本平直 失真度小 小于0 004 抖晃率低 0 001 以下 盘片保存节目时间长 便于操作控制等 3 数字激光唱片 数字激光唱片的厚度仅为1 2mm 直径只有12cm 激光束是从下面射到唱片 透过唱片的大部分厚度的塑料透明层后聚焦到信号面 信号面镀有铝质反射涂层 信号面有连串的极为微小的凹点信号槽 槽纹轨迹由里向外反时针方向螺旋排列 如图7 17所示 它在激光唱机上放音时 用激光束通过透镜聚焦 从这些凹点检拾出脉冲编码调制 PCM 的数码信号 其容量可达70min 有关CD制片流程如图7 18所示 图7 17数码唱片尺寸细节 图7 18CD制片流程 4 数字激光唱机 数字激光唱机是集激光 数码和微电脑等几种最新技术为一体的新型唱机 它包括唱盘系统 光学系统 伺服系统 信号系统 信息存储及控制系统等 其结构如图7 19所示 图7 19激光唱机结构方框图 1 唱盘系统 激光唱机设唱片仓 由一组伺服电路控制 放入唱片后 接通其它各系统之电路 准备放音 仓内设有盖板等一整套机构 将唱片定心及压紧 唱机由微型直流马达驱动旋转 装有激光拾音器的唱臂则由内向外运动 由于激光束以固定线速扫描唱片上的信号槽 而唱片的近中心到边缘部分的圆周长度不同 所以马达带动唱盘的转速要随着唱臂的向外移动而不断变化 它由500转每分 逐渐减至200转每分 速度的变化和唱臂的自动跟踪 都是用微电脑组成的 跟踪伺服 送进控制 和 主轴伺服 等系统自动控制 2 光学系统 光学系统如图7 20所示 一个小型低功率 激光二极管 发出肉眼看不见的红外光 它的位置安装在具有较长焦距的平行化 透镜 的焦点上 由它发出的激光束通过透镜后 成为平行光束 经过透射 反射 最后到 物透镜 又聚成光点射到唱片的信号槽上 当光点打到凹坑槽内时 由于凹坑的散射作用 使光的反射强度降低 当光点打在凹坑之间的金属层上时 入射光不会发生散射 而是通过 物透镜 经同一光路返回到 棱镜 上 棱镜 将其导向 光敏二极管 光敏二极管将光束的暗与明转换成相应的 1 与 0 数码信号输出 即完成光学系统拾取光盘信息的过程 图7 20激光唱机的光线路程示意图 3 伺服系统 光学检拾信号的要求很高 需要一套伺服机构自动控制 具体包括以下几个部分 1 聚焦伺服 激光打到唱片信号面上的光点直径必须始终保持在1 7 m左右 所以 激光唱机里必须设有聚焦伺服系统 不断地把 物透镜 按它与唱片之间的距离变化而上下自动移动 使激光束保持准确对焦 2 跟踪伺服 在盘面上 即使激光点的直径正确了 但信号槽之间的距离只有1 6 m 若光点本身未能准确扫描在轨迹的中心线上 或由于唱片偏心而使光点偏移到相邻轨迹 甚至偏移到相隔数条的轨迹上时 就不可能有正确的重放信号 故激光唱机必须具备跟踪伺服系统 检测出轨迹偏移误差信号 控制 跟踪反射镜 使光点沿唱片半径方向移动 自动跟踪信号槽的轨迹扫描 3 径向送进伺服 因数码唱片上的轨迹是螺旋状的 所以还必须有一个伺服系统 以便使激光束扫描放音时 跟着轨迹由内向外的半径位置变化一致 这就是径向送进伺服系统 此外 激光唱机具备的信息存储在控制系统中 如快速寻找乐曲段落重放及节目编排等功能 都需要通过径向送进伺服系统来实现 4 主轴伺服 前面唱盘系统中已经提到 激光束是以固定线速扫描信号的 由唱片各信号凹坑所在位置的半径不同 其圆周长度也处处不同 故唱盘的转速从近中心处的约500r min逐渐减至到边缘部分的200r min 转速变化是由马达的主轴伺服系统来控制的 控制方法是将从拾取的数字信号中提取出时钟信号与基准信号进行比较 得出误差信号 用误差信号去控制驱动唱盘的微型直流马达 4 信号系统 由光