Грамзапись и ее воспроизведение > Звукосниматели > Механические показатели звукоснимателя > Электрические показатели звукоснимателя
Принципы преобразования; типы звукоснимателей.
Garrad 1959
Основными деталями системы звукоснимателя являются головка звукоснимателя и тонарм, поддерживающий и направляющий головку при перемещении иглы по поверхности записи.
В головке звукоснимателя находится электромеханический преобразователь, связанный с иглой, назначение которого преобразовать механические колебания иглы, сообщаемые ей звуковой канавкой проигрываемой грампластинки, в соответствующие электрические колебания.
Генерируемая при этом э. д. с. в зависимости от принципа преобразования пропорциональна либо отклонению иглы (амплитудные звукосниматели), либо ее колебательной скорости (скоростные звукосниматели).
В соответствии с физическими процессами, используемыми для преобразования, звукосниматели различаются по типам. Основными способами преобразования механических колебаний в электрический сигнал ранее являлся пьезоэлектрический, а на данный момент, преобладает магнитный.
В пьезоэлектрических звукоснимателях пьезоэлемент генерирует э. д. с. е, пропорциональную отклонению иглы у: e = ky, поэтому они являются амплитудными звукоснимателями.
Магнитные звукосниматели развивают э. д. с, пропорциональную колебательной скорости иглы v: е = kv, т. е. являются скоростными звукоснимателями.
Из других, менее распространенных, типов звукоснимателей наиболее известны полупроводниковые, фотоэлектрические и емкостные. Все они являются амплитудными звукоснимателями.
На верхнем рисунке, представляющим собой пьезоэлектрическую систему производства компании «Garrad» 1959. Сигнал, снимаемый с внутренней стенки звуковой канавки, предназначен для левого канала, он вызывает движение в направлении, как показано пунктирной стрелкой. Таким образом, кристалл – L при изгибе будет генерировать электрическое напряжение для левого канала, а кристалл – R для правого.
В пьезоэлектрических звукоснимателях преобразователями механических колебаний в электрические являются кристаллические и керамические биморфные пьезоэлементы.
Кристаллические пьезоэлементы выполняются в виде пластин, которые вырезаются из кристаллов, обладающих естественным пьезоэффектом, например из кристаллов сегнетовой соли. Они работают как на изгиб, так и на скручивание, развивая при этом большую э. д. с, т. е. имеют высокую чувствительность.
Однако кристаллические пьезоэлементы подвержены влиянию климатических условий, а именно они не работоспособны при температуре выше 40°С и при относительной влажности среды более 75%. Поэтому звукосниматели с кристаллическими пьезоэлементами практически вытеснены звукоснимателями с керамическими элементами, обладающими высокой тепло- и влагостойкостью.
В современных пьезоэлектрических звукоснимателях используются керамические пьезоэлементы из титаната бария или более чувствительные из керамики ЦТС (на основе циркония титаната и свинца).
Они выполняются в виде пластин или трубок.
В керамических пьезоэлементах пьезоэлектрические свойства получают при их изготовлении искусственно, путем поляризации элементов высоким напряжением.
Биморфный пластинчатый пьезоэлемент (рис. а) состоит из пары металлизированных с двух сторон керамических пластин, соприкасающихся плоскостями, на которых при деформации, вызванной колебаниями иглы, возникают заряды одного и того же знака; па внешних плоскостях при этом образуются заряды обратного знака.
Выводы делают полосками из серебряной фольги. Для повышения механической прочности пьезоэлемента между пластинами помещают тонкую металлическую прокладку. Примерные размеры пьезоэлемента 17х3х1 мм.
Трубчатый пьезоэлемент в поперечном разрезе показан на (рис. б).
На керамической трубке расположены две пары металлических полосок, каждая пара противолежащих полосок образует биморфный пьезоэлемент с общим выводом от внутренней стенки трубки. Трубка имеет наружный диаметр примерно 1,3, а длина ее составляет 15 мм.
Показанный на рисунке трубчатый пьезоэлемент предназначен для стерео звукоснимателей, но может быть также использован и для воспроизведения моно. На рисунке показана головка звукоснимателя с трубчатыми пьезоэлементами.
Head Stereo pickup with two tubular ceramic piezo
Внутреннее электрическое сопротивление пьезоэлектрического звукоснимателя определяется емкостью пьезоэлемента; для керамического пьезоэлемента она равна, примерно, 500 пФ, что составляет полное сопротивление 320 кОм на 1 000 Гц.
С понижением частоты сопротивление увеличивается и на частоте 100 Гц достигает уже 3,2 МОм.
Поскольку пьезоэлектрический звукосниматель относится к амплитудным звукоснимателям, то частотная характеристика его э. д. с. это энергетическая характеристика источника — физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду (измеряется в вольтах) при неизменной колебательной скорости иглы имеет спад от низких частот к высоким.
Пьезоэлектрические звукосниматели используют обычно в бюджетных электропроигрывающих устройствах. ЭПУ это законченный узел, представляющий собой совокупность механизмов и электрических цепей, необходимых для считывания информации с грампластинки.
Будучи установленным в корпус с источником питания, ЭПУ превращается в электропроигрыватель. ЭПУ может также являться составной частью более сложных звукотехнических аппаратов: электрофонов, радиол и т. п.
В моделях проигрывателей грампластинок боле высокого класса применяют магнитные звукосниматели, преимуществом которых являются малые искажения в широкой полосе частот.
Магнитные звукосниматели, к сожалению, имеют малую чувствительность, что усложняет устройство используемого усилителя, но это не препятствует применению их в аппаратах высокого класса.
Звукосниматели магнитного типа разделяются на звукосниматели с переменным магнитным сопротивлением, с подвижным магнитом, с подвижными катушками.
Принципиальная схема стереозвукоснимателя с переменным магнитным сопротивлением.
Магнитная система звукоснимателя, разветвляясь, образует две одинаковые магнитные цепи (по числу стереоканалов), общей и подвижной деталью которых является иглодержатель 1, сделанный из ферромагнитного материала.
Колебания иглодержателя в поле постоянного магнита 2 возбуждают в цепи электрический сигнал, образованной иглодержателем и магнитом. Связующее звеном 3 с полюсными наконечниками 4 и 5, определяют изменения магнитного потока, пропорциональные модуляции звуковой канавки грампластинки 8.
Изменения потока индуцируют 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 на рисунке 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.
Головка стерео звукоснимателя с подвижным магнитом.
Миниатюрный постоянный магнит 1 (примерные размеры 3х1,5х1,5 мм) скреплен с иглодержателем 2 и составляет с ним одно целое.
Магнит через эластичную втулку укреплен между концами двух сердечников 3 с насаженными на них катушками, что создает в звукоснимателе две одинаковые магнитные системы соответственно для левого и правого каналов.
Катушки одного сердечника расположены под прямым углом к катушкам другого, что улучшает разделение между каналами. Благодаря эластичной втулке крепления иглы — магнит легко подвижен.
Во время воспроизведения при колебаниях иглы под углом 45° к поверхности пластинки, магнит колеблется только в плоскости соответствующего сердечника и в его катушках индуцируется э. д. с.
При колебаниях иглы под любым другим углом э. д. с. возникают в обеих парах катушек пропорционально модуляциям левой и правой стенок звуковой канавки.
Головки с подвижным магнитом (moving magnet), где подвижный элемент представляет собой миниатюрный магнит, расположенный между катушек и приводимый в движение иглодержателем в соответствии с рельефом звуковой дорожки, в которой находится игла звукоснимателя при проигрывании грампластинки.
Сегодня это самый распространенный на рынке тип звукоснимателя, именно для работы с ним по умолчанию рассчитаны все фонокорректоры.
Обычно такие звукосниматели имеют высокий уровень выходного сигнала (чувствительность). Обычно звукосниматели с подвижным магнитом имеют возможность замены игл при ее износе.
Головка стерео звукоснимателя с подвижной катушкой.
В звукоснимателях с подвижной катушкой используется тот же самый принцип получения сигнала, но магниты при этом остаются неподвижными, а движутся только катушки.
MC
Звукосниматели с подвижной катушкой обычно имеют гораздо меньшую движущуюся массу, чем головки с подвижным магнитом. Этот фактор обеспечивает им лучшее следование по канавке и более хорошую переходную характеристику — в сравнении с головками типа ММ.
Благодаря тому, что в них приводится в движение меньшая масса, звукосниматели с движущейся катушкой могут лучше отслеживать быстрые изменения записанного сигнала.
Из-за особенностей своей конструкции звукосниматели с подвижной катушкой по большей части имеют несменяемую иглу, и если возникнет необходимость ее замены, звукосниматель придется покупать новый.
Выходное напряжение магнитных звукоснимателей двух типов существенно различается. Для картриджей с подвижным магнитом оно колеблется от 2 мВ до 8 мВ, а для моделей с подвижной катушкой — от 0,15 мВ до 2,5 мВ. Хотя обычно звукосниматели с подвижной катушкой имеют более низкое выходное напряжение сигнала, все же на рынке hi-fi встречаются отдельные модели высоким уровнем выходного сигнала.
Выходное напряжение звукоснимателя измеряется, когда колебательная скорость, с которой игла движется по звуковой канавке, это 5 см/сек (действующее значение) при частоте записанного сигнала 1 кГц.
Столь широкий диапазон выходного напряжения требует согласования коэффициента усиления с выходным напряжением звукоснимателя.
Чем ниже выходное напряжение звукоснимателя, тем выше должен быть коэффициент усиления для получения на его выходе сигнала линейного уровня.
Выходное напряжение звукоснимателя с подвижной катушкой преимущественно определяется числом витков провода: чем больше число витков, тем выше выходное напряжение, и соответственно, потребуется меньшее усиление. Однако большинство разработчиков все же предпочитают использовать в катушке звукоснимателя минимально возможное количество (12-15 витков) для того, чтобы максимально снизить массу считывающей системы.
Головка фотоэлектрического стереозвукоснимателя.
Полупроводниковые звукосниматели конструктивно аналогичны пьезоэлектрическим звукоснимателям. Преобразующим элементом является полупроводниковый материал, например кремниевые пластины, электрическое сопротивление которых изменяется при механических нагрузках — сжатии или растяжении.
DS-W1
Компания DS Audio (подразделение Digital Stream Corporation, разработавшей совместно с Microsoft оптическую мышь), презентовала на выставке RMAF 2014 (Денвер, США) звукосниматель для винила DS-W1, представляющий собой сложную оптоэлектрическую систему с применением обычной для таких устройств механики.
Несмотря на свою «световую» сущность, картридж представляет собой полностью аналоговую систему.
Грампластинка воспроизводится путем считывания фотоэлементом изменений луча света, вызванных колебаниями иглы звукоснимателя, и преобразования их в электрический сигнал.
Вся система (она состоит из трех элементов: проектора, фотоэлемента и преобразователя) заключена в алюминиевый корпус, и обладает общей массой всего 6.5 г.
В отличии от обычных оптических систем такого рода, у новинки есть боровый иглодержатель с зажатой в ней алмазной иглой с заточкой Shibata (прижимная сила 1,3–1,7 грамма, рекомендованная — 1,5 г).
Оптические картриджи существуют не первый год. Любители винила обычно обходят стороной этот тип ввиду высокой стоимости. Однако, у оптических систем есть свои плюсы, в числе которых стоит упомянуть меньшее повреждение пластинки, более точное воспроизведение и расширенный диапазон воспроизводимых частот.
DS Audio предложила совместить механическую и оптическую системы, основу представляет собой классическая схема звукоснимателя для виниловых пластинок, но для снятия информации с иглы и преобразования механической энергии в электрическую используются оптоэлектронные элементы.
Картридж DS-W1 — уже не первая работа DS Audio в этом направлении.
Стоимость отдельного картриджа и системы с эквалайзером составляет $8000 и $10 000 соответственно. Журнал «Stereo&Video»
Ввиду высокой стоимости фотоэлектрические звукосниматели до сих пор не распространены и применяются только в единичных высококачественных аппаратах.
SpyLOG
HotLog
Все права защищены © 2003-2017. Разрешается использование при условии указания живой ссылки на сайт http://inthouse.ru/
+7 (926) 906-6548
+7 (495) 771-2800