В. П. Дьяконов, А. Н. Черничин Новые информационные технологии Часть Основы и аппаратное обеспечение Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова Смоленск 2003

Вид материала

Документы

Содержание 5.3. Магнитная запись звуковых сигналов 5.3.2. Аналоговые магнитофоны с подмагничиванием ленты 5.3.3. Современные магнитофоны 5.3.4. Мини-дисковые цифровые магнитофоны 5.3.5. Проигрыватели звуковых оптических компакт-дисков 5.3.6. Цифровые диктофоны с твердотельной памятью 5.3.7. Проигрыватели MP3-файлов с твердотельной памятью

Подобный материал:

• Высшее образование новые педагогические и информационные технологии в системе образования, 4841.75kb.
• Перевод с норвежского М. П. Дьяконовой Под редакцией М. А. Дьяконова Предисловие проф., 5465.89kb.
• Литература: Калугина Т. А. Новые информационные технологии в сфере образования: методологические, 14.35kb.
• Юрия Михайловича Лахтина, прочитанной на 3-х Лахтинских чтениях 21 сентября 2003 года, 1244.48kb.
• Под общей редакцией проф. Малого В. П., проф. Кратенко И. С. Харьков 2008, 8344.22kb.
• Информационные технологии и управление в технических системах всех форм обучения Под, 793.84kb.
• Леонид Владимирович Дьяконов указатель, 8647.04kb.
• Международный общественный благотворительный, 2426.77kb.
• 2. технические основы информационных технологий в экономике, 988.43kb.
• Учебник под редакцией, 9200.03kb.

5.3. Магнитная запись звуковых сигналов

5.3.1. Принципы аналоговой магнитной записи звуков

Магнитный способ записи и воспроизведения звука основан на свойстве ферромагнитных материалов намагничиваться под воздействием магнитного поля и сохранять это состояние. Это довольно сложный процесс, так что мы рассмотрим физические основы магнитной записи несколько упрощенно.

Магнитная запись звука обеспечивает высокое качество фонограммы. Сразу после записи звука фонограмма готова к воспроизведению. Запись, сделанную на магнитной ленте, можно стереть, а затем записать на магнитную ленту новую фонограмму. Качество фонограммы мало зависит от числа воспроизведений, но все же постепенно ухудшается из-за присущих магнитной записи шумов как ленты, так и усилительных устройств. Перечисленные достоинства, а главное дешевизна магнитной записи, определяют ее широкое применение в учебном процессе. Особенно широко используются магнитофоны с лентой в кассетах и микрокассетах.


Схематично конструкция трехмоторного катушечного магнитофона показана на рис. 5.12. Магнитная лента сматывается с левой бобины на правую. Для равномерного протягивания ленты служит ведущий вал ВВ, к которому лента прижимается резиновым прижимным роликом ПР. Ведущий вал вращается двигателем со строго постоянной скоростью вращения. Правая бобина установлена на оси двигателя подмотки,
левая – на оси двигателя торможения.


Рис. 5.12. Упрощенная конструкция катушечного магнитофона


Лента протягивается мимо трех головок. Каждый участок магнитной ленты сначала проходит мимо стирающей головки СГ, которая размагничивает ленту и удаляет старую запись. На записывающую головку ЗГ подается входной сигнал, который намагничивает ленту. Магнитное поле ленты воспринимается воспроизводящей головкой ВГ, на выходе которой и создается ранее записанный сигнал. Все три головки представляют собой миниатюрные электромагниты с тонким магнитным зазором сердечника.

Катушечные магнитофоны в последнее время вытеснены кассетными магнитофонами, у которых бобины с лентой заключены в специальный кожух - кассету. Имеется множество конструкций механизма кассетных магнитофонов - в том числе одномоторных, двухмоторных и трехмоторных. Лентопротяжный механизм - дорогой и сложный узел магнитофона.

5.3.2. Аналоговые магнитофоны с подмагничиванием ленты

К сожалению, несмотря на большие исследования так и не удалось создать магнитную ленту с линейной зависимостью остаточной намагниченности от напряженности магнитного поля записывающей головки. Эта зависимость имеет сложный гистерезисный характер. Поэтому описанный выше способ записи приходится усложнять.

Структурная схема современного магнитофона представлена на рис. 5.13. Детали лентопротяжного механизма здесь опущены. Для стирания прежней записи в обмотку стирающей головки подается сигнал от генератора высокой частоты ГВЧ. Сигнал ГВЧ имеет частоту 40...100 кГц. Магнитная лента, проходя мимо стирающей головки, многократно перемагничивается, благодаря чему старая запись надежно уничтожается.


Рис. 5.13. Функциональная схема современного магнитофона


Далее магнитная лента проходит мимо записывающей головки ЗГ. По обмотке записывающей головки проходит ток, пропорциональный звуковому сигналу и наложенный на высокочастотный сигнал подмагничивания. Это линеаризирует зависимость остаточной намагниченности от тока звукового сигнала.

Намагниченные участки магнитной ленты проходят мимо воспроизводящей головки ВГ. При этом магнитное поле ленты наводит электродвижущую силу (ЭДС) в обмотке воспроизводящей головки. После усиления ЭДС усилителем воспроизведения УВ звуковой сигнал поступает на громкоговоритель ВА.

Головки магнитофона - маленькие электромагниты с тонкой щелью. Они отличаются толщиной щели - самая маленькая толщина (до 1 мкм) – у воспроизводящей головки. Сердечник головок выполнен из пермаллоя или феррита.

Лентопротяжный механизм магнитофона предназначен для обеспечения равномерного движения магнитной ленты мимо магнитных головок при записи или воспроизведении. Скорость движения ленты стандартизована. Чем выше скорость движения магнитной ленты, тем лучше качество записи, но тем меньше времени будет звучать запись, поэтому приходится находить компромисс между качеством записи и временем звучания кассеты. Лентопротяжный механизм также обеспечивает ускоренную перемотку ленты вперед и назад.

5.3.3. Современные магнитофоны

Магнитофоны делятся на две группы: катушечные и кассетные, однако для учебных целей применяются исключительно кассетные магнитофоны, которые мы и будем рассматривать. Кассетные магнитофоны используют скорость движения ленты 4,7 или 2,3 см/с. Важным преимуществом кассетных магнитофонов является удобство их эксплуатации.

Большинство магнитофонов являются стереофоническими. В этом случае на каждую сторону магнитной ленты записывается одновременно сигнал левого и правого каналов. Стереофонический магнитофон содержит два комплекта узлов электрической схемы, представленных на рис. 5.13.

Некоторые магнитофоны не имеют оконечного усилителя и громкоговорителей. Такие магнитофоны называются магнитофонами-приставками, или деками. Деки часто делают с двумя лентопротяжными механизмами для перезаписи программ из одного механизма на другой.

Аналоговой магнитной записи присущи шумы, особенно заметные в паузах. Для их снижения применяются специальные шумоподавители системы Долби. Используется также динамическое подмагничивание, при котором уровень высокочастотного сигнала, подаваемого на головку записи зависит от уровня сигнала - он уменьшается при малых сигналах. Это повышает отдачу, особенно на высоких частотах и заметно снижает уровень шумов магнитофона (до -60 дБ).

Есть миниатюрные магнитофоны - проигрыватели (рис. 5.14). Они обычно рассчитаны на прослушивание музыкальных записей с помощью головных телефонов. Питаются такие проигрыватели от батареи гальванических элементов или аккумуляторов и весят порядка 150-200 г. Они легко помещаются в кармане.


Рис.5.14. Миниатюрный магнитофон-проигрыватель HS-PS 301 фирмы Aiwa


Есть и специальные миниатюрные магнитофоны для записи речи - диктофоны (рис. 5.15). Они оснащены средствами быстрого включения и выключения при начале речи и ее окончании. Диктофоны обычно имеют небольшой динамик, позволяющий прослушать сделанную запись. Они очень удобны для протоколирования заседаний и проведения интервью журналистами.




Рис.5.15. Миниатюрный магнитофон-диктофон VS-615 фирмы Aiwa


Для диктофонов были созданы специальные микрокассеты, размер которых почти вдвое меньше, чем у обычной кассеты. Выпускается множество диктофонов на таких микрокассетах. На рис. 5.16 показан один из таких диктофонов фирмы Sony. Этот диктофон имеет высокое качество записи и речевое управление записью.


Рис. 5.16. Диктофон на микрокассете Sony M-550V


Важнейшими параметрами магнитофона являются:

• номинальный диапазон воспроизводимых частот;
  
• коэффициент нелинейных искажений;
  
• уровень помех и коэффициент детонации.
  

Коэффициент детонации характеризует равномерность движения магнитной ленты в магнитофоне. Если магнитная лента при записи и (или) воспроизведении движется неравномерно, то возникают характерные искажения звука - детонации. Эти искажения наиболее заметны при воспроизведении фортепьянной музыки и проявляются в виде «плавания» звука. Для высококачественного магнитофона коэффициент детонации не должен превышать 0,05...0,1 %. Уровень помех характеризует соотношение между величиной полезного сигнала и величиной сигнала помех, возникающих в магнитофоне. В хорошем магнитофоне уровень помех составляет -50...-60 дБ.

Магнитные ленты делают на основе полимерного материала, на который нанесен рабочий слой. Рабочий слой состоит из порошка ферромагнитного материала, распределенного в связующем веществе. Магнитные ленты различаются шириной, материалом и толщиной основы, а также типом ферромагнитного материала рабочего слоя. Более тонкие магнитные ленты позволяют увеличить длину ленты на кассете и повысить время звучания. Выпускаются магнитные ленты толщиной 55, 37, 27 и 19 мкм.

Наибольшее применение находят магнитные ленты с рабочим слоем из порошка оксида железа (тип I). Для кассетных магнитофонов выпускаются также ленты с рабочим слоем из диоксида хрома (тип II) и др. Необходимо помнить, что использование магнитной ленты, не предусмотренной изготовителем, может привести к ускоренному износу магнитных головок. Тип магнитной ленты указан на кассете.

Магнитную ленту при эксплуатации следует оберегать от воздействия влаги, пыли и др. Нельзя ее размещать вблизи источников магнитного поля (электродвигатели, трансформаторы и т.д.), источников тепла, подвергать ее действию прямых солнечных лучей. При длительном хранении фонограмм необходимо один раз в полгода перематывать ленту для снятия внутренних напряжений. Необходимо эксплуатировать магнитную ленту на исправной аппаратуре. Неисправный лентопротяжный механизм вызывает вытягивание и коробление ленты, что приводит к порче фонограммы.

5.3.4. Мини-дисковые цифровые магнитофоны

Несмотря на разработку миниатюрных и достаточно высококачественных кассетных магнитофонов аналоговые магнитофоны постепенно вытесняются цифровыми устройствами для записи и воспроизведения звука. Это связано с заметными шумами и нелинейностью магнитных лент, что ставит предел повышению качества звуковоспроизведения и ведет к деградации записей при многочисленных перезаписях.

Как уже отмечалось в Главах 1 и 3, этих недостатков лишены цифровые методы записи и воспроизведения звуковых сигналов. Одно время были созданы цифровые кассетные магнитофоны, но широкого применения они не нашли из-за сложного лентопротяжного механизма и большого времени поиска нужных записей. Зато получили широкое распространение устройства на магнитных дисках разного типа.

Корпорация Sony разработала специальный мини-диск MD для своих цифровых магнитофонов. По размерам он чуть меньше привычного 3,5-дюймового гибкого диска для компьютеров. Диск имеет малое время доступа к любой записи и может содержать записи со временем порядка часа и более (на уменьшенных скоростях).

Мини-дисковые цифровые магнитофоны выполняются как встроенные в музыкальные центры Sony устройства, так и в виде отдельных устройств. Примером может служить цифровой магнитофон на мини-диске, показанный на рис. 5.17 мини-дисковый магнитофон MZ-G755/CET (MD Walkman) фирмы Sony с функцией записи и радиоприемником, встроенным в пульт дистанционного управления.




Рис. 5.17. Мини-дисковый магнитофон MZ-G755/CET серии Walkman фирмы Sony


Это устройство - целый кладезь новинок. Начнем с того, что в нем есть AM/FM радиоприемник с цифровым управлением, встроенный в пульт ДУ на шнуре наушников. Это единственная модель MD Walkman Sony с радиоприемником, поставляемая на российский рынок. В аппарате применен алгоритм сжатия информации ATRAC-R, ранее использовавшийся только в стационарных мини-дисковых аппаратах. Такой алгоритм, реализованный на более мощном процессоре, позволяет более точно сохранить информацию, повышая тем самым качество звучания.

Еще одна полезная характеристика - возможность записи с более высоким сжатием в режиме MDLP и размещение на стандартном мини-диске в два или четыре раза больше музыки. Больше пяти часов музыки можно хранить на одном мини-диске!

Система G-PROTECTION обеспечивает непрерывное воспроизведение в условиях тряски и других внешних механических воздействий. Питание осуществляется от прилагаемого аккумулятора или одной пальчиковой батарейки LR6 (SG). Время работы от батарейки Sony Alkaline - 36 часов в режиме обычного воспроизведения, 48 часов – в режиме LP4.

Еще одна модель подобного устройства в 2002 году рекламировалась как старшая модель - рис. 5.18. Она выполнена в стильном алюминиевом корпусе c оригинальной отделкой и имеет подставку для заряда аккумуляторной батареи. В ней есть почти все, что и в ранее описанной модели, кроме радиоприемника.


Рис. 5.18. Минидисковый магнитофон Sony MZR 909 SEE2

Питается этот магнитофон от аккумулятора, от одной пальчиковой батарейки или от сети. При этом время работы от батарейки достигает 84 часов в режиме воспроизведения LP4, что является рекордным для данной категории устройств.

5.3.5. Проигрыватели звуковых оптических компакт-дисков

Проигрыватели звуковых оптических компакт-дисков появились уже давно. Однако это были дорогие стационарные установки. С появлением компьютерных технологий обработки и записи цифровых сигналов, описанных в Главе 3, они были использованы и для новых разработок устройств, как для проигрывания, так и для записи звуковых компакт-дисков. В результате сейчас такие устройства стали вполне обыденными.

Наряду со стационарными проигрывателями (в том числе на 3-10 дисков) выпускаются миниатюрные проигрыватели с батарейным питанием, по площади корпуса чуть большей площади самого диска, но с толщиной в 1,5-3 см. На рис. 5.19 показан такой проигрыватель фирмы Aiwa.


Рис. 5.19. CD-проигрыватель XP-R123 фирмы Aiwa


Такие проигрыватели обычно имеют стандартные органы управления в виде кнопок или клавиш со следующими обозначениями:

▲ OPEN - открытие крышки диска;

■ - остановка проигрывания;

►▐ ▌ - пуск и остановка проигрывания;

►►▐ - переход к следующей записи;

▐◄◄ - переход к предшествующей записи.

Разумеется, у каждой модели проигрывателя могут быть и другие органы управления.

Особое место занимают проигрыватели аудио-CD, позволяющие проигрывать еще и диски с файлами формата MP3. Такие диски содержат число записей в 5-15 раз большее, чем обычные аудио-CD. Для проигрывания MP3-файлов нужны специальные аппаратные и программные средства, которые входят в проигрыватели этого класса, что несколько их удорожает. На рис. 5.20 представлен такой проигрыватель корпорации Sony.

Рис. 5.20. Проигрыватель аудио-CD и дисков с MP3-файлами Sony DCI-001EE


Особое место среди проигрывателей MP3-файлов занимают проигрыватели, в которых такие файлы хранятся на миниатюрном жестком диске с емкостью около 6 Гбайт. Этого хватает на запись 100-150 часов музыки. К сожалению, такие проигрыватели пока дороги и применяются редко. Они как бы образуют переход от проигрывателей с механизмом проигрывания к полностью твердотельным проигрывателям, у которых вообще нет механизмов вращения дисков и магнитных или оптических головок.

5.3.6. Цифровые диктофоны с твердотельной памятью

Появление цифровых методов преобразования звуковых сигналов и твердотельной памяти позволило решить задачу, еще недавно казавшуюся фантастической, - создать устройства записи и воспроизведения звуков, не содержащие вообще лентопротяжных механизмов. В таких устройствах цифровые сигналы звука записываются в твердотельную флэш-память достаточно большого объема, а для воспроизведения считываются с нее.

Пока широко применяются два класса аудиоустройств с твердотельной памятью:

• диктофоны для записи и воспроизведения речи;
  
• проигрыватели MP3-файлов с возможностью их обновления в памяти.
  

Таким образом, о полноценной замене даже кассетных магнитофонов речь пока не идет. Это связано с небольшим объемом памяти и ее дороговизной. Однако несомненно, что устройства с твердотельной памятью, не имеющие сложных и не очень надежных механизмов, в ближайшем будущем полностью вытеснят аудиоустройства с такими механизмами.

На рис. 5.21 показан цифровой диктофон фирмы Aiwa IC-M120/240. Нетрудно заметить, что диктофон имеет минимум органов управления с вполне очевидным назначением. Удлиненная форма диктофона удобна для его размещения в кармане (фирма Samsung выпускает такие диктофоны в форме авторучки). Типичное время записи речи таких диктофонов достигает 2-8 часов.




Рис. 5.21. Цифровой диктофон фирмы Aiwa IC-M120/240


Диктофоны ICD-M фирмы Sony (рис. 5.22) ведут запись на модули памяти Memory Stick. Это позволяет менять такие модули и сохранять сделанные записи. Недостатком таких модулей является их дороговизна и небольшой максимальный объем памяти - до 128 Мбайт (в ближайшее время можно ожидать выпуск модулей с объемом памяти до 1 Гбайта).


Рис. 5.22. Диктофон Sony ICD-M с твердотельной памятью


Внешний вид сменных модулей памяти Memory Stick фирмы Sony представлен на рис. 5.23. Эти модули имеют размер в половину большой марки и выполнены в очень прочном пластмассовом корпусе.


Рис. 5.23. Сменный модуль памяти Memory Stick фирмы Sony


Модули Memory Stick - фирменный продукт Sony. Как правило, для цифровых диктофонов других фирм они не подходят. Однако ряд фирм производит подобные диктофоны с применением других модулей флэш-памяти, например MultiMedia Card (MMC), Secure Digital (SD) или Compact Flash (CF).

5.3.7. Проигрыватели MP3-файлов с твердотельной памятью

Проигрыватели MP3-файлов с твердотельной памятью – самые миниатюрные из электронных аудиоустройств. Они выпускаются даже в составе электронных часов (например, фирмы Casio) и в виде отдельных проигрывателей. Как правило, в них предусмотрена возможность замены файлов, путем перезаписи их с компьютера, с CD-ROM дисков или даже из Интернета. Пожалуй, главный недостаток таких проигрывателей заключается в необходимости время от времени подключать их к компьютеру. Иначе набор записанных в память вещей быстро вам наскучит. Другой недостаток - небольшой объем встроенной памяти - от 32 до 128 Мбайт. Это вынуждает использовать сильно сжатые MP3-файлы, что несколько снижает качество воспроизведения музыки. Тем не менее, оно выше, чем у аналоговых кассетных магнитофонов.

Аудиоплейеры CD-YEPP фирмы Samsung с системой улучшенного воспроизведения басов Super Bass Sound воспроизводят файлы в форматах МР3 и WMA с дисков CD, CD-R/RW. Цифровые МР3-файлы можно записать на CD-R/RW с Web-сайта или переписать с аудио диска с помощью компьютера. Все модели YEPP оснащены системой «антишок» — дополнительным ресурсом памяти, из которой воспроизводится запись во время кратковременных сбоев, вызванных сотрясением плейера. Плееры серии YEPP используют для хранения музыки наиболее распространенные карты памяти SmartMedia Card.

Плеер YP-30S (рис. 5.24) имеет объем встроенной памяти 64 Мбайта. Питания от одной батарейки AAA хватает на время записи в режиме цифрового диктофона до 4,5 ч. Аппаратик поставляется с компакт-диском, на котором имеется программное обеспечение (RealJukebox, телефонная книга и примеры музыкальных MP3-файлов). Плеер имеет эквалайзер на 4 фиксированные настройки. Есть порт USB, к которому поставляется соответствующий кабель USB. Дисплей отображает три строки, предусмотрено отображение даты и времени. Размеры: длина (мм) 65 мм, ширина 44 мм, высота 14,5 мм, вес всего 34 г. Придаются: зажим для ношения на поясе и ремешок для ношения на руке.




Рис. 5.24. Проигрыватель MP3-файлов Yepp YP-30S


Два других плеера YP-20S и YP-20T (рис. 5.25) отличаются «космическим» дизайном. Они имеют теже характеристики, но если у YP-20S объем встроенной памяти составляет 32 Мбайта, то у YP-20T - 64 Мбайта. У них чуть меньше вес (32 г) и габариты (704222).


Рис. 5.25. Проигрыватель MP3-файлов Yepp YP-20S и YP-20T