第7章声源设备

第7章声源设备第7章声源设备7.1电唱机7.2磁带录音机7.3激光唱机第7章声源设备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。第7章声源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。第7章声源设备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。第7章声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。第7章声源设备表7―1三种录音方式的比较第7章声源设备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：①电声指标较高，音质优良；②工作稳定，不像磁带那样容易出现卡带；③容易从中间选取任意段落的信号；④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。第7章声源设备7.1.1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。第7章声源设备一面直径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,25cm13第7章声源设备为了简化唱片类别，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唱片分类标准第7章声源设备表7―3国产唱片代号第7章声源设备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。13第7章声源设备2.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。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。第7章声源设备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。第7章声源设备在图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。第7章声源设备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。第7章声源设备3.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。第7章声源设备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330kΩ、270kΩ两个电阻和0.012μF、0.0027μF两个电容。第7章声源设备图7―145°/45°制式立体声唱片的原理第7章声源设备图7―145°/45°制式立体声唱片的原理第7章声源设备图7―2第7章声源设备图7―3RIAA唱头放大电路第7章声源设备7.1.21.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。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。第7章声源设备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。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。第7章声源设备2.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。第7章声源设备表7―4三种唱头的对比第7章声源设备(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。第7章声源设备(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。第7章声源设备3.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。第7章声源设备图7―4MI型唱头的工作原理第7章声源设备4.拾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。第7章声源设备图7―5(a)旋转式(支点式)；(b)横行式(线性跟踪)第7章声源设备图7―6(a)直线型；(b)J型；(c)S型第7章声源设备(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。第7章声源设备5.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。第7章声源设备6.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。第7章声源设备图7―7电压比较型第7章声源设备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。第7章声源设备图7―8相位比较型第7章声源设备7.(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