Только на этот раз цепь коррекции была предварительно рассчитана и корректор выполнен не с разделенной коррекцией, а по классической схеме. Последний (третий) каскад выполняет только функцию усилителя.
Ниже приведена схема цепи корреции:
Для расчета кривой RIAA необходимо задаться номиналом резистора R1 и R3 (сеточный резистор последующего каскада) и рассчитать эквивалентное сопротивление R’ = (Rout + R1)*R3/(R1+Rout+R3), где Rout – это значение выходного сопротивления предыдущего каскада. Далее рассчитывает номиналы цепей коррекции:
С1*R’ = 2187 мкс
R’*C2 = 750 мкс
R2*C1 = 318 мкс и R2/R1 = 6,877
При этом можно исходить из имеющегося номинала С1 и подбирать R2 или наоборот. Номинал С2 придется подбирать, быть может из разных конденсаторов, если это не удается, придется менять R’ и начинать все сначала.
Качеству деталей для цепи коррекции необходимо уделить особое внимание. В моем распоряжении был 0,25Вт танталовый резистор 470К от Аудио Ноут (R1), исходя из номинала которого я провел дальнейшие расчеты. В качестве конденсатора С1 хорошо подойдет полистирольный ПО на 500 В или К71-7, в качестве С2 я использовал конденсатор ERO, купленный на е-Вае (продавец был эстонец, цена очень хорошая и ждать не надо было долго), хотя К71-7 в этом месте тоже звучит неплохо.
Теперь отступление о входной цепи второго каскада. Мной было замечено ранее, что схемы для усиления малых сигналов дают хороший звук при заземленном катоде и смещении, возникающем на сеточном резисторе большого номинала из-за токов сетки. Была выбрана такая схема:
Преимущество этой схемы в данном случае и в том, что высокое значение сеточного резистора R3 не требует от межкаскадного конденсатора С3 выского значения емкости. К тому же, резистор R1 можно подключить непосредственно к аноду предыдущего каскада, правда надо помнить, что при этом конденсаторы С1 С2 и С3 должны быть рассчитаны на полное напряжение питания схемы.
Расчет номиналов цепи коррекции.
R’ = 470*15000/(470+15000) = 456 K (Rout пока принят равным нулю).
C2 = 750*10(-6)/ 456000 = 1640 pF – Учитывая Миллерову емкость входной лампы (в данном случае 5691 – это около 120 пФ), этот номинал был выбран 1500 пФ.
C1 = 2187*10(-6)/456000 = 4790 pF – этот номинал удалось подобрать из имеющихся конденксаторов К71-7.
R2 = R1/6,8774 = 68,3 K Это значения было получено подбором двух параллельных резисторов Allen Bradley 300К и 91К.
Окончательная схема выглядела таким образом:
На схеме указаны лампы 1579 вместо 5691, они также звучат прекрасно.
Для того, чтобы была возможность корректировать звучание головки в области ВЧ, в схеме есть переменный кондерсатор С1 с диапазоном регулировки 5 – 270 пФ. Дело в том, что некоторые головки имеют довольно значительные резонансы в высокочастотной области. Например, имеющаяся у меня головка Grado Prestige Red зазвучала нормально, без резонансов только после установки емкости указанного конденсатора на значение 180 пФ, хотя если верить приложенному к головке паспорту, такая емкость вроде бы и не нужна. Резонансы контролировались по контрольной пластинке с записью ступенчато возрастающей частоты через 1 КГц от 1 КГц до 20 КГц и в отсутсвие конденсатора С1 (или при замене его постоянным 47 пФ, как это рекомендуют многие источники) резонансы наблюдались в районе 12 – 15 КГц, по амплитуде достигая + 5 дБ.
Кривая RIAA после замеров оказалась в пределах + – 0,5 дБ, достигая максимума отклонения для 20 Гц.
Дополнено в 2013 году. Должен честно признаться, что хотя эта конструкция уже более двух лет услаждает мои уши, по уровню шума она проигрывает предыдущей . Предполагаю, что навороченный вход и лампа 6072 вместо 6С3П сыграли свою роль.
14-04-2010
Gabor Toth
Описание
Чтобы слушать старые виниловые пластинки с полноценным звучанием, вам понадобится схема, называемая RIAA корректор. Эту можно найти в старых усилителях, но в современную домашнюю аппаратуру ее уже давно не встраивают. Если вы захотите заархивировать ваши виниловые записи на ПК, вам также будет необходим RIAA корректор. Было бы хорошо, если бы корректор имел встроенный усилитель мощности для небольших динамиков или наушников. В описываемом здесь устройстве такой усилитель есть. Оно состоит из двух частей: корректора и усилителя.
Корректор выполнен на сверхмалошумящей микросхеме NE5532 . В схеме корректора используются металло-пленочные резисторы с допуском 1%, мощностью 0.6 Вт, конденсаторы должны быть с допуском 5% или лучше, с рабочим напряжением 63…100 В. Корректор имеет прямой выход на внешний усилителя или ПК.
Усилитель выполнен на микросхеме LM1877 . Он обеспечивает выходную мощность 2 Вт на канал с очень низкими искажениями. Потенциометр P1 служит для регулировки выходной мощности усилителя.
Вся схема питается от внешнего источника постоянного напряжения 12…16 В. Схему, фотографии устройства и печатную плату можно скачать по соответствующим ссылкам.
Перечень компонентов
|
Компонент |
Количество |
|||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Резистор |
||||
|
Потенциометр |
2 × 50 кОм |
|||
|
Конденсатор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Конденсатор |
||||
|
Электролитический конденсатор |
||||
|
Электролитический конденсатор |
||||
|
Электролитический конденсатор |
||||
|
Электролитический конденсатор |
||||
|
Электролитический конденсатор |
||||
|
Электролитический конденсатор |
||||
|
Микросхема |
||||
|
Микросхема |
||||
|
Стабилитрон |
||||
|
RCA разъем для монтажа на п/п, одинарный, красный (правый канал) |
||||
|
RCA разъем для монтажа на п/п, одинарный, белый (левый канал) |
||||
|
Разъем питания для монтажа на п/п 5×2.5 мм |
||||
|
Разъем для наушников для монтажа на п/п |
||||
|
Внешний источник питания 12 В/не менее 5 Вт |
||||
Печатная плата
Загрузить рисунок печатной платы или в
Кривая RIAA
При записи виниловых дисков уровень низких частот уменьшают, а высоких - поднимают. Это связано с тем, что для одного и того же уровня звука низкие частоты требуют более широкой гравировки, что создает следующие сложности:
- Малое время записи
- Игле считывающей головки труднее отслеживать такую канавку записи, и это приводит к повышенным искажениям.
На противоположном, конце звукового спектра, вследствие механического контакта иглы с дорожкой записи, возникают высокочастотные шумы. Увеличивая уровень высоких частот при записи, мы получаем лучшее соотношение сигнал/шум.
До кривой RIAA существовало несколько других кривых воспроизведения, но RIAA полностью вытеснила их в течении 60-х годов 20 века.
Ниже представлена формула для получения оригинальной кривой RIAA:
N - уровень в дБ
f - частота
t 1 - высокочастотная временная константа, 75 мкс
t 2 - среднечастотная временная константа, 318 мкс
t 3 - низкочастотная временная константа, 3180 мкс
В 1976 году IEC представила модификацию этой кривой, введя новую временную константу, влияющую только на нижнюю часть низкочастотного диапазона. Эта кривая получила название RIAA/IEC. Этот тип коррекции так и не получил широкого признания, первоначальная кривая RIAA все же стала наиболее распространенной.
Для информации здесь представлена формула:
t 4 - введенная IEC временная константа, 7950 мкс
Кривая воспроизведения RIAA:
где s = j ω, ω = 2πf , а j - мнимая единица.
Прежде, чем начать усердное решение проблемы, связанной с выравниванием (коррекцией) частотной характеристики в соответствии со стандартом RIAA, необходимо попытаться определить понятие частотной коррекции, соответствующей стандарту RIAA. Параметры, используемые для выравнивания частотной характеристики, могут быть точно и однозначно выражены с использованием постоянных времени: 3180 мкс, 318 мкс и 75 мкс (то есть путем использования элементов или отдельных цепей, задающих данные постоянные времени). Постоянная времени связана с частотой колебаний соотношением t = 1/(2πf ) то есть постоянная времени 318 мкс соответствует периоду колебаний с частотой 500,5 Гц. Уравнение, которое выражает коэффициент передачи G s , необходимый для ответной реакции системы на коррекцию в соответствии со стандартом RIAA, имеет следующий вид:
Решение данного уравнения, оперирующего с комплексными числами, является достаточно громоздким и представляет определенные трудности, поэтому наиболее простым способом получить результаты вычислений является использование компьютерной программы на языке QBASIC, которая приводится ниже. Результатом вычислений, выполненных с использованием данной программы, являются данные, приведенные в табл. 8.5. Данная программа рассчитывает только необходимую характеристику эквалайзера; предварительно идеально откорректированный сигнал, проходя через идеальный эквалайзер, дает отклонение амплитудной характеристики, равное 0 дБ, и сдвиг по фазе частотной характеристики, равный 0° для всех частот.
OPTION BASE I DATA
0.10,20,50.05,70,100,200,500.5,700,1000,2000,2122,5000,
7000,10000,20000,50000,70000,100000,20000
W = 2*3.1415927# * F
REALU = 1 - W^ 2 * В * С + W^ 2 *A * (В + С)
IMAGU = W^ (А -В - С - W^ 2 * A * В * С)
LOWER = (1 - W^ 2 *B * С)" 2 + W^ 2 * (В + С)^ 2
MAG = SQR GAIN = (((19.91102 + 8.68589 * LOG(MAG))*1000)\1)/ 1000 REM THE 8.68589 FACTOR ARISES BECAUSE QBASIC USES NATURAL LOGS PHASE = ((572.96 * ATN(IMAGU / REALU))\ 1)/ 10 PRINT F, GAIN, PHASE Необходимо отметить, что порядок операций, установленный при использовании этой программы, имеет жизненно важное значение, и что числа, следующие после команды DATA должны быть напечатаны в одну линию, даже несмотря на то, что они могут не умещаться по ширине экрана (или страницы) на дисплее. Из результатов, приведенных в табл. 8.5, видно, что высокое значение усиления (коэффициента передачи) необходимо в диапазоне низких частот, тогда как ослабление на высоких частотах должно продолжаться безгранично, что исключает применение последовательной обратной связи, так как усиление не может падать до значения меньше единицы. Хотя такое снижение и может достаточно точно компенсироваться за точкой схемы, соответствующей точке введения обратной связи усилителя, в действительности это означает, что характеристика перед компенсацией возрастает, что вызывает опасность роста искажений и увеличенного запаса в ультразвуковой области. Выравнивание частотных характеристик путем введения пассивных цепей
Так как коэффициент передачи на частоте 1 кГц примерно на 20 дБ ниже максимального уровня в диапазоне нижних частот, любая пассивная цепь коррекции, должна обеспечивать уровень потерь более, или равный 20 дБ в силу того, что эта цепь оказывается включенной параллельно с резистором сеточного смещения следующей лампы, что вызовет дополнительное ослабление. Так как рассчитать предусилитель с приемлемым уровнем шумов и устойчивостью к перегрузкам с использованием подобной схемы достаточно трудно, то данная топология обычно исключается из рассмотрения. Если же все-таки будет принято решение использовать любую из двух ранее приведенных топологических схем, соответствующие уравнения можно найти в материалах Лифшица (Lipshitz), приводимых в документах Спецификация среды прикладных программ (AES). Рис. 8.16 Пассивная схема устранения высокочастотных составляющих блока частотной коррекции RIAA Соответствующие соотношения для расчета рассматриваемой пассивной цепи выглядят следующим образом: R
1 C
l
=2187мкс; R
1 C
2 = 750 мкс; R
2 C
l = 318мкс; C
l
/C
2
= 2,916. Приведенные значения являются точными величинами и не могут округляться. Необходимо учесть, что любой резистор сеточного смещения включается параллельно нижнему плечу пассивной схемы, так как в противном случае не равное нулю выходное сопротивление задающего каскада изменяет эффективное значение сопротивления резистора R
1 , что вытекает из рассмотрения схемы цепи. Следовательно, значения элементов пассивной схемы должны рассчитываться с использованием эквивалентной схемы замещения Тевенина. Для любой другой схемы, использующей топологию «все сразу и все вместе», но отличающейся от рассмотренного топологического варианта схемы, необходимо будет обратиться к материалам, приводимым Лифшицем, и внимательно с ними ознакомиться перед тем, как приступить к расчетам.Таблица 8.5
Частота, Гц
Коэффициент передачи, дБ
относительно уровня 1 кГц
Фаза, градусы
0
19,911
0
10
19,743
-10,4
20
19,274
-20
50,65
16,941
40,6
70
15,283
-48,4
100
13,088
-54,8
200
8,219
-59,6
500,5
2,6443
-52,6
700
1,234
-49,7
1000
0
-49
2000
-2,589
-55,9
2122
-2,866
-56,9
5000
-8,210
-72,1
7000
-10,816
-76,8
10 000
-13,734
-80,6
20 000
-19,620
-85,2
50 000
-27,341
-88,1
70 000
-30,460
-88,6
100 000
-33,556
-89
200 000
-39,575
-89,5
Сложная форма кривой RIAA - компромисс, сложившийся из необходимости получить наилучшее качество воспроизведения из технически несовершенных устройств механической грамзаписи .
Первые серийные пластинки, записанные по этой схеме частотных предыскажений, были выпущены компанией RCA Victor в августе 1952 года . В июне 1953 года схема RCA была одобрена Национальной ассоциацией телерадиовещателей США (NARTB) в качестве национального стандарта; выбор NARTB поддержали другие отраслевые институты, в том числе (RIAA) . К 1956 году новый стандарт, за которым закрепилось название «кривой RIAA», вытеснил конкурирующие форматы и захватил рынки США и Западной Европы. В 1959 году кривая RIAA была одобрена, а в 1964 году стандартизована Международной электротехнической комиссией . В 1972 году стандарт в редакции МЭК был принят в СССР. В 1976 году МЭК видоизменила стандартную кривую воспроизведения RIAA в области низких частот; нововведение встретило ожесточённую критику и не было принято промышленностью . В XXI веке подавляющее большинство производителей предусилителей-корректоров следует первоначальному стандарту кривой RIAA без изменений, введённых МЭК в 1976 году .
Математическое описание
АЧХ записи
V x (ω) ∝ 1 + (ω T 2) 2 1 + (ω T 3) 2 1 + (ω T 1) 2 {\displaystyle V_{x}(\omega)~\propto ~{\frac {{\sqrt {1+(\omega T_{2})^{2}}}{\sqrt {1+(\omega T_{3})^{2}}}}{\sqrt {1+(\omega T_{1})^{2}}}}} , V x (f) ∝ 1 + (f / f 2) 2 1 + (f / f 3) 2 1 + (f / f 1) 2 {\displaystyle V_{x}(f)~\propto ~{\frac {{\sqrt {1+(f/f_{2})^{2}}}{\sqrt {1+(f/f_{3})^{2}}}}{\sqrt {1+(f/f_{1})^{2}}}}} ,Где V x {\displaystyle V_{x}} - колебательная скорость смещения канавки, f {\displaystyle f} и ω {\displaystyle \omega } - частота и угловая частота сигнала, а T 1 {\displaystyle T_{1}} , T 2 {\displaystyle T_{2}} и T 3 {\displaystyle T_{3}} - специфические именно для стандарта RIAA постоянные времени , определяющие частоты среза , , . В литературе используются разные способы нумерации этих частот и постоянных времени; в приведённых формулах они пронумерованы в хронологическом порядке внедрения их в производство ( f 1 {\displaystyle f_{1}} - 1926 год , f 2 {\displaystyle f_{2}} - 1938 год , f 3 {\displaystyle f_{3}} - 1948 год ):
АЧХ воспроизведения
Обратное преобразование напряжения на выходе электромагнитного звукоснимателя, которое пропорционально колебательной скорости, в выходное напряжение предусилителя-корректора U {\displaystyle U} выполняется «функцией RIAA». Стандартный фильтр RIAA эквивалентен последовательному соединению двух фильтров нижних частот первого порядка (знаменатель) и одного дифференциатора (числитель) :
U (ω) ∝ 1 + (ω T 1) 2 1 + (ω T 2) 2 1 + (ω T 3) 2 {\displaystyle U(\omega)~\propto ~{\frac {\sqrt {1+(\omega T_{1})^{2}}}{{\sqrt {1+(\omega T_{2})^{2}}}{\sqrt {1+(\omega T_{3})^{2}}}}}} (2) , V x (f) ∝ 1 + (f / f 1) 2 1 + (f / f 2) 2 1 + (f / f 3) 2 {\displaystyle V_{x}(f)~\propto ~{\frac {\sqrt {1+(f/f_{1})^{2}}}{{\sqrt {1+(f/f_{2})^{2}}}{\sqrt {1+(f/f_{3})^{2}}}}}} ,с теми же, что и в АЧХ записи, значениями постоянных времени и частот. Отклонение АЧХ реальных устройств от стандарта не нормируется исходя из предположения, что такое отклонение может быть скорректировано темброблоком усилителя . Целевое значение предельного отклонения АЧХ от стандарта, принимаемое при разработке высококачественных предусилителей-корректоров, составляет ±0,1 дБ .
АЧХ канала воспроизведения («функция RIAA») всегда сосредоточена в предусилителе-корректоре. Эти предусилители практически непригодны для воспроизведения абсолютного большинства «патефонных» пластинок на 78 об/мин из-за спада АЧХ на средних и высоких частотах . Звучание таких пластинок получается тусклым, лишённым обертонов . При воспроизведении пластинок, записанных электрическими рекордерами первого поколения с особо низкой f 1 {\displaystyle f_{1}} , этот эффект усугубляется дополнительным подъёмом нижних частот .
Область определения и нормирование
Обе формулы определены в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц; за его пределами АЧХ не регламентируется . Формальная экстраполяция за пределы звукового диапазона показывает, что с уменьшением частоты ниже 20 Гц модуль АЧХ записи асимптотически приближается к единице, а с ростом частоты выше 20 кГц он растёт бесконечно, прямо пропорционально частоте. В реальных рекордерах, помимо фильтров записи RIAA, неизбежно присутствуют не предусмотренные стандартом фильтры, которые блокируют прохождение постоянного тока, инфразвуковых , ультразвуковых и радиочастот на приводы резца и не влияют на передачу звуковых частот . Например, в наиболее распространённом усилителе записи Neumann SAL 74B высокочастотные помехи отсекаются фильтром Баттерворта второго порядка с частотой среза 49,9 кГц . Вносимое им затухание в звуковом диапазоне, менее 0,1 дБ на 20 кГц, неразличимо на слух и не требует какой-либо компенсации в канале воспроизведения .
На практике обе формулы всегда исчисляются в децибелах и нормируются относительно частоты 1 кГц. На этой частоте нормированные значения АЧХ и записи, и воспроизведения равны 0 дБ ; нормированное значение АЧХ воспроизведения на частоте 20 Гц составляет +19,274 дБ (усиление в 9,198 раз относительно уровня на 1 кГц), а на частоте 20 кГц оно падает до −19.62 дБ (ослабление в 9,572 раз) . Таким образом, коэффициенты усиления предусилителя RIAA на частотах 20 Гц и 20 кГц различаются на 39 дБ, или в 88 раз. Распространённое утверждение о том, что на частотах f 1 {\displaystyle f_{1}} и f 2 {\displaystyle f_{2}} нормированная АЧХ воспроизведения принимает значения +3 дБ и −3 дБ, не верно . Оно справедливо для одиночных фильтров первого порядка, но не для цепи последовательно соединённых фильтров с достаточно близкими частотами среза. Точные значения функции RIAA на f 1 {\displaystyle f_{1}} и f 2 {\displaystyle f_{2}} равны соответственно +2,648 дБ и −2,866 дБ .
Предназначение частотной коррекции
Особенности долгоиграющей звукозаписи
Классический технологический цикл производства стереопластинок начинается с нарезания оригинала грамзаписи в тонком слое нитроцеллюлозного лака, нанесённого на алюминиевый диск . Треугольный в плане , принудительно нагретый до 200-300 °С сапфировый резец, закреплённый на массивном тангенциальном «тонарме» рекордера, управляется двумя лёгкими, но мощными электромагнитными приводами, охлаждаемыми струями воздуха или гелия . Частотные искажения, собственный резонанс и нелинейность подвижной системы рекордера эффективно подавляются цепью электромеханической обратной связи, разработанной в конце 1930-х годов и ставшей де-факто отраслевым стандартом к середине 1960-х годов . Резец перемещается от края к центру диска строго по его радиусу, а ось симметрии резца всегда направлена по касательной к нарезаемой канавке .
Сигналы обоих стереоканалов кодируются поперечным (горизонтальным) смещением резца . Смещение внешней, ближней к краю пластинки, стороны канавки соответствует правому каналу, внутренней стороны - левому . При записи монофонического (синфазного) сигнала изменяется только поперечное смещение канавки, а её ширина и глубина остаются неизменными. Смещение резца в глубину лакового слоя и обратно соответствует разности сигналов левого и правого каналов. В ходе сведения фонограммы амплитуда этой составляющей ограничивается, чтобы избежать скачков иглы . Расстояние между канавками варьирует от 200 до 65 мкм (130-390 канавок на дюйм) , что на скорости 33⅓ об/мин обеспечивает длительность воспроизведения одной стороны пластинки от 13 до 40 минут . Предельное поперечное смещение канавки в 1950-е годы ограничивалось величиной 25 мкм; по мере усовершенствования звукоснимателей оно постепенно увеличивалось . В стандарте СССР 1972 года предельное горизонтальное смещение канавки составляло 40 мкм, предельное вертикальное - не более 20 мкм ; к 1978 году допустимое поперечное смещение выросло до 50 мкм . В XXI веке ширина немодулированной канавки практически никогда не опускается ниже 50 мкм; на громких фрагментах канавка расширяется до 80-90 мкм, а при записи синглов на 45 об/мин ширина канавки может достигать 125 мкм .
Верхняя граничная частота записи определяется высокочастотным резонансом резца и не превышает 25 кГц . На частотах выше этой границы амплитуда записываемых колебаний спадает столь быстро, что можно полагать, что записанный сигнал не содержит полезных ультразвуковых составляющих. Исключение - квадрофонические пластинки системы CD-4, в которых спектр полезного сигнала простирается до 45 кГц . Лаковые оригиналы этих пластинок нарезались обычными резцами при замедленной в два раза скорости вращения диска с замедленной в два раза магнитной фонограммы. Предельная частота записи составляла 22,5 кГц, но при воспроизведении на стандартной скорости она преобразовывалась в 45 кГц .
Геометрические ограничения при записи
Перемещение резца при нарезании канавки должно укладываться в три ограничения - по предельной амплитуде смещения канавки, по её предельной колебательной скорости и по предельному ускорению . Первое из них действует в равной мере на всей площади пластинки, отведённой для записи. Ограничения скорости и ускорения устанавливаются для наихудшего случая - канавок, ближайших к центру пластинки . Чем ближе канавка к центру, тем выше вероятность перегрузок и искажений, и наоборот: чем дальше канавка от центра, тем меньше плотность записи колебаний, что делает возможным тщательно рассчитанное превышение пределов скорости и ускорения .
Смысл ограничения амплитуды смещения очевиден: даже незначительное превышение этого предела, не приводящее к разрушению стенки между канавками, может эту стенку деформировать и породить явно слышимый копир-эффект . Запись сигнала с максимальной амплитудой смещения обеспечивает наилучшее отношение сигнал-шум , но она технически возможна лишь в области низких частот. На рубеже не более 1 кГц в силу вступает другое ограничение - по предельной скорости смещения канавки. Несоблюдение этого предела во время записи приводит к тому, что задние грани резца повреждают стенки канавки, нарезанные его передними кромками . При воспроизведении канавки, записанной с превышением скорости, её эффективная ширина сужается, возникает эффект выдавливания иглы из канавки (пинч-эффект) и как следствие - нелинейные искажения . Поэтому предельная скорость смещения канавки всегда ограничивается: в советском ГОСТ 7893-72 уровнем 10 см/с для монофонических и 7 см/с для стереофонических записей ; к 1978 году предел увеличили до 14 см/с . Номинальный уровень записи («0 дБ»), относительно которого нормируется усиление воспроизводящего тракта, соответствует пиковой скорости 8 см/с; на практике его часто приравнивают к среднеквадратической скорости в 5 см/с . В мировой практике встречались пластинки с пятикратным превышением этого порога - 38 см/с (+14 дБ) на частоте 2 кГц, что соответствует ускорению иглы звукоснимателя в 487 .
На высоких частотах в силу вступает третий ограничивающий фактор, связанный именно с ускорением - предельная кривизна канавки. Для того, чтобы игла звукоснимателя могла отследить высокочастотное смещение канавки, радиус этого смещения должен быть не меньше радиуса острия иглы. Если не учитывать это ограничение при записи, то игла будет проскакивать мимо высокочастотных впадин и гребней канавки и необратимо повреждать их . Для стандартных круглых игл с радиусом острия 18 мкм этот эффект («ошибка неогибания» , англ. tracing error ) может проявляться уже на 2 кГц, для игл с узким эллиптическим остриём - на 8 кГц . Нормированный в СССР предел ускорения составлял вначале 25 10 4 см/с 2 (255 G), а к 1978 году вырос до 41 10 4 см/с 2 (418 G) .
Принцип предыскажений
Существуют два основных режима записи гармонического сигнала на лаковый диск. В режиме постоянства амплитуд смещения амплитуда смещения канавки зависит только от амплитуды записываемого электрического сигнала и не зависит от его частоты. При этом скорость изменения смещения растёт прямо пропорционально частоте сигнала и рано или поздно достигает неприемлемо высоких значений. В режиме постоянства амплитуд колебательной скорости от частоты не зависит амплитуда скорости изменения смещения канавки, а амплитуда смещения обратно пропорциональна частоте сигнала. Наиболее распространённые электромагнитные звукосниматели чувствительны именно к колебательной скорости, поэтому воспроизведение пластинок, записанных в этом режиме, не требует какой-либо частотной коррекции. Однако такие записи отличаются неприемлемо высоким относительным уровнем шума на средних и особенно высоких частотах . Из-за этих недостатков ни один из двух режимов не применим в чистом виде. Все практические системы звукозаписи сочетают участки обоих режимов: на низких частотах рекордер работает в режиме постоянства амплитуд смещения, на средних - в режиме постоянства колебательной скорости. Переход от одного режима к другому происходит в особом фильтре предыскажений , а частота раздела выбирается так, чтобы вписать в заданные технологией пределы максимум полезного сигнала.
Идеального решения задачи не существует, так как всякая музыкальная или речевая программа имеет своё, уникальное, спектральное распределение энергии и пиковых амплитуд сигнала . Не существует и эталона такого распределения, которым можно было бы оценить эффективность той или иной настройки фильтра . На практике используется простейшая модель спектра, в которой в диапазоне 20 Гц…1 кГц пиковые амплитуды постоянны, а в диапазоне 1…20 кГц они снижаются со скоростью примерно 10 дБ на октаву . Доля высокочастотных составляющих в этой модели столь мала, что ограничение предельного ускорения теряет смысл. Напротив, с точки зрения лучшего соотношения сигнал-шум целесообразно увеличить уровень высокочастотного сигнала, чтобы максимально полно использовать динамический диапазон записи . Наклон АЧХ в 10 дБ на октаву простыми фильтрами воспроизвести невозможно; на практике используются лишь комбинации фильтров первого порядка, каждый из которых реализует наклон в 6 дБ на октаву . Важна не точность «вписывания» условной модели спектра в условную модель пластинки, но точное, зеркальное соответствие АЧХ каналов записи и воспроизведения .
По той же причине - необходимость подавить низкочастотные помехи воспроизведения - дополнительно поднимается и уровень записи на самых низких частотах (20…50 Гц в стандарте RIAA) . Таким образом, оптимальная АЧХ фильтра предыскажений долгоиграющей записи имеет в звуковой области три точки перегиба: две в области средних частот и одну низкочастотную .
Исторический очерк
Частотная коррекция до перехода на долгоиграющую запись
Абсолютно все пластинки в истории были записаны с искажениями спектра исходного сигнала . Вначале это были естественные, неизбежные и неустранимые частотные искажения чисто механических рекордеров . Этот этап развития технологии достиг вершины в середине 1920-х годов ; тогда же начался переход от непосредственной записи акустических колебаний к электрическому усилению записываемого сигнала . Разработчики первого электрического рекордера Bell Labs Джозеф Максфилд и Генри Гаррисон, понимавшие невозможность использования режимов постоянства амплитуды и постоянства колебательной скорости в чистом виде, ввели в схему фильтр предыскажений с частотой раздела низкочастотной и среднечастотной области ( f 1 {\displaystyle f_{1}} ) 200 Гц . Для частот выше 4 кГц они рекомендовали переход к режиму постоянного ускорения, но в несовершенной аппаратуре 1920-х годов он востребован не был . Не сразу, постепенно, необходимость преднамеренных искажений спектра осознали и другие конструкторы и звукоинженеры .
В 1930-е годы большинство производителей применяли как минимум двузвенную частотную коррекцию, аналогичную схеме Максфилда и Гаррисона, а дополнительный подъём АЧХ на высоких частотах обеспечивали стандартные конденсаторные микрофоны конструкции Уэнта . Рынок США захватила патентованная система записи Western Electric ; британская EMI , а за ней и большинство европейских производителей взяли на вооружение схему «Блюмлейн 250» (англ. Blumlein 250Hz ) с частотой раздела 250…300 Гц .
Первые долгоиграющие пластинки
Компания, работавшая над новинкой с 1930-х годов, всерьёз рассчитывала стать автором и владельцем нового мирового стандарта . Ей действительно удалось сделать стандартом скорость вращения диска (33⅓ оборота в минуту), геометрическую спецификацию канавок, она изобрела и ввела в оборот само обозначение . Схему частотной коррекции долгоиграющих пластинок Columbia выбрала по рекомендации своего старого партнёра - Национальной ассоциации вещателей (NAB) . Точное техническое описание этой схемы никогда не публиковалось; из опубликованных графиков следует, что NAB использовала АЧХ с перегибами на 1590 мкс (100 Гц), 350…400 мкс (400…450 Гц) и 100 мкс (1600 Гц) . С инженерной точки зрения это было удачное компромиссное решение, весьма близкое к будущему стандарту RIAA и почти не отличимое от него на слух .
К 1952 году фирменное название кривой Columbia (англ. LP Curve ) стало в США именем нарицательным . Эксперты отрасли были уверены, что именно эта схема станет стандартом отрасли, но войну форматов Columbia проиграла . Главным недостатком её схемы было то, что она была оптимизирована для пластинок диаметром 406 мм , которые не были приняты рынком. Для завоевавших рынок пластинок диаметром 305 мм , более чувствительных к перегрузкам на высоких частотах, схема Columbia подходила хуже . Выбранное компанией значение f 2 {\displaystyle f_{2}} (1600 Гц) было слишком низко, что лишь усугубляло эти искажения .
Война форматов
Вслед за Columbia на рынок долгоиграющих пластинок вышли конкуренты, использовавшие альтернативные схемы частотной коррекции. Об этих недолговечных технических решениях, никогда не публиковавшихся в виде полноценных технических описаний, сохранились лишь фрагментарные, неточные и часто неверные сведения. Маркировка пластинок этого периода запутана или вовсе недостоверна ; действительную АЧХ предыскажений, применённую при их записи, можно лишь оценить на слух. Например, компания Decca , в 1950 году начавшая продажи долгоиграющей версии своей патентованной системы ffrr , в течение трёх лет опубликовала четыре различных графика АЧХ . Однако, по мнению Копленда, в действительности до перехода на стандарт RIAA Decca применяла лишь две схемы - «Блюмлейн 500» и её вариант с подъёмом высоких частот выше 3,18 кГц . Всего же в послевоенное десятилетие на статус стандарта претендовали не менее девяти различных систем . Граница раздела низкочастотной и среднечастотной области варьировала от 250 до 800 Гц, подъём высоких частот составлял от 8 до 16 дБ на 10 кГц . Кроме того, существовали не предназначенные для тиражирования «фирменные стандарты» крупных радиостанций, архивов и библиотек - например, различные службы BBC использовали три разные схемы предыскажений вплоть до 1963 года . Отраслевые (AES , 1950 ) и международные (CCIR , 1953 ) организации, как могли, «управляли процессом», предлагая собственные решения. Последний из этих несостоявшихся стандартов, германский DIN 45533 , был одобрен в июле 1957 года и так и не дошёл до серийного производства .
Множество несовместимых форматов было на руку лишь производителям аппаратуры, предлагавшим слушателям сложные темброблоки для исправления частотных искажений. Производители пластинок, напротив, были заинтересованы в скорейшей стандартизации частотной коррекции. В 1953 году, когда стало очевидным, что отрасль не собирается принимать схему коррекции NAB и Columbia, Национальная ассоциация телерадиовещателей (NARTB) провела сравнительный анализ схем частотной коррекции, использовавшихся в США, и составила на их основе идеальную «среднестатистическую» АЧХ записи и воспроизведения . Из всех реально используемых схем к ней лучше всего подходила АЧХ записи компании RCA Victor , внедрённая в производство в августе 1952 года под фирменной маркой New Orthophonic . Её отклонение от среднестатистического идеала во всём звуковом диапазоне не превышало ±1,5 дБ . RCA Victor, так же как и Columbia, использовала кривую записи с тремя перегибами, но оптимизированную для скорости 33⅓ об/мин. Именно схема RCA Victor, c подъёмом низких частот на f 3 {\displaystyle f_{3}} =50,05 Гц, и была выбрана в качестве национального стандарта США .
Внедрение
В 1953-1954 годы предложенное NARTB решение было последовательно признано американскими Ассоциацией производителей телерадиоаппаратуры (RETMA) и Обществом звукоинженеров (AES). После того, как в мае 1954 года Американская ассоциация звукозаписывающих компаний (RIAA) утвердила его в качестве национального отраслевого стандарта США, за ним закрепилось название «кривой RIAA» или «частотной коррекции RIAA» (англ. RIAA curve, RIAA equalization ). В 1955 году кривая RIAA стала национальным стандартом Великобритании и получила предварительное одобрение Международной электротехнической комиссии ; тремя годами позже МЭК официально признал кривую RIAA в ранге стандарта (Публикация МЭК-98-1958, ныне IEC 60098).
Переход промышленности США на кривую RIAA был стремительным, по крайней мере на словах . Понимая, что продать запасы старых, нестандартных пластинок в новых условиях будет весьма затруднительно, производители поспешили декларировать соответствие новому стандарту
Винил корректор — обязательная составляющая любого проигрывателя виниловых дисков. От его качества напрямую зависит качество воспроизведения. Рассмотрим сегодня зарекомендовавшие себя и многократно опробованные схемы, по которым можно собрать винил корректор.
Я уже рассказывал . Сегодня же рассмотрим пару схем винил корректора на ОУ. Обе схемы собирались и проверялись лично, и прекрасно работают уже более 5 лет.
Винил корректор, схема из даташита на TDA2320A
Схема позаимствована из даташита на микросхему TDA2320A. По сути это просто сдвоенный операционный усилитель который может быть заменен на любой другой сдвоенный операционный усилитель без изменения схемы.
Работа при однополярном напряжение питания обеспечивается подачей на неинвертирующие входы (3 и 5) половинного напряжения питания посредством применения делителей напряжения R1-R2-R5 и R3-R4-R6.
Емкости С1,С2 и С14,С15 на входах и выходах каждого канала нужны для отсечения постоянного напряжения. Конденсатор С13 в 0.1 мкФ, необходимый для фильтрации ВЧ помех по питанию, желательно расположить как можно ближе к ножке микросхемы, параллельно ему можно включить конденсатор емкостью 10-100мкФ
Чем интересна сама TDA 2320A
Фишкой данной микросхемы является то, что она является усилителем класса А. Это означает, что обе полу-волны сигнала усиливаются одним каскадом. В случае же класса B положительные и отрицательные полу-волны усиливаются разными каскадами внутри микросхемы.
Усилитель класса А гарантирует меньшее количество нелинейных искажений. Данная микросхема может работать как при однополярном напряжении питания от 3 до 36 вольт так и при двуполярном от +-1.5 до +-18 вольт соответственно. Распиновка микросхемы стандартная для операционных усилителей:
Данная микросхема разработана специально для использования в звуковых цепях, а возможность работы при таком низком напряжении питания в 3 вольта, позволяет использовать ее для портативных устройств, например для кассетного плеера. В даташите приведены примеры и других схем фильтров и корректоров.
Винил корректор с двухполярным питанием
Следующая схема была найдена в книге “”Искусство схемотехники”- П.Хоровиц, У.Хилл (стр. 167). На схеме изображен один канал винил корректора:
По сути эта та же самая схема. Но теперь уже используется двухполярное питание, а так же иначе рассчитаны номиналы частотозадающих цепей. Использование двухполярного питания позволяет отказаться как от применения делителей для формирования половинного напряжения питания, так и от выходного конденсатора. Входной конденсатор следует оставить для отсечениея возможного постоянного напряжения предыдущего каскада, а так же как элемент входной RC цепи.
В данной схеме, как и в предыдущей следует установить емкости по питанию 10-100 мкФ и 0.1 мкФ максимально близко к ножкам питания ОУ
. Заземленный конденсатор в 47 мкФ уменьшает коэффициент усиления по постоянному току до единицы.
График представляет из себя частотную характеристику усилителя воспроизведения, построенную относительно значения коэффициента усиления 0 дБ при частоте 1кГц.
В качестве операционных усилителей могут быть применены и TL062, TL072, но лучше отдать предпочтение TDA2320, L4558, LM833 и другим ОУ, предназначенным для звуковых цепей, либо обладающими высоким входным сопротивление (>1МОм), низким уровнем шумов и высокой скоростью нарастания сигнала.
Вместо заключения
Какой вариант и на каких операционных усилителях собирать винил корректор — решать вам. Я лично предпочитаю схему на ОУ с двухполярным питанием, ввиду отсутствия лишних элементов, однако схема с однополярным питанием справляется со своей задачей ни чуть не хуже, а применение качественных операционных усилителей и компонентов позволит добиться значительного прироста в качестве звука.
