Практические вопросы любительской звукозаписи

Магнитофон представляет собой сложное сочетание механических, электрических и электронных устройств, от качества изготовления которых зависят основные технические характеристики и безотказность работы всей конструкции в целом. Перед тем, как приступить к конструированию и изготовлению магнитофона, необходимо ясно себе представить основное назначение узлов и их взаимодействие между собой.

Рассмотрим блок-схему (рис, 1) широко распространенного магнитофона. Сигнал, подлежащий записи, поступает через переключатель П1 на вход универсального усилителя и после соответствующего усиления и частотной коррекции подается на универсальную магнитную головку через переключатель П2. Уровень этого сигнала контролируется специальным индикатором И.

При записи через переключатель П3 подается питание на генератор высокой частоты (ГВЧ), который в свою очередь одновременно питает током высокой частоты стирающую головку и дает ток подмагничивания универсальной головке. Громкоговоритель или усилитель мощности во время записи, как правило, отключают переключателем П 4 .

При воспроизведении переключатели П1 П2, П3 и П4 переключают в положение В, в результате чего ко входу универсального усилителя подключается универсальная головка, а к выходу—громкоговоритель. Записанный на магнитную ленту сигнал считывается универсальной головкой и поступает на вход усилителя. При этом ГВЧ и индикатор уровня обесточены .

Лентопротяжный механизм служит для продвижения магнитной ленты относительно магнитных головок при записи и воспроизведении, а также для ускоренной перемотки ленты. В подавляющем большинстве конструкций магнитофонов как при записи, так и воспроизведении магнитная лента продвигается по рабочим поверхностям магнитных головок с постоянной скоростью и лишь в отдельных конструкциях применяется переменная скорость (в основном в диктофонах).

В состав лентопротяжного механизма магнитофона входят следующие основные узлы:

ведущий узел, обеспечивающий продвижение магнитной ленты при записи и воспроизведении;

приемный узел, подматывающий магнитную ленту, прошедшую блок магнитных головок, и производящий ее ускоренную перемотку вперед;

подающий узел, служащий для подачи, натяжения и ускоренной обратной перемотки магнитной ленты

4) блок магнитных головок, осуществляющий стирание, запись и воспроизведение фонограммы на магнитной ленте.

Все остальные узлы и детали, входящие в состав лентопротяжного механизма, имеют вспомогательное назначение. Чем больше их, тем сложнее магнитофон, а следовательно, тем он труднее в изготовлении в радиолюбительских условиях.

Ведущий узел может быть изготовлен в виде отдельного привода, состоящего из маховика с ведущим валом, двигателя и редуктора, передающего вращение ротора двигателя ведущему валу. Несколько реже в качестве ведущего узла применяют ось двигателя. Необходимо заметить, что конструкции таких ведущих узлов имеют ряд существенных недостатков. Дело в том, что в качестве ведущих двигателей в сетевых магнитофонах обычно применяют одно-скоростные быстроходные (650— 3 000 об /мин ) электродвигатели асинхронного типа, создающие сильное электромагнитное поле, которое наводится во время работы на магнитные головки, расположенные вблизи. Это приводит к появлению фона на выходе усилителя магнитофона, устранение которого связано с большими трудностями. С другой стороны, как в промышленных, так и любительских конструкциях магнитофонов используют низкие скорости перемещения магнитной ленты (9,53 и 4,76 см/сек), что требует изготовления насадок небольшого диаметра. Применение насадок с диаметром меньше 3—4 мм нецелесообразно из-за малой механической прочности и высоких требований к точности изготовления.

В связи с этим во всех конструкциях магнитофонов, как правило, применяют ведущий узел в виде отдельного привода.

На рис. 2 приведена конструкция ведущего узла, который состоит из маховика 2 с ведущим валом 1, электродвигателя 5 со шкивом 4 на валу и пассика 3, передающего вращение оси электродвигателя маховику ведущего вала.

Вращающий момент от электродвигателя можно передавать маховику с ведущим валом с помощью фрикционной передачи (рис. 3). Ось электродвигателя 4 сцепляется с маховиком 2 ведущего вала 1 с помощью промежуточного обрезиненного ролика S с помощью пружины 5. Наиболее важной деталью ведущего узла является ведущий вал, от точности изготовления которого во многом зависит качество работы всего магнитофона. Периодические изменения (колебания) скорости движения магнитной ленты вызывают звуковые искажения — детонацию. В зависимости от частоты колебаний скорости детонация воспринимается на слух по-разному. Наиболее низкие частоты колебаний, от 0,5 до 15 гц , вызывают периодические изменения высоты тона или, как принято называть, плавание звука, что наиболее ощутимо при воспроизведении записей фортепианной и скрипичной музыки. В том случае, когда частота колебаний скорости выше указанной, детонация воспринимается как дрожание или хриплость звука.

На качество работы магнитофона сильно влияет равномерность вращения ведущего вала. Если даже ведущий вал отлично изготовлен и при вращении не имеет радиальных биений, то периодические изменения скорости его вращения также вызовут детонацию. Поэтому для поддержания равномерности вращения ведущего вала его совмещают с маховиком. При выборе геометрических размеров маховика нужно иметь в виду, что чем больше момент инерции маховика, тем более равномерным будет вращение ведущего вала. Поэтому при проектировании маховика надо стремиться сосредоточить большую часть его веса как можно дальше от центра. На рис. 4 изображены две конструкции маховиков, применяемых в магнитофонах. Для их изготовления можно использовать: чугун, сталь, бронзу и т. п.

Окончательную обработку ведущего узла рекомендуется производить с одного захода и одной установки в токарном станке. Предварительно заготовку маховика напрессовывают на заготовку ведущего вала или закрепляют его иным способом перед окончательной обработкой всех рабочих поверхностей. Желательно после изготовления узла произвести статическую и динамическую балансировку маховика.

Прежде чем приступить к расчету соотношения диаметров маховика и шкива, устанавливаемого на оси электродвигателя, необходимо предварительно измерить скорость вращения применяемого в конструкции электродвигателя. Это можно сделать с помощью тахометра или стробоскопа (см. журнал Радио, 1961, № 3). После выбора скорости движения магнитной ленты задаются диаметром ведущего вала. Как уже говорилось, его диаметр не рекомендуется выбирать, меньше 3—4 мм. После этого определяют требуемое число оборотом ведущего вала по следующей формуле:

где d — диаметр ведущего вала, ми;

V— скорость движения магнитной ленты, мм/сек; п — число оборотов ведущего вала, об/мин.

Измерив число оборотов электродвигателя, определяют коэффициент передачи редуктора по формуле

где i — коэффициент передачи редуктора;

п — число оборотов ведущего вала, об/мин; W .— число оборотов электродвигателя, об/мин; Dш —диаметр шкива электродвигателя, мм; DM — диаметр маховика, мм.

Диаметр шкива, установленного на оси электродвигателя, нецелесообразно выбирать меньше 15—20 мм, так как резиновый пассик плохо работает на шкивах малого диаметра. Следует помнить, что чем больше диаметр маховика и больше его вес, тем выше стабильность движения магнитной ленты.

Расстояние между центрами шкива электродвигателя и ведущего вала должно быть не менее десятикратного диаметра шкива электродвигателя, иначе будет плохое сцепление ведущего пассика. Пассики могут быть нерастяжимые (цельнотканые лавсановые и пластмассовые) и растяжимые (резиновые) круглого и прямоугольного сечений. Размер пассика в свободном нерастянутом состоянии следует выбирать таким, чтобы при установке на рабочее место его удлинение составляло 20—30%. Резина не должна быть хрупкой и ломкой, но и не слишком мягкой.

Для любительских магнитофонов также могут быть рекомендованы фрикционные передачи, но при конструировании следует предусмотреть отвод паразитного ролика в положении стоп, так как в противном случае получается деформация обрезиненной поверхности. Паразитный ролик необходимо располагать таким образом, чтобы он работал на заклинивание, а боковые поверхности маховика и шкива электродвигателя должны быть параллельны. В том случае, когда по конструктивным соображениям нельзя изготовить маховик больших размеров, а ведущий узел желательно иметь очень компактным, можно рекомендовать фрикционную передачу (рис. 5).

Ведущий элемент — ось электродвигателя S, которая сцепляется с маховиком 1 через свободно вращающееся резиновое или хлорвиниловое кольцо 2. Оно должно быть ровное по толщине и свободно сидеть на оси электродвигателя. Для этого необходимо предусмотреть на оси электродвигателя специальные фиксаторы, ограничивающие его перемещение. В нерабочем состоянии электродвигатель необходимо отводить от маховика. Иногда с целью уменьшения высоты магнитофона применяют фрикционную передачу, изображенную на рис. 6.

Этот узел изготовляют следующим образом,; Подбирают резиновое кольцо круглого сечения с внешним диаметром, несколько меньшим диаметра маховика, в маховике делают соответствующую выточку и в нее вклеивают резиновое кольцо. Необходимо, чтобы резиновая поверхность выступала из выточки на 2—3 мм. К этой полукруглой поверхности и прижимается ось электродвигателя, передающая вращение маховику. В нерабочем положении ось двигателя необходимо отводить. Это производится тросиком или соответствующим рычагом. Такая конструкция нашла широкое применение в батарейных малогабаритных магнитофонах.

Продвижение магнитной ленты, как правило, осуществляется ведущим валом к прижимным обрезиненным роликом. Обрезиненная поверхность прижимного ролика обеспечивает плотный контакт магнитной ленты с поверхностью ведущего вала. На рис. 7 приведены две наиболее распространенные конструкции прижимных роликов, которые применяются как в промышленных, так и любительских магнитофонах. Первая конструкция (рис. 7, а) прижимного ролика представляет собой основание 1, являющееся одновременно подшипником скольжения, свободно вращающимся на стальной оси 3. На основание надевают резиновое кольцо 2, поверхность которого после сборки тщательно шлифуют. Иногда вместо подшипников скольжения применяют подшипники качения (шариковые), которые впрессовывают в верхнюю и нижнюю части основания ролика. Резина не должна быть слишком твердой, липкой и слишком мягкой, по достаточно эластичной. Для хорошего сцепления резинового кольца со втулкой на ее поверхности делают накатку или небольшие канавки. В рабочем состоянии прижимной ролик боковой поверхностью должен ровно прилегать к ведущему валу, что достигается параллельностью их рабочих поверхностей. В противном случае при продвижении магнитной ленты последняя начинает выдавливаться вверх или вниз. В этом отношении хорошие результаты дает применение конструкции самоустанавливающегося прижимного ролика. Типовая конструкция такого прижимного ролика изображена на рис. 7, б.

Здесь в качестве подшипника применен всего один однорядный шарикоподшипник 7, который установлен в корпусе ролика симметрично по ширине ленты. Внутренняя обойма его жестко закреплена на оси прижимного рычага 6 винтом 2 и шайбой 1, а наружная обойма прижата специальной крышкой 3 с помощью винтов к основанию ролика 4 и резинового кольца 5. На рис. 7, в для наглядности показан случай непараллельности рабочих поверхностей прижимного ролика и ведущего вала. Как видно из этого рисунка, в рабочем состоянии прижимной ролик самоустанавливается параллельно ведущему валу за счет торцового качания наружной обоймы шарикоподшипника. При записи и воспроизведении прижимной ролик прижимается к ведущему валу рычагом при помощи электромагнита или пружины, а при остановке и при перемотках рычаг с прижимным роликом отводится от ведущего вала. Сила прижима подбирается практическим путем при регулировке. При сильном прижиме возможны уменьшение оборотов ведущего вала и деформация резиновой поверхности прижимного ролика, а при слабом прижиме магнитная лента будет проскальзывать.

Существуют и другие способы продвижения магнитной ленты, при которых прижимной ролик отсутствует. Так, например, на рис. 8 изображен способ, при котором магнитная лента продвигается в нужном направлении путем охвата ведущего вала. Для устранения проскальзывания магнитной ленты поверхность ведущего вала обрезинивают и шлифуют. Этот способ применяется лишь в магнитофонных приставках и магнитофонах простых конструкций.

При конструировании диктофонов иногда применяют переменную скорость продвижения магнитной ленты. В этом случае ведущий вал и прижимной ролик отсутствуют. При записи или воспроизведении магнитная лента с одной кассеты, которая несколько подтормаживается, перематывается на другую, приводимую в движение электродвигателем через редуктор, при этом она проходит по рабочим поверхностям магнитных головок. Записи, сделанные на диктофоне одной конструкции, не могут быть воспроизведены другим диктофоном, так как скорости продвижения ленты могут не совпадать. Диктофоны предназначены для записей речи, поэтому в них допускается коэффициент детонации порядка 1,5—2%.

В любительских конструкциях магнитофонов, работающих от сети переменного тока, применяют однофазные асинхронные и значительно реже синхронные электродвигатели. В магнитофонах с автономным питанием применяют коллекторные электродвигатели. Электродвигатели в зависимости от выполняемых функций в лентопротяжном механизме подразделяют на ведущие и перематывающие. Лентопротяжные механизмы магнитофонов могут содержать один, два или три электродвигателя. В трехмоторном лентопротяжном механизме ведущий электродвигатель продвигает магнитную ленту с постоянной скоростью, а два других при записи и воспроизведении ее подтормаживают и подматывают.

В режиме перемотки они перематывают магнитную ленту в обоих направлениях. В двухмоторном лентопротяжном механизме один электродвигатель продвигает магнитную ленту с постоянной скоростью и одновременно ее подматывает. Второй двигатель в режиме перемотки перематывает магнитную ленту в обоих направлениях.

Однако наиболее широкое распространение в промышленных и любительских конструкциях магнитофонов получили лентопротяжные механизмы с одним электродвигателем. В этих конструкциях один и тот же электродвигатель выполняет все рассмотренные функции.

Ведущие и перематывающие электродвигатели имеют различные механические характеристики зависимости скорости вращения вала электродвигателя от приложенной к нему нагрузки. Они различаются по степени жесткости, которая имеет три градации: абсолютно жесткую, жесткую и мягкую.

У электродвигателей с абсолютно жесткой характеристикой скорость вращения не зависит от изменения нагрузки в больших пределах. Такими характеристиками обладают синхронные электродвигатели, применяющиеся в профессиональной аппаратуре. Они имеют большие габариты и вес, обладают меньшим к. п. д. по сравнению с асинхронными и для переносных конструкций малопригодны. Электродвигатели с мягкой характеристикой применяются в качестве перематывающих . Скорость их вращения изменяется при изменении нагрузки, т.е. количества ленты на кассете. Они могут быть использованы в двух- и трехмоторных лентопротяжных механизмах в качестве перематывающих электродвигателей. Наибольший интерес для любителей представляют однофазные асинхронные конденсаторные электродвигатели, имеющие жесткую характеристику. Они имеют высокий к. п. д. (60—75%), большой пусковой момент, возможность реверсирования. У этих электродвигателей скорость вращения ротора практически не зависит от изменения нагрузки. Основные технические характеристики наиболее распространенных электродвигателей приведены в таблице.

Магнитные головки служат для записи, воспроизведения и стирания фонограмм. В подавляющем большинстве радиолюбители пользуются магнитными головками промышленного изготовления. При их выборе необходимо обращать внимание на величину рабочего зазора. Чем меньше зазор, тем лучшие качественные показатели можно получить на малых скоростях продвижения магнитной ленты. Рабочая поверхность головок должна быть хорошо отполирована, а зазор повсей длине должен быть постоянным. Хорошая экранировка и точная установка магнитных головок в лентопротяжном механизме обеспечивает высокое качество записи и воспроизведения.

В любом магнитофоне существуют канал записи, который включает в себя микрофон (звукосниматель или линия), усилитель записи, высокочастотный генератор стирания и подмагничивания, записывающую головку, магнитную ленту; канал воспроизведения — магнитную ленту, воспроизводящую головку, усилитель воспроизведения, громкоговоритель. Оба эти канала в совокупности образуют так называемый сквозной канал, в котором процесс звукопередачи начинается у микрофона и заканчивается громкоговорителем. В магнитофонах с раздельными усилителями сквозной канал позволяет непосредственно во время записи осуществлять слуховой или визуальный контроль качества осуществленной записи. При этом имеется возможность немедленно улучшать ее, оперируя ручкой регулятора усиления в канале записи и, следовательно, подбирать оптимальную степень намагниченности ферромагнитного слоя ленты, что очень важно для уменьшения уровня искажений.

Следует иметь в виду, что ухудшение записи происходит не только при превышении нормального уровня записываемого сигнала, подводимого к записывающей головке, но и при снижении уровня полезного сигнала, так как это влечет за собой увеличение уровня шумов во время воспроизведения. Следовательно, оперативный контроль, который можно осуществлять в магнитофонах с раздельными усилителями, дает возможность уверенно вести процесс записи и делать хорошие магнитофильмы .

В магнитофонах, в которых вместо раздельных усилителей применяется один универсальный (используемый поочередно в режиме записи или в режиме воспроизведения), невозможно во время записи вести слуховой контроль ее качества. Переход с режима записи к режиму воспроизведения и обратно осуществляется путем коммутации входных, выходных и корректирующих цепей универсального усилителя.

В магнитофонах с таким усилителем прохождение сигнала по сквозному каналу осуществляется с большой задержкой во времени, что очень затрудняет налаживание и регулировку собранного магнитофона. Универсальные усилители применяют в большинстве любительских магнитофонов с целью их удешевления и уменьшения веса и габаритов.

Малое распространение раздельных усилителей в любительских звукозаписывающих устройствах часто объясняется тем, что не все радиолюбители, и особенно те из них, которые делают свои первые шаги в технике звукозаписи, представляют себе все преимущества раздельного усиления. Иногда ошибочно считают, что универсальный усилитель проще в изготовлении. В действительности же его конструкция и налаживание гораздо сложнее. Правильно собрать и хорошо отрегулировать магнитофон с универсальным усилителем (особенно в любительских условиях) значительно сложнее, чем магнитофон с раздельными усилителями.

Генератор высокой частоты магнитофона предназначен для стирания ранее записанных фонограмм, и подмагничивания магнитной ленты при записи. Его собирают по обычным схемам генераторов с самовозбуждением на электронных лампах или транзисторах. Колебательный контур генератора настраивают на частоту в пределах от 35 до 70 кгц (чем выше полоса записываемых частот, тем большей выбирается частота генератора стирания и подмагничивания). Наиболее высокие требования предъявляют к форме генерируемых колебаний. Любое отклонение формы кривой тока подмагничивания от синусоидальной приводит к увеличению шума при записи. Так как асимметрия генерируемых колебаний создается в основном четными гармониками, то в магнитофонах стараются применять двухтактные схемы генераторов. Иногда выходные лампы или транзисторы усилителя в режиме записи переключают на работу в генераторе. Это удешевляет, но в то же время усложняет конструкцию магнитофона.

Во время записи звука необходимо следить за тем, чтобы уровень сигнала, определяющий степень намагниченности ленты, был необходимой величины для данного типа магнитной ленты.

Чрезмерно высокий уровень записи приводит к значительным искажениям записи, а при низком уровне получается слабое воспроизведение звука и сильный уровень шумов. Для определения требуемого уровня записи применяют специальные индикаторы, в качестве которых используют схемы с электронными лампами (6Е5С, 6Е1П, 6ЕЗП и 1Е4А), с неоновыми и миниатюрными осветительными лампами а также стрелочными измерительными приборами. Схемы индикаторов уровня записи не должны вносить искажений и снижать уровень записываемого сигнала, но обладать необходимой чувствительностью и реагировать на быстрые изменения уровня записи.

Внешнее оформление магнитофона имеет существенное значение. Подавляющее большинство как промышленных, так и любительских магнитофонов являются переносными. Но получить высококачественное воспроизведение записей в портативных конструкциях достаточно трудно.

В связи с этим радиолюбители часто отдают предпочтение консольным (рис. 9) или настольным (рис. 10) конструкциям магнитофонов. В этих конструкциях должны быть предусмотрены достаточно мощный оконечный усилитель низкой частоты и широкополосная акустическая система, состоящая, как правило, из нескольких громкоговорителей. Но поскольку большинство любителей все же увлекается изготовлением магнитофонов переносного типа, приведем несколько примеров внешнего оформления подобных конструкций (рис. 11—13).