Содержание

Частотный корректор сигнала от проигрывателя грампластинок Американской ассоциации звукозаписывающей индустрии (RIAA)

Аббревиатура RIAA, хотя и принадлежит Американской ассоциации звукозаписывающей индустрии, начиная с 1954 года она фактически ассоциируется во всем мире со стандартом коррекции частотных характеристик долгоиграющих виниловых грампластинок в противовес существовавшим многочисленным стандартам для старых патефонных пластинок, которые были рассчитаны на скорость вращения 78 оборотов в минуту (78 мин^-1). Хотя в Европе и не приветствовалось введение стандарта, разработанного Американской ассоциации звукозаписывающей индустрией (стандарта RIAA), но введение общего международного стандарта все-таки становилось велением времени. Международная электротехническая комиссия, МЭК, (IEC), ввела стандарт частотной коррекции для долгоиграющих виниловых грампластинок, который оказался практически идентичным американскому стандарту. Единственное отличие заключалось в том, что стандарт МЭК рекомендует производить срез нижних звуковых частот в режиме воспроизведения грамзаписи, причем, с целью уменьшения НЧ рокота (так называемого рокот-эффекта, вызываемого биением частоты вращения диска), рекомендуется вводить ослабление с уровнем — 3 дБ на частоте 20 Гц (при переводе во временные характеристики это соответствует постоянной времени 7950 мкс). Большая часть производителей высококачественных предусилителей посчитала, что их оборудование будет укомплектовано электропроигрывателями высокого качества, поэтому проблема рокота их не будет касаться, в силу чего требования МЭК ими были проигнорированы. Следовательно, используемый ими стандарт выравнивания частотных характеристик грампластинок фактически являлся стандартом RIAA.

Тем ни менее, на производителей аппаратуры до сих пор зачастую оказывается сильное давление на предмет изменения параметров проигрывателей, соответствующих стандарту RIAA, вводя коррекцию амплитудно-частотной характеристики в области низких частот. Такая политика определяется тем, что:

• часть ламповых усилителей мощности оказывается чувствительной к насыщению магнитного сердечника выходного трансформатора в случаях, когда на низких частотах (менее 50 Гц) поступает сигнал большой амплитуды (в том числе и от рокот-эффекта);

• НЧ громкоговорители отражательного типа очень легко перегружаются при частотах, ниже частот их акустического среза из-за слишком малого демпфирования, вызываемого движением диффузора. Для громкоговорителей отражательного типа, установленных на отражательных досках, характерна частота среза чуть ниже 100 Гц, тогда как для свободно стоящих отражательных громкоговорителей нижняя граница сдвигается до 50 Гц, или даже еще ниже;

• записи на долгоиграющих виниловых грампластинках характеризуются низкочастотным (менее 20 Гц) шумом из-за деформаций и вибраций диска проигрывателя.

Таким образом, из вышесказанного следует, что все эти проблемы могли бы быть сняты введением низкочастотной коррекции в каскаде воспроизведения аппаратуры, соответствующего стандартам RIAA.

Одним из возможных позитивных подходов к этой проблеме является возможное принятие рекомендаций МЭК относительно постоянной времени 7950 мкс, но более разумным решением было бы введение соответствующим образом рассчитанного фильтра высоких частот, имеющего на краю диапазона ослабление порядка 12 дБ на октаву, или же еще большее значение, с резонансной частотой порядка 10 Гц (так называемые резонансные рокот-фильтры для подавления НЧ шумов, определяемых несовершенством механической части проигрывателя).

Автор твердо уверен, что ни один из предлагаемых электрических способов решения проблемы не является верным, и что метод частотной коррекции RIAA мог бы быть использован единственно для коррекции записи, применяемой производителем во время технологического процесса нарезания звуковой канавки матрицы грампластинки. Плеер компакт-дисков как-то не выявил необходимости введения фильтра нижних частот с резонансной частотой 10 Гц для решения проблем, связанных с плохо сконструированными громкоговорителями или с вызывающими вопросы выходными трансформаторами. Но тогда сразу же возникает вопрос, а причем же здесь виниловые долгоиграющие грампластинки? Коробление и рокот являются в чистом виде проблемами механической части, и, следовательно, должны решаться чисто в этих рамках, а не с использованием электрических ухищрений.

Проблемы механики

К счастью для разработчиков, в механической системе проигрывателя грампластинок всегда существует механический фильтр нижних частот с ослаблением примерно 12 дБ на октаву за счет упругости системы подвеса головки звукоснимателя и фактически существующей массы тонарма совместно с головкой. Частота НЧ резонанса механической системы тонарм — головка может быть определена с использованием стандартного уравнения:

где С — гибкость (упругость) звукоснимателя в вертикальном направлении; m_total— полная фактическая масса.

Типичными значениями величин, входящих в уравнение, являются:

Примечание. Используется единица силы неприменяемой в настоящее время системы (СГСЕ).

Приведенные значения относятся к одношарнирному тонарму, сконструированному для звукоснимателя с подвижной катушкой (электродинамическим или магнитоэлектрическим типом) компании Ортофон Куаттро (Ortofon Quattro), со снятым защитным кожухом. Расчет дает значение резонансной частоты, равной 10 Гц.

Было высказано предположение, являющееся достаточно обоснованным, что если будет получена более высокая (12—5 Гц) частота резонанса, то ослабление низкочастотного шума окажется более эффективным. Однако, наша жизнь протекает в реальном мире, поэтому значительное снижение массы тонарма, увеличивающее резонансную частоту, привело бы к настолько хрупкой конструкции звукоснимателя, что он оказался бы просто не в состоянии передавать относительные сильные вибрации в тонарм. Дополнительно к этому, такой звукосниматель оказался бы недостаточно жестким, и, в итоге, конечный результат почти не отличался бы от исходного. Необходимо, помимо всего, прочего учитывать еще тот факт, что даже достижение такого низкого значения резонансной частоты, как 10 Гц, означает, что характеристика воспроизведения (с учетом выравнивания по стандарту RIAA), вероятнее всего, будет иметь в зависимости от уровня демпфирования спад, равный — 1 дБ, на частоте 20 Гц.

В качестве отступления от основной темы, следует заметить, что наиболее эффективным способом снижения эффективной массы является уменьшение массы головки звукоснимателя. Однако современные тонармы имеют фиксировано устанавливаемую головку звукоснимателя, поэтому для экспериментов остается только сам тонарм. Тонарм и головка звукоснимателя с подвижной катушкой достаточно часто имеет тяжелую внешнюю оболочку, которая способна обеспечить те самые спасительные граммы веса, но только в том случае, если она может быть демонтирована без повреждения внутренних рабочих частей. Либо же, что еще лучше, при условии надежного закрепления магнитной системы удаление основания устраняет резонансные явления в кожухе. В такой ситуации держатель (кронштейн) воспроизводящей иглы оказывается полностью открытым, что облегчает формирование сигнала и регулировку (установку, выравнивание), но при этом оставляет его подверженным серьезной опасности повреждения. После того, как все факторы учтены, последнее слово остается за торговлей, наверное, поэтому часть звукоснимателей продается без защитных оболочек.

Даже в том случае, когда частота системы тонарм — головка выбрана правильно, механический фильтр нижних частот будет соответствовать предъявляемым требованиям лишь тогда, когда демпфирование колебаний на резонансной частоте происходит надлежащим образом. В теории демпфирование всегда связывается с понижением собственной частоты механических колебаний конструкции и выводом ее из области возникновения резонансных явлений. Хорошим способом демпфирования является метод, когда движущийся тонарм звукоснимателя у своего основания (шарнира) оснащен специальной лопастью, движущейся в жидкой среде, обладающей повышенной вязкостью, сглаживая, таким образом, колебания тонарма. В идеале сила торможения должна прикладываться непосредственно к головке звукоснимателя, потому, что только в этом случае происходит значительное снижении энергии, передаваемой от иглы к тонарму, и значительно снижается вероятность возбуждения резонансных колебаний в элементах, подверженных высокочастотному резонансу, но демпфирование, прикладываемое в области шарнира, как того требуют почти все конструкции унифицированных поворотных шарниров, подавляет низкочастотный резонанс также достаточно хорошо.

Условия механического демпфирования должны подбираться методом проб и ошибок и наиболее часто величина демпфирования оказывается чрезмерной: либо вязкость жидкости оказывается чрезмерной, либо оказывается завышенным ее количество. Одним из способов определить характеристики демпфирования — это начать воспроизведение грамзаписи на сильно покоробленной пластинке без использования демпфирования и наблюдать перемещения иглы при пересечении им мест коробления. Если игла подскакивает на поверхности пластинки, следует добавить немного жидкости и повторить эксперимент. Также существуют и специальные расчетные формулы для таких систем. Следует использовать как можно меньшую силу демпфирования, так как чрезмерное усиление демпфирования увеличит низкочастотный шум и вызовет проблемы с отслеживанием дорожки, проявляющиеся на высоких частотах, из-за того, что неискаженное (невозмущенное) смещение иглы тратится скорее на дефекты дорожки, а не на записанный на пластинку аудиосигнал.

Подбор параметров и правильная настройка механического фильтра высоких частот позволяет сделать два важных вывода. Первый означает, что нет необходимости использовать электрический фильтр верхних частот. Но более важным выводом является тот, что вертикальное отклонение иглы на пластинке значительно уменьшается, а искажения, вызываемые головкой, значительно снижаются.

Информация

Продолжение