Смирнов Л. И. Конструирование кассетных любительских магнитофонов. М., Энергия, 1977.




ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ КАССЕТНЫХ МАГНИТОФОНОВ
Кассетные магнитофоны в. настоящее время завоевали большую популярность у любителей магнитной звукозаписи. Являясь современным достижением техники звукозаписи, они заняли полноправное место наряду с электрофонами и катушечными магнитофонами. Это стало возможным благодаря применению новых типов магнитных лент и специальных способов обработки сигнала. Появлению кассетных магнитофонов способствовало изобретение в середине 60-х годов фирмой Philips (Голландия) дешевой компакт-кассеты. От первых кассетных магнитофонов, предназначенных для записи в основном речевых фонограмм, до современных высококачественных — таковы этапы развития отечественных кассетных магнитофонов.
Усовершенствование кассетных магнитофонов шло в основном по двум направлениям. Первое — это улучшение качественных показателей носителя записи. Появились магнитные ленты, имеющие хорошие частотные и динамические характеристики при малых нелинейных искажениях. Верхний предел записываемых частот был увеличен до 18—20 кГц. Второе — усовершенствование методов обработки сигнала. Уменьшению помех в канале запись—воспроизведение способствовало применение пороговых подавителей шума, динамических ограничителей шума, системы шумоподавления Долби. Так, применение системы Долби в кассетных магнитофонах позволило снизить уровень помех до —55 дБ. Улучшению качества записи способствовало применение в кассетных магнитофонах системы автоматической регулировки уровня записи (АРУЗ), позволяющей получать оптимальное намагничивание магнитной ленты.
Кассета
В кассетных магнитофонах применяется так называемая компакт-кассета, внешний вид и устройство которой показаны на рис. 1. Кассета выполнена в виде двух симметричных половинок / из пластмассы, соединяемых между собой винтами или склеиванием. Для однозначности установки кассеты в магнитофон служат отверстия 6, в которые входят направляющие штыри, укрепленные на плате лентопротяжного механизма. Отверстия 4 служат для установки ведущего вала, 5 — для установки сердечников 2 с магнитной лентой на шпиндели подающего и приемного узлов магнитофона. Вырезы 8, 9, 10 служат соответственно для прохода прижимного ролика, универсальной и стирающей головок.
Внутри кассеты расположены два сердечника с магнитной лентой. Лента наматывается рабочим слоем наружу, концы ее закреплены специальными защелками. Направление движения магнитной ленты в процессе работы осуществляется с помощью направляющих роликов 12 и стоек 11. Пластинка 13, выполненная из пермаллоя, является электромагнитным экраном универсальной головки. Расположенный перед пластинкой 13 лентоприжим 14 обеспечивает постоянство контакта магнитной ленты с рабочей поверхностью универсальной головки. Переход с дорожки на дорожку при двухдорожечной записи осуществляется переворачиванием кассеты. Для наблюдения за лентой в процессе работы в кассете сделаны прозрачные окошки 7 с десятью делениями. Для уменьшения трения между рулонами с лентой 3 и корпусом / проложена тонкая металлизированная пленка.
Магнитная лента, применяемая в кассетных магнитофонах, имеет ширину 3,81 мм. При толщине ленты 18 мкм время непрерывного звучания одной дорожки составляет 30 мин. Долгоиграющие ленты толщиной 12 и 9 мкм позволяют увеличить это время до 45 и 60 мин соответственно. Цифра в обозначении кассеты МК-60, С-60, С-90 и С-120 указывает длительность звучания всей кассеты при двухдорожечной записи в минутах. Расположение дорожек при двухдорожечной записи показано на рис. 2, а, при четырехдорожечной и стереофонической записях — на рис. 2, б. Взаимное положение головок и ленты показано на рис. 2, в. Основная скорость магнитной ленты, применяемая в кассетных магнитофонах, составляет 4,76 см/с. Увеличению времени звучания кассет способствует применение четырехдорожечной записи, например так, как это выполнено в описываемом далее блочном магнитофоне. При записи речевых фонограмм применяют скорость 2,38 см/с, что при двухдорожечной записи позволяет увеличить время звучания в два раза, а при четырехдорожечной — в четыре раза.
По своим качественным показателям магнитные ленты, применяемые в кассетных магнитофонах, можно разделить на три типа — обычные, малошумящие и высококачественные, предназначенные для аппаратуры класса Hi-Fi. Обычные ленты нашли применение в бытовых магнитофонах; они позволяют получить верхнюю границу диапазона записываемых частот около 12 кГц. Малошумящие ленты типа Low Noise увеличивают этот диапазон до 14 кГц и, кроме того, обладают низким собственным уровнем шума. К высококачественным лентам можно отнести ленты с рабочим слоем из двуокиси хрома Chromdioxyd и ленты типа SFD (Super Ferro Dynamic). Верхняя граница диапазона частот этих лент составляет 16—18 кГц. Все приведенные цифры получены при использовании обычных магнитных головок с магнитопроводом из пермаллоя. Применение головок с магнитопроводом из моноферрита увеличивает диапазон записываемых частот еще на 3 кГц. Все сказанное говорит о перспективности
применения кассет с магнитной лентой не только для бытовой, но и для профессиональной звукозаписи. Этому также способствуют га-кие преимущества кассет, как небольшие габариты и масса, удобство заправки в магнитофон, защищенность магнитной ленты, удобство хранения и транспортировки.
Лентопротяжный механизм
Лентопротяжный механизм (ЛПМ) кассетного магнитофона должен обеспечивать равномерное протягивание магнитной ленты . относительно магнитных головок в режиме записи—воспроизведения. Обычно скорость движения магнитной ленты в кассетных магнитофонах составляет 4,76 см/с и не должна отличаться более чем на ±2%- В процессе работы лентопротяжного механизма скорость магнитной ленты может изменяться от своего номинального значения. Причиной этому могут быть различие в натяжении магнитной ленты в начале и конце рулона, неточность изготовления деталей ведущего узла и деталей привода, проскальзывание ленты, растяжение ее, нестабильность питающего напряжения и многое другое. Поэтому принято говорить о средней скорости за определенный промежуток времени, обычно за 100 с. Средняя скорость магнитной ленты тоже является величиной непостоянной, она зависит от многих причин и может быть максимальной в начале воспроизведения дорожки и минимальной в конце ее. Поэтому вводят понятие о нестабильности средней скорости магнитной ленты. Коэффициент нестабильности определяют по формуле
где AVco — разность скоростей в начале и конце воспроизведения дорожки; 1/Ср — средняя скорость магнитной ленты, измеренная в середине воспроизводимой дорожки.
При работе ЛПМ возникает нестабильность мгновенной скорости ленты. При этом сигнал, записываемый на ленту и воспроизводимый с нее, оказывается частотно-модулированным. Спектр частот модуляции обычно лежит в пределах от 0,2 до 200 Гц. Возникающие вследствие этого искажения звука называют детонацией. Низкочастотная детонация проявляется как плавание звука, высокочастотная — как дрожание или хриплость. Коэффициенты детонации современных кассетных магнитофонов обычно не превышают 0,2—0,5%.
Лентопротяжный механизм должен также обеспечивать перемотку магнитной ленты в прямом и обратном направлениях. Время, необходимое для перемотки магнитной ленты, зависит от конструктивных особенностей ЛПМ и не должно превышать 1—2 мин.
К другим качественным показателям ЛПМ кассетного магнитофона можно отнести быструю остановку и пуск ленты, удобство заправки кассеты, надежность работы и простоту управления.
Наиболее типичная компоновка ЛПМ кассетного магнитофона приведена на рис. 3. Протягивание магнитной ленты 4 с подающего сердечника 6 на приемный производится узлом ведущего вала 14 и прижимным обрезиненным роликом 19. Маховик 17, укрепленный на ведущем валу 14, стабилизирует скорость его вращения в результате своей большой массы и момента инерции, возникающего в процессе вращения. Под действием усилия, создаваемого парой ведущий вал — прижимной ролик, лента, поступающая с сердечника 6, огибает направляющую стойку 3, вращающийся ролик 2 и проходит мимо зазоров стирающей 24 и универсальной 21 головок, где она дополнительно прижимается лентоприжимом 23. На приемный узел лента поступает, огибая направляющий ролик 16 и стойку 15. Сердечники 6 и 11 связаны со шпинделями подающего 7 и приемного 12 узлов с помощью выступов, имеющихся на них. Магнитные головки 21 и 24, а также прижимной обрезиненный ролик 19 укреплены на подвижной пластине /, управляемой ручкой 22. В положении, показанном на рисунке, магнитные головки подведены к ленте, а прижимный ролик — к ведущему валу, что соответствует режиму записи — воспроизведения. В режимах перемоток, а также в исходное состоянии пластина / отводится в направлении, указанном стрелкой Конструкция ведущего узла кассетного магнитофона должна обеспечивать протягивание магнитной ленты относительно магнитных головок с заданной скоростью. Скорость магнитной ленты V в сантиметрах в секунду определяется диаметром ведущего вала в миллиметрах и числом его оборотов в минуту п:
Диаметр ведущего вала в кассетных магнитофонах не может быть выполнен сколь угодно большим, так как отверстие под него в кассете имеет диаметр 4,5 мм. Практически осуществимы диаметры от 2 до 3 мм. Однако при этом возрастают требования к точности