Mechanický a optický záznam analogových signálů


Společnou charakteristickou vlastností mechanického a optického (popř. i magnetického) záznamu zvuku je to, že zvuk zaznamenávají a reprodukují analogovým (spojitým) způsobem.


a) Mechanický záznam zvuku

Mechanický záznam zvuku je obecně znám jako gramofonový záznam. Zvuk je prostřednictvím elektroakustického měniče zaznamenán na paměťové médium (zde gramofonová deska) cestou spojité drážky, jejíž průběh odpovídá průběhu zaznamenaného akustického signálu.

Tento druh záznamu zvuku je poměrně rozšířený, zejména pro dosažitelnou kvalitu, levnou a hromadnou výrobu gramofonových desek, pro operativní použití i pro snadnou obsluhu reprodukčních přístrojů.

Historie: Prvním přístrojem byl Edisonův fonograf (1877), kde zvuk byl zaznamenán na povoskovaném válečku technikou hloubkového záznamu. Nevýhodou byla nerozmnožovatelnost. Gramofon na dnešním principu udělal Emil Berliner (1887), který použil techniku stranového záznamu. Velká výhoda byla snadné rozmnožování.


Výroba gramofonové desky:

Gramofonové desky se vyrábějí (rozmnožují) lisováním. Mechanický záznam zvuku se pořizuje přepisem z profesionálního magnetického záznamu. Elektrický signál z výstupu magnetofonu převádí rychlostní elektromechanický měnič na pohyb záznamového nože. Diamantový nůž, s vrcholovým úhlem 90°, je elektricky zahříván, aby drážka měla hladké okraje, a řeže do vrstvy speciálního laku na kruhové záznamové folii, která se otáčí konstantní rychlostí 45 ot/min nebo 33,3 ot/min. Tříska se odsává.

Monofonní záznam zvuku vzniká pohybem nože v rovině folie - tzv. stranový záznam. U stereofonní záznam nůž koná složitější pohyb. Pak je soustava vytvořena tak, že signály jednotlivých kanálů jsou ryty do boků drážky (pravý do vnějšího, levý do vnitřního).

Aby plocha desky byla maximálně využita, není rozestup sousedních drážek konstantní, ale závisí na amplitudě zaznamenávaného signálu. Při malých amplitudách jsou drážky hustší, při větších amplitudách se drážkový rozestup automaticky zvětší.

Po vyřezání záznamu se fólie postříbří a v galvanické koupeli se z ní vyrobí negativní obraz - originál. Originál se od fólie odloupne a galvanoplasticky se z něho získá pozitivní obraz - matka. Z matky se opět galvanoplastickou metodou získá několik matric. Matrice jsou konečné lisovací nástroje, které se upínají do čelistí lisu a za tepla a určitého tlaku se lisují z plastu gramofonové desky.


Přenosky:

Přenoska je snímací část gramofonu - elektromechanický měnič, která převádí mechanický záznam zvuku na elektrické napětí. Rozdělují se na 2 skupiny:

- rychlostní přenosky ... výstupní napětí je úměrné rychlosti pohybu snímacího hrotu. Nejčastěji se používají elektrodynamické a elektromagnetické měniče (popř. magnetodynamické). Konstrukčně poměrně složité. Jejich výstupní napětí se pohybuje řádově v rozmezí jednotek až desítek mV. Používají se v gramofonech vyšší kvalitativní třídy.

- výchylkové přenosky ... výstupní napětí je úměrné amplitudě zaznamenaného signálu. Nejčastěji se používají piezoelektrické měniče (popř. elektrostatické). Výchylkové přenosky dávají vyšší výstupní napětí, řádově desítky až stovky mV. Používají se v gramofonech nižší kvalitativní třídy.

Přenoska s elektrodynamickým měničem (obr. A):

Přenosový člen nesoucí snímací hrot přenáší pohyb hrotu vyvolaný průběhem drážky na cívku, která je upevněna na konci přenosového členu, a která se pohybuje mezi pólovými nástavci magnetu, čímž se v cívce indukuje napětí. Protože jde o měnič rychlostní, musí být v reprodukční cestě korekční zesilovač s frekvenční charakteristikou inverzní k záznamové charakteristice rychlosti.

Přenoska s piezoelektrickým měničem (obr. B):

Přenosový člen nesoucí safírový snímací hrot přenáší pohyb hrotu vyvolaný průběhem drážky na krystalové dvojče, na kterém se vytvoří napětí. Tyto přenosky jsou konstruovány tak, že frekvenční průběh záznamové charakteristiky výchylky se kompenzuje přímo v mechanických obvodech výchylkového měniče.


Připojení přenosky na zesilovač:

Z průběhu záznamové charakteristiky vyplývá, že ani záznamová rychlost vs , ani záznamová výchylka ys není při změnách frekvence konstantní. Od přenosek se však vyžaduje, aby jejich výstupní napětí bylo frekvenčně nezávislé. Proto je třeba korigovat výstupní signál přenosek reprodukční charakteristikou. Má-li být výstupní signál přenosek lineární, musí být průběh reprodukční charakteristiky opačný než průběh záznamové charakteristiky, tj. reprodukční charakteristika musí být zrcadlovým obrazem záznamové charakteristiky, a to jak u rychlostní, tak výchylkové přenosky.

Proto se mezi rychlostní přenosku a výstupní zesilovač zařazuje korekční předzesilovač, který má přenosovou charakteristiku zrcadlovou k záznamové charakteristice. U krystalových (výchylkových) přenosek není nutné tento předzesilovač zapojovat, neboť elektromechanický měnič nahrazuje svými přenosovými vlastnostmi potřebnou reprodukční korekci, tj. toto přenoska svými vlastnostmi sama kompenzuje frekvenční závislost záznamové výchylky.


b) Optický záznam zvuku

Optický záznam zvuku se používá pouze ve filmové technice k ozvučování filmů, i když dnes je vytlačován kvalitnějším magnetickým záznamem zvuku. Záznam se exponuje na okraj filmového pásu. Velikost exponované plochy nebo intenzita expozice je modulována zvukovým signálem.

Používají se dva druhy optického záznamu, a to:

- amplitudový (plošný)

- hustotní (intenzitní)


Amplitudový optický záznam zvuku (obr. A):

Amplitudový optický záznam vzniká exponováním zvukové stopy konstantní intenzitou světla přes štěrbinu, která je v rytmu zvukového signálu zčásti zakrývána stínem masky vhodného tvaru (klínový tvar). Štěrbina se pohyblivou clonou překrývá takovým způsobem, aby velikost osvětlené části štěrbiny odpovídala okamžité hodnotě amplitudy zvukového signálu (pozn.: tento záznam připomíná amplitudovou modulaci). Podle způsobu provedení může být optický záznam buď jednostranný, nebo dvoustranný.


Hustotní optický záznam zvuku (obr. B):

Hustotní optický záznam používá konstantní šířku zvukové stopy. Stopa se exponuje světlem, jehož intenzita (a tím i intenzita zčernání stopy) je úměrná okamžité hodnotě amplitudy zvukového signálu (pozn.: tento záznam připomíná frekvenční modulaci).


Snímání optického záznamu:

Reprodukce obou druhů záznamu zvuku probíhá stejný způsobem ve zvukovém budiči filmového projektoru. Zvuková stopa se prosvěcuje přes úzkou štěrbinu konstantním světelným tokem. Prošlý světelný tok, který nese informaci o poměru zčernalé a průhledné části zvukové stopy v místě, které se právě nachází nad štěrbinou, dopadá na fotoelektrický měnič (nejčastěji fotonka, fotonásobič; fotodioda, fototranzistor); tj. podle propustnosti zvukové stopy se mění intenzita světla dopadající na fotoelektrický měnič. Na výstupu fotoelektrického měniče získáme elektrický signál, jehož průběh odpovídá příslušnému zvukovému doprovodu promítaného filmu. Pro synchronní reprodukci zvuku a obrazu je nutná, aby záznam ve zvukové stopě předbíhal před obrazem.


Amplitudový záznam má výhodu ve své nenáročnosti na fotochemické zpracování, ale při nerovnoměrném prosvětlení štěrbiny vzniká při záznamu i při snímání (reprodukci) značné nelineární zkreslení. U hustotního (intenzitního) záznamu zvuku je tomu právě naopak.

dlabos.wz.cz