Пристрої та системи запису і відтворення інформації
Життя сучасного суспільства важко уявити без систем запису і відтворення інформації.
Справді, переважна більшість програм радіо і телевізійного мовлення записуються заздалегідь і в потрібний час відтворюються для передачі в ефір.
Величезна кількість магнітофонів і відеокамер використовується для запису і відтворення інформації побутового призначення (музика, кінофільми).
Пристрої запису та відтворення інформації є невід'ємною частиною ЕОМ.
Широке поширення отримали такі засоби оргтехніки, як диктофони та автовідповідачі.
Записом і відтворенням інформації користуються при проведенні наукових досліджень, у навчальному процесі, при проведенні різних громадських заходів тощо
Запис інформації дозволяє зберегти на довгі роки виступу видатних громадських діячів, вчених, артистів. Забезпечує можливість обміну найбільш цікавими програмами між радіо-і телестудіями.
При створенні нових програм можна здійснювати монтаж, тобто вставляти в програму фрагменти з інших програм кінофільмів і т.п. Це дозволяє раціонально використовувати час виконавців, підвищити якість програми і зменшити її вартість
Системи запису і відтворення інформації безперервно удосконалюються і знаходять нові застосування.
Розробкою, виробництвом і експлуатацією різних систем запису і відтворення інформації зайнято величезна кількість фахівців.
Відомості про навколишній світ і що протікають у ньому процесах, що сприймаються органами чуття (або вимірювальними приладами) називають інформацією.
У рамках дисципліни, що вивчається нас буде цікавити інформація, сприйнята слухом і зором.
Таку інформацію будемо називати, відповідно аудіо - і відео. Зберегти таку інформацію на тривалий час без яких-небудь додаткових пристроїв неможливо.
Тому інформація повинна бути перетворена так, щоб її можна було зберігати і в потрібний час використовувати.
Сукупність технічних засобів, що вирішують таке завдання, будемо називати системою запису і відтворення інформації, а елементи цієї системи - записуючим і відтворюючим пристроями.
Під записом інформації будемо розуміти процес зміни будь-якої характеристики елементів носія запису (далі - носія) відповідно до надходить інформацією.
Носієм будемо називати матеріал, характеристики якого змінюють в процесі запису.
Для впливу на носій в процесі запису записуючий пристрій повинен мати пишучий елемент.
У процесі запису зміни інформації повинні відображатися у значеннях характеристики елементарних ділянок носія.
Для цього необхідно, щоб пишучий елемент рухався до носія.
Отже, тимчасові зміни інформації в процесі запису перетворюються в просторові зміни характеристики носія.
Найчастіше пишучий елемент залишається нерухомим, а переміщається носій.
Переміщення носія проводиться транспортуючим механізмом. У результаті здійснення процесу запису отримуємо сигналограм (фонограму, або відеограми).
Процес відновлення інформації щодо змін характеристики носія називають відтворенням.
Для здійснення цього процесу необхідний елемент, що реагує на зміни характеристики носія - читає елемент.
Процес знищення раніше зробленої на носії називають стиранням. Для реалізації процесу стирання необхідний стирає елемент, який буде впливати на характеристики носія.
Тепер неважко уявити узагальнену структурну схему системи запису і відтворення інформації. Інформація (звук, зображення), що надходить від її джерела, повинна бути перетворена в електричний сигнал, тобто першим елементом системи повинен бути перетворювач інформації.
У разі запису звукової інформації таким перетворювачем є мікрофон. У випадку запису зображень як перетворювач інформації виступає відеокамера. Пристрій відеокамер розглядається в курсах телебачення.
Електричні сигнали, що надходять з перетворювача інформації, посилюються і подаються на пишучий елемент. При відтворенні читає елемент перетворить зміни характеристики носія в електричний сигнал, який після підсилення поступає на перетворювач (гучномовець або ЕЛТ). До складу системи входять стираючий і транспортує пристрої, а також джерела живлення і керуючий пристрій (див. рис. 1).
Малюнок 1
Системи запису і відтворення розрізняють за видом використовуваного носія і способом впливу на характеристику його елементів у процесі запису.
В даний час існують механічні, магнітні, оптичні, електронні та комбіновані системи.
Найбільшого поширення набули магнітні оптичні і електронні системи.
При проходженні сигналів через будь-які електричні ланцюги виникають спотворення сигналів, зумовлені нерівномірністю частотних характеристик і нелінійністю цих кіл (лінійні та нелінійні спотворення).
У системах запису і відтворення інформації виникає ще один вид перекручувань, обумовлений просторово-часовими перетвореннями сигналу. Цей вид перекручувань отримав назву детонація.
Розглянемо докладніше природу цього виду спотворень.
Нехай електричний сигнал являє собою напруга, що змінюється в часі за гармонійним законом , А носій переміщається щодо пишучого елемента зі швидкістю
. Його характеристика, змінна в процесі запису, описується фізичною величиною
.
За проміжок часу електричний сигнал буде записаний на відрізку носія протяжністю
. Протяжність ділянки носія, записаного за час, що дорівнює одному періоду коливання
, Називають довжиною хвилі запису
.
Малюнок 2
Запишемо вираз, що визначає закон зміни характеристики носія як функцію координати
:
,
де ,
.
Якщо при відтворенні сигналограмма рухається щодо читає елемента зі швидкістю , То частота відтвореного сигналу
, Тобто відрізняється від частоти оригіналу.
Якщо під час запису або відтворення швидкість руху носія не залишається постійною, то частота відтвореного сигналу буде змінюватися в часі.
Звідси зрозуміло походження назви цього виду спотворень - «детонація», тобто відхилення від правильного тону.
Якщо зміни швидкості носія відбуваються з інфразвуковими частотами (повільно), то така детонація називається детонацією першого роду.
Якщо зміни швидкості, відбувається зі звуковою частотою, то така детонація називається детонацією другого роду.
Причинами виникнення детонації можуть бути: неточність виготовлення механічної частини системи (ексцентриситет провідних валів і т.п.), нерівномірність обертання валів через забруднення або поганий мастила, прослизання носія та ін
При прослуховуванні фонограм детонація особливо помітна при відтворенні гармонійних коливань або музичних творів, що виконуються в повільному темпі.
У залежності від частоти коливань швидкості носія характер сприйняття детонації різний. При частоті коливань швидкості носія 0.4 - 6 Гц детонація сприймається як «плавання» звуку, або як «вібрато» (6 - 12 Гц).
Це - детонація першого роду (wow). При частоті коливань швидкості 10 -200 Гц спотворення мають характер хрипів або шуму (flutter).
Кількісно величина детонації оцінюється коефіцієнтом детонації.
Коефіцієнтом детонації називають коефіцієнт паразитної частотної модуляції звуку, виміряний з урахуванням середнього суб'єктивного сприйняття паразитної частотної модуляції (вухо не однаково реагує на модуляцію з різними частотами).
При вимірі коефіцієнта детонації застосовують ваговий фільтр, який враховує різну чутливість вуха до різних частот девіації. АЧХ вісового фільтра показана на рис. 3.
Малюнок 3
Коефіцієнт детонації обчислюють за формулою:
%, (1)
де - Коефіцієнт модуляції швидкості носія,
- Чисельне значення зворотний функції вісового фільтра.
Для вимірювання детонації використовують прилади звані детонометрамі
Порогом помітності детонації є значення коефіцієнта детонації 0.1 - 0.15%.
Реальні пристрої повинні мати менше значення коефіцієнта детонації, щоб уникнути помітних спотворень, які можуть накопичуватися при перезапису.
Допустимі значення коефіцієнта детонації для різних систем запису-відтворення визначаються державними стандартами.
Застосування формули (1) ілюструє наступний приклад.
Приклад. Ведучий вал магнітофона має діаметр d = 6 мм і робить 606.38 об / хв.
При виготовленні валу виник ексцентриситет е = 0.05 мм. Визначити коефіцієнт детонації, зумовлене цим дефектом валу.
Швидкість носія дорівнює лінійної швидкості точки поверхні ведучого вала, що знаходиться в контакті з носієм:
м / с,
де n - число обертів ведучого вала в хвилину,
r - відстань від осі обертання валу до точки контакту вала з носієм в метрах.
Малюнок 4
При наявності ексцентриситету лінійна швидкість поверхні валу максимальна в точці а дорівнює:
м / с
Коли в контакті з носієм буде крапка в поверхні вала, лінійна швидкість буде мінімальною:
м / с.
Середня швидкість носія:
м / с.
Відхилення швидкості від середньої:
м / с.
Коефіцієнт коливань швидкості носія:
Частота коливань швидкості носія дорівнює частоті обертання ведучого валу:
Гц.
За графіком, наведеним на рис. 3, визначаємо рівень чутливості вуха на частоті 10.1 Гц:
дБ.
Переводимо децибели у відносні одиниці:
.
Знаходимо зворотну величину
Підставляємо значення К с і Ψ у формулу (1):
%
Ця величина значно перевищує допустиму для магнітофонів.
З наведеного прикладу стають зрозумілими високі вимоги, які пред'являються до точності виготовлення деталей транспортуючого механізму систем запису і відтворення інформації.