3.4.Оптический (фотографический) способ записи звука

Принцип оптического способа записи звука приведен на рис. 13.

Рис. 13.

а б в

Рис. 13.

На рис. 13, а приведена схематическая конструкция лазерного проигрывателя. На этой схеме обозначены:

1– место фокусировки лазерного луча на диске, 2 – линза, 3 – фотодиод, 4 – призма, 5 – двигатель установки лазера на дорожке, 6 – лазер.

На рис. 13, б приведена схема действия призмы, а на рис. 13, в – показанорасположение линзы относительно компакт-диска: здесь 1– луч света, 2 – держатель, 3 – линза, 4 – поверхность компакт-диска, 5 – основание, 6 – фокусировка луча лазера в точке на записывающем слое диска, 7 – прозрачный слой компакт-диска.

Простейший оптический звукозаписывающий аппарат состоит из источника света 1, конденсатора 2, щелевой прорези 3, магнита 4, ленты (заслонки) модулятора 5, бобин 6 с лентой, светонепроницаемой камеры 7, микрофона 8 и усилителя 9, окна 10, кинопленки 11.

Светочувствительная пленка движется с равномерной скоростью (456 мм/с), вдоль окна (рамки) 10, перематываясь с подающей бобины на приемную 6. На кинопленку 11 от источника света 1, конденсатор 2 и узкую щель 3 падает пишущий световой штрих. На пути света к пленке находится световой модулятор (лента), который изменяет световой поток в соответствии с электрическим сигналом звуковой частоты, поступающей от усилителя 9.

В зависимости от поступающих в микрофон звуковых колебаний лента модулятора, по которой проходит поток звуковой частоты, находясь в магнитном поле, будет колебаться, перекрывая при этом в большей или меньшей степени световой штрих. В результате освещенность кинопленки будет также изменяться. Эти изменения будут фиксироваться на кинопленке в виде невидимой звуковой дорожки – фонограммы.

Затем кинопленку подвергают фотохимической обработке. В результате на ней получается видимый негатив фонограммы.

В зависимости от конструкции и принципа действия светового модулятора световой штрих может изменяться или по ширине, или по плотности. В результате фонограмма получается или поперечной (рис. 14), или интенсивной(рис.15)

Рис. 14 – поперечная фонограмма Рис. 15 – интенсивная фонограмма

При демонстрации фильма проектирование изображений киноленты и воспроизведение фонограммы фильма происходят в разных частях аппарата. Поэтому для обеспечения синхронности звука и изображения негатива, изображение и звук печатают на одну пленку так, чтобы фонограмма опережала соответствующее изображение на 26 кадров.

3.5.Лазерная (цифровая) запись и воспроизведение звука

Рассказать об аналоговых и цифровых сигналах, об АЦП и ЦАП.

Магнитный и оптический способы записи и воспроизведения звука использовались и используются в течение длительного времени (оптические – с 1928, магнитные – с 1942). Но всему приходит конец.

Огромные успехи в достижениях лазерной техники, микроэлектроники, микрооптики и цифровой обработки сигналов привели к появлению (начало 1975 гг.) принципиально нового способа записи и воспроизведения звука и изображения. Это хорошо теперь известные носители информации – CD (компакт-диски), на которых записывается и с которых считывается информация с помощью лазерного луча.

Этот способ обладает несравненно более высоким качеством относительно всех других способов.

CD-диски (12 и 8 см в диаметре, были и 30 см в диаметре) представляют собой многослойную структуру (от 3-х до 6-ти слоев). Почему 12 см? Существует красивая легенда, по которой 12-ти сантиметровый диск полностью вмещает 9-ю симфонию Бетховена.

В CD-дисках все элементы измеряются в микронах (мкм). Так запись и соответственно чтение информации осуществляется миниатюрным полупроводниковым лазером с длиной волны излучения 0,6…0,8 мкм, расстояние между слоями – сотые доли мкм (0,04), толщина слоя – 0,05 мкм, толщина слоя поликарбонатной подложки – 1,2 мкм, толщина защитного лакового слоя – 10 мкм.

Запись информации происходит так. Луч лазера за доли мкс в органическом слое красителя «прожигает» питы (диск нагревается до температуры 240-300 °С) (pit – яма, углубление).

Первый компакт диск с цифровой записью (лазерной) появился еще в 1971 г., который фирма Phillips представила на Берлинской Радио выставке. Этот КД (видеопластинка) назывался Laservision. Он был так назван, поскольку впервые запись и считывание с него осуществлялось бесконтактным способом с помощью луча лазера. Диаметр КД Laservision был 2-х размеров: 20 см и 30 см. Эти КД предполагалось широко использовать с 1980 г.

Однако широкое применение в начале 80-х нашли другие КД – CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory). Он состоит из прозрачной поликарбонатной основы диаметром 12 см (или 8 см) и толщиной 1,2 мм. Эта основа покрыта тонким алюминиевым слоем, который защищен от повреждений слоем лака. Структура диска приведена на рисунке 16

Рис. 16

При сканирование диска лазерный луч по-разному отражается от углублений (питов) и от ровной поверхности (лэндов). Если от лэндов луч отражается полностью, то в питах он поглощается. Поэтому отраженный от лэнда луч можно воспринимать как «1», а поглощенный – как «0». Но на самом деле в CD используется несколько иной способ кодирования информации. Ноль представляется, как пит (но может и как лэнд), но единица всегда представляется как переход от одного к другому.

CD-диски обладают по сравнению с флоппи-дисками огромной памятью за счет следующего. Ширина питов равна 0,4 мкм, расстояние между дорожками – 1,6 мкм. Это значит, что на одном дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16000 дорожек с информацией (рис. 17).

Рис. 17

К сравнению, на дюйме флоппи-диска (дискете) умещается всего лишь 96 дорожек.