/
Текст
I
В. А. БУРГОВ
ОСНОВЫ ЗАПИСИ
И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
ЗВУКА
Допущено У правлением учебными заведениями
Министерства культуры СССР
в качестве учебного пособия для киновузов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ИСКУССТВО»
Москва 1954
ОТ АВТОРА
В этой книге излагается курс «Основы записи и воспроизведения звука», читаемый
автором студентам Ленинградского института кпноинженеров. В ней освещено со-
временное состояние методов звукопередачп с предварительной записью сигналов.
Наряду с фотографическими методами, используемыми в звуковой кинематографии,
в книге рассматриваются методы звукопередачи с магнитной записью, имеющей
большие перспективы своего применения.
Методы звукопередачи с записью сигналов уже несколько десятилетий широко
используются на практике. Наиболее ранним методом записи является механическая
запись, после нее получила свое применение фотографическая запись и затем маг-
нитная запись. Трудами многих ученых и изобретателей создана возможность вы-
сококачественной записи и воспроизведения звуковых сигналов. Запись звука широко
применяется в кинематографии, в радиовещании и в различных других отраслях
техники.
Книга теоретически обобщает исследовательский и практический опыт, имею-
щийся в технике записи и воспроизведения звука. Она предназначена для сту-
дентов, изучающих вопросы физики и техники записи и воспроизведения сигналов.
Кроме того, она может быть полезной для специалистов-практиков, работающих в
области фотографической и магнитной записи и воспроизведенпя.
Автор выражает благодарность IO. II. Гороховскому и П. Г. Тагеру за просмотр
частей рукописи и сделанные ими замечания, а также А. М. Мел пк-Степаняну,
А. И. Парфентьеву, М. В. Лауферу, Д. С. Карпппди и М. 3. Высоцкому, предоста-
вивших в его распоряжение ряд материалов своих работ.
Замечания по книге следует направлять в издательство «Искусство» по адресу:
Москва И-51, Цветной бульвар, 25.
В. Бургов
ЧАСТЬ I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Г Л А В A I
ЗВУКОВОЙ СИГНАЛ,
ИСКАЖЕНИЯ II МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
§ 1. ЗВУКОВОЙ СИГНАЛ П ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА
Звуки, воспроизводимые в кинотеатре техническими средствами зву-
ковой кинематографии, можно условно подразделить на голос человека,
музыку, шумы. Данные основные типы звуков используются в кинофильме
как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.
Звуковой сигнал в виде голоса человека, музыки или шумов, будучи
представлен кривой изменения звукового давления как функции вре-
мени, является сигналом сложной формы. Такие кривые содержат непре-
рывно чередующиеся зубцы п впадины и отличаются обычно более быст-
рым нарастанием интенсивности и относительно медленным се спада-
нием; подобные сигналы характеризуются непрерывным изменением
уровней передачи.
Анализ звуковых процессов может быть проведен как фпзпчсским,
так и графоаналитическим методом. Физические методы анализа основа-
ны на применении специальных приборов — анализаторов, а графоана-
литические—на использовании математического анализа с помощью ряда
и интеграла Фурье.
Строго говоря, разложение в ряд Фурье может относиться лишь к пе-
риодической функции времени /(Z), под которой понимается функция,
имеющая определенные периодические, бесконечно повторяющиеся зна-
чения. На практике разложение в ряд Фурье можно также применить
и для непериодических функций /(/), если они только заданы в ограничен-
ном интервале изменения времени Z. В этом случае конечный интервал
изменения времени I принимается за период Т, а изменение функции /(/)
в пределах этого интервала предполагается бесконечно повторяющимся
за границами этого интервала (рис. 1). При таком предположении раз-
ложение в ряд Фурье будет правильно представлять непериодическую
функцию/(Z) только в пределах этого конечного интервала, принятого за
период.
Поскольку ухо человека различает высоту тона, даже если он пред-
ставлен всего лишь несколькими колебаниями, то применение ряда Фурье
вполне допустимо также для анализа звуков, представленных не только
периодическими, но и непериодическими кривыми. Пользуясь разло-
жением в ряд Фурье (согласно формулам П-1 или П-9, приведенным в при-
ложении 1 на стр. 658 и 660), в этом случае можно, например, опреде-
лить наличие тех пли иных частот.
5
На основании сказанного мы в дальнейшем под периодической функ-
цией в физическом смысле будем понимать функцию, удовлетворяющую
равенству /(£)=/(£+пГ) (где п—положительное или отрицательное целое
число) и в конечном интервале изменения Z, но обязательно не меньшем
того интервала, который необходим
Время
Рис. 1. Конечный интервал измене-
ния времени t непериодической
функции /(г), принимаемый за пе-
риод Т при разложении данной
функции в ряд Фурье
Рис. 2. Кривая звукового колебания
органной трубы и се разложение
в ряд Фурье (по Миллеру):
1—12—гармоники
для восприятия высоты тона отдель-
ных гармонических составляющих
сигнала.
Все указанные способы ана-
лиза, связанные с разложением той
или иной периодической функции
на гармонические составляющие,
отображают в математической
’ * форме определенную физическую
картину явлений. Совокупность
всех гармонических составляю-
щих дает картину реально суще-
ствующего физического процес-
са, а отдельные гармонические со-
ставляющие могут быть выделены
экспериментальным путем с по-
мощью различных анализаторов
(рис. 2).
С физической точки зрения
отличие интеграла Фурье от ряда
Фурье заключается в том, что он
приводит к непрерывному, сплош-
ному спектру функции, а ряд
Фурье состоит из суммы гармо-
ник, частоты которых изменяются
прерывно, т. е. периодическая
функция имеет линейчатый спектр.
На рис. 3 приведены две кри-
вые, одна из которых а выражает
периодический процесс, другая
кривая б, являющаяся частью пер-
вой кривой, — непериодический
процесс. На этом же рисунке по-
казаны соответствующие этим кри-
вым спектры (по осп абсцисс от-
ложены частоты, а по оси орди-
нат амплитуды). Если кривой а
отвечает линейчатый спектр в виде
отдельных линий, то для кривой б
эти отдельные линпп настолько
сближаются, что образуют сплош-
ную спектральную полосу. Ха-
рактер того или иного спектра не-
периодической или периодической
функции в форме наличия тех пли [иных частотных составляющих и их
амплитуд может быть выражен математически в комплексной или веще-
ственной форме. Формула, дающая комплексное представление спектра,
называется комплексным спектром непериодической или периодической
функции, а ее модуль—просто спектром (см. приложение 1).
В общем случае звуки голоса и музыки представляют собой совокуп-
ность гармонических (периодических в физическом смысле) звуковых
6
колебаний и негармонических (непериодических) звуковых процессов;
для их анализа в известной мере могут быть применены как ряд, так
и интеграл Фурье. Так как применение интеграла Фурье для решения
практических задач часто связа-
но с известными математически-
ми трудностями и для выясне-
ния физической картины во мно-
гих случаях является достаточ-
ным использование ряда Фурье-
то мы в дальнейшем преимуще,
ственно пм будем пользо-
ваться.
Перейдем к рассмотрению
краткой физической характери-
стики звуков, наиболее часто
передаваемых в звуковой кине-
матографии.
Звуки человеческого голоса
имеют разнообразную и слож-
ную структуру и в целом не
представляют собой строго пе-
риодического колебательного
процесса.
Речь человека является со-
четанием гласных, согласных
и пауз. Гласные звуки харак-
теризуются быстро устанавли-
вающимися периодическими ко-
лебаниями (рис. 4 и 5), имеющи-
ми линейчатый спектр. Можно
считать, что они состоят из ос-
новного тона и ряда гармони-
ческих обертонов или так назы-
ваемых гармоник с резонансным
усилением некоторых из них по-
лостями рта, носа и т. п. Для
каждой гласной имеются харак-
терные области усиления в ча-
стотном спектре, называемые
формантами. Каждая гласная
имеет по крайней мере две на-
иболее резко выраженные фор-
манты, частоты которых остают-
ся постоянными при изменении
частоты основного тона голосо-
вых связок. Это в одинаковой
мере имеет место как для муж-
ских, так и для женских го-
лосов.
Гласные характеризуются
именно положением формант.
Основные частоты гласных ле-
жат в области от 80 до 180 гц
для мужских голосов и от 150
до 300 гц для женских. Измене-
5 J 7Z7'z-
%Z40z-
| 11ffz
время,сек
0 Z00 400 600800
Частота^
Рис. 3. Спектры периодического и непери-
одического пропессов: а—периодическая кри-
вая и ее линейчатый спектр; б—непериоди-
ческая кривая и ее сплошной спектр
3 и
5 6
6
в °
10 &
» #A/WA/WA/WV “•
i2 a
Рис. 4. Гласные звуки певческого го-
лоса: 1—6. Бас Дейнека, все звуки
форте: 1—129 гц, а; 2—129 гц, е;
3—129 гц, и\ 4—345 гц, а\ 5—345 гц, е\
6—345 гц, и. 7—10. Меццо-сопрано
Померанцева, форте: 7—325 гц, у;
t 8—325 гц, о; 9—325 гц, и\ 10—325 гц, е.
11—12. Сопрано Вермель, форте: 11 —
827 гц, 12—616 гц, а (по Ржев-
кину г)
7
ния данных частот создают интонацию речи. Важнейшие форманты гла-
сных лежат в области от 300 до 3000 гц.
Было произведено следующее исследование звуков русской речи, в частности
гласных звуков (Мясниковым2). Гласные звуки произносились перед микрофоном.
Электрические колебания после усиления подавались на систему, состоящую из
десяти параллельно соединенных фильтров, волосы пропускания которых 100—
250, 250—550 и т. д. до 2650—2950, т. е., пачи-
пая с 250 — 550, изменялись через каждые 300 гц.
Прошедшие через фильтры сигналы подвергались
измерению ламповым вольтметром. Результат ана-
лиза приведен в виде кривых, изображенных на
рис. 6, где по оси ординат отложены относительные
пиковые значения амплитуд, а по осп абсцисс—ча-
стоты. Как следует из рисунка, середина формант-
ной области звука а находится в полосе 850—1150 eif
(звук а имеет еще слабо выраженную формантную
область около 3000 гц). Звук о имеет одну фор-
мантную область с серединой 550—850 гц. Для рус-
ского гласного звука у в отличие ст английского
апал'ога существуют три формантные области—око-
ло 850, 1900 и 2900 гц. Звук и имеет четыре фор-
мантные области п т. д.
По сравнению с другими звуками речи
гласные имеют наибольшую мощность.
Рпс. 5. Гласные звуки в рус-
ской речи: а—осциллограмма
звука «и» в слове «кино»;
б—осциллограмма звука «а>:
в слове «зима»
Рпс. 6. Кривые пиковых зна-
чений амплитуд гласных зву-
ков русской речи (по Мясни-
кову); д—неударная гласная
Согласные звуки весьма разнообразны
по своей структуре. Одни из них, так на-
зываемые звучные согласные (л, м, н), имеют
периодическую кривую, соответствующую
тону голосовых связок, тогда как другие
беззвучные согласные (с, ч, ш, гц, ф) обра-
зуются высокочастотными шумами, возника-
ющими вследствие прохождения струи воз-
духа из легких через узкие отверстия в той
или иной части голосового аппарата. Без-
звучные согласные имеют весьма малую мощ-
ность и акустический спектр, простирающий-
ся по сравнению с другими согласными в об-
ласть более высоких частот.
Для буквы с имеет место область харак-
теристического резонанса вблизи 5500 гц.
При резком произношении минимальная пи-
ковая мощность согласной IVC отличается от
максимальной пиковой мощности гласной IV?
для одного и того же голоса на величину око-
ло 30 дб, т. е. 10 1g = —30. Считая, что
уу г
гласная в среднем имеет пиковую мощность
650—700 мквт (микроватт), получаем значе-
ние пиковой мощности самой слабой соглас-
ной примерно 0,65—0,7 мквт.
Недостаточно хорошая передача соглас-
ных (например, вследствие маскировки их
шумом) по отношению к гласным приводит
к ухудшению разборчивости речи.
Сочетания согласных и гласных звуков
образуют слоги. Речь человека слагается из
отдельных слогов, которые образуют слова,
и пауз между слогами и отдельными словами.
8
Нормальная скорость речи составляет в среднем несколько слогов
в секунду.
Средняя мощность речи (отношение акустической энергии, излучен-
ной в форме речи за некоторый промежуток времени к этому промежут-
ку) вместе с паузами имеет значение порядка 10 мквт, а средняя мощ-
ность тихого шепота равна 0,01 мквт. При переходе от нормального раз-
говора к крику средняя мощность возрастает от 10 до 1000 мквт. Макси-
мальная мощность сильного певческого, голоса достигает значений
5000 мквт.
Распределение относительной мощности русской речи по спектру
частот (по Мясникову3) представлено в табл. I.
Таблица I
Распределение относительной мощности русской речи
ио спектру частот
Частотные полосы (гц) 100—250 250—550 550—850 850-1 150 1 150—1 450
Относительная мощность (дб) 5 15 21 22 18
Частотные полосы (гц) 1450—1 750 1 750—2 050 2 050—2 350 2 350—2 650 2 650—2 950
Относительная мощность (дб) 13 12 14 5 14
Как следует из табл. I, максимальная звуковая энергия речи имеет
место при частотах около 1000 гц.
Динамический диапазон (отношение максимального уровня к мини-
мальному уровню), который может иметь место при речи и пении, дости-
гает значений порядка 70 дб. Художественная речь, произносимая перед
микрофоном в процессе звукопередачи, имеет максимальный динамический
диапазон порядка 40—50 дб. Динамический диапазон речи диктора зна-
чительно уже, он равен примерно 15—20 дб.
Качество передачи речи связано как с ее разборчивостью, так и с ее
тембром. Тембр голоса (речи), как и всякого звука, зависит от распре-
деления и силы его гармонических составляющих и от переходных
(устанавливающихся) процессов, которые имеются в каждом звуке и
проявляют себя наиболее резко в моменты ого появления и исчезновения.
Гласные звуки человеческой речи устанавливаются весьма быстро
(время установления измеряется в миллисекундах) ввиду того, что резо-
наторы голосового аппарата человека характеризуются большим зату-
ханием. Именно это обстоятельство позволяет рассматривать гласные
звуки как установившиеся процессы с тембром музыкального характера,
т. е. с определенной основной частотой и суммой гармоник.
В том случае когда гласной предшествует согласная, последняя со-
здает постепенное нарастание звука, что дает возможность рассматривать
согласную как переходной процесс гласной.
Для того чтобы речь была понятной, необходимо передавать диапазон
9
частот, в котором находятся основные форманты, т. е. от 300 до 3000 гц
(частотный диапазон в телефонии), но для высококачественной передачи
тембра каждого индивидуального голоса необходим диапазон частот
от 80 до 8000 гц. Передача указанных высоких частот необходима для по-
вышения разборчивости речи, хотя, как это видно из табл. I, данная об-
ласть частот не совпадает с областью частот, несущих максимальную
энергию.
Характерной особенностью речи человека является несимметричность
ее осциллограммы относительно средней линии. Отклонение при колеба-
тельном процессе, которое соответствует сжатию воздуха у микрофона,
обычно бывает больше того отклоне-
ния, которое соответствует разреже-
нию. Это обстоятельство имеет опре-
деленное значение в процессе записи
звука.
Для достаточно высококачествен-
ной передачи речи можно ориен-
тироваться на пиковую мощность,
превышающую в 20 раз среднюю мощ-
ность (или на 13 дб), так как соглас-
но измерениям в этом случае в тече-
нии 90°о всего времени ппкп не пре-
вышают указанной величины. Таким
образом, при передаче речи необхо-
дим динамический диапазон порядка
10 Ig-Q-jyj- +13 =43 дб (10 мквт—сред-
няя мощность речи; 0,01 мквт—мощ-
ность тихого шепота).
Музыкальные звуки характерны
периодическим (или почти периоди-
ческим) волновым процессом, име-
ющим линейчатый спектр частот.
На рис. 7 приведены осцилло-
граммы и спектры частот некоторых
музыкальных инструментов.
Музыкальные звуки содержат
большое количество гармоник, и их
частотный спектр шире, чем частот-
ный спектр речи. Качество передачи
музыкальных звуков зависит от передачи всех гармоник, составляющих
эти звуки.
Частотный диапазон музыкальных звуков простирается от 30—40
до 14000—16 000 гц. На рис. 8 указаны частотные диапазоны музыкальных
инструментов (сплошные линии). Кроме того, на этом же рисунке круж-
ками показаны границы допустимого сужения частотного диапазона,
практически не ощущаемого слушателями. На опыте установлено, что
достаточно высококачественная передача музыки обеспечивается пере-
дачей частотного диапазона от 50 до 8000 гц.
Отдельные инструменты (как, например, смычковые и духовые)
кроме музыкальных звуков создают также некоторые характерные со-
провождающие их шумы. Частотный диапазон этих шумов показав
на рис. 8 мелкими вертикальными линиями.
Значение и область частот пиковой мощности различных музыкаль-
ных инструментов показаны в табл. II.
i _J Ll_l LL_ fl . 1—1
0 500 1000 1500 2000 2500 50003500
Частота, гц
Рис. 7. Осциллограммы и спектры то-
йон рояля (128 гц) и кларнета (275 гц)
(по Флетчеру); в топе кларнета выде-
ляются высшпе гармоники: а—рояль;
б—кларнет
10
Таблица II
Пиковая мощность музыкальных инструментов
(по Спвпану, Данну п Уайту5)
Инструмент (игра фортиссимо) Пиковая мощность в втп (на рас- стоянии 0.9 Л1. за исключением оркестра и рояля) Полоса частот пиковой мощности „(24) (ОТ—До)
Большой оркестр (75 исполнителей) G6,5 (на расстоянии 4,5 м от бли- жайшего инструмента) ( 250—500 8 000—11 300
Большой барабан . - Рояль 24,6 0,267 (на расстоянии 3 м) 250—500 250—500
Цимбалы Тромбон 9,5 6,4 8 000—11300 500—700 2 000—2 800
Виолончель 0,156 62—125 125 -250
Флейта 0,05 700—1 000 1400—2 000
Пикколо Саксофон-бас . . . Треугольник .... Кларнет 0,08 0,288 0,05 0,05 2 000—2 800 250—500 5 600—8 000 250—500
Женский голос
Мужской голос
Скрипка
Виолончели
Контрабас
Рояль
Флейта-пикколо
Кларнет
Рожок
Фагот
Саксофон-бас
Тарелки
Большой барабан
Литавры
Бренчание ключей
Аплодисменты
Шаги
50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000
Частота. ги
Рис. 8. Частотные диапазоны звуков муоыкальных инструментов,
голоса человека и шумов (по Сноу 4), ||||—диапазон сопровожда-
ющего шума
Из этой таблицы видно, что оркестр из 75 исполнителей создает пико-
вую мощность около 70 вт, в то время как средняя мощность того же
оркестра равна примерно 0,1 em. Если сравнить данные величины с соот-
ветствующими значениями мощностей человеческого голоса, то окажется,
что они примерно в 10 000 раз больше.
11
Таблица III
Уровни громкости шумов (по отношению
к порогу слышимости)
Источники шума У ровень громкости (в фонах)
Порог болевого ощущения 130
Авиамотор (на расстоянии 5 лт); сильные удары грома 120 ‘
Пневматический молот; клепка котла . . 110
Фортиссимо оркестра: шумный цех завода; громкий автомобильный сигнал па рас- стоянии 5—7 м . . 100
Шум в кгбипе пассажирского самолета; шумные аплодисменты 90
Очень громкий радиоприем; грузовой авто- мобиль: шумная улика 80
Шум внутри трамвая; громкий разговор . 70
Обычный разговор па расстоянии 1 м: улица (средней оживленности): шумное учреждение пли магазин; громкий ра- диоприем 60
Жилое помещение; негромкая радиомузы- ка в квартире 40
Тихая комната; тиканье часов; шум зри- тельного зала 30
Средней громкости шепот на расстоянии 1 лг; тихий сад Шелест листьев при слабом ветре; звуко- вое ателье киностудии; тихий шепот па расстоянии 1 м 20
10
Порог слышимости (1000 гц) 0
Рис. 9. Область слухового восприятия (кривые равной громкости
по Флетчеру и Мансону6), частотные и динамические диапазоны речи
(заштриховано) и большого симфонического оркестра (пунктир)
в процессе записи. Нулевой уровень силы звука соответствует
L10"16 emtcM£, или давлению 2-10“4 бар
12
Минимальную мощность при пианиссимо развивает скрипка—по-
рядка 4 мквт. Следовательно, пиковая мощность большого оркестра
(75 исполнителен) на 72 дб превышает минимальную мощность скрипки,
или, иначе говоря, динамический диапазон большого симфонического
оркестра имеет значение порядка 70—75 дб.
Шумы характеризуются длительными непериодическими процесса-
ми. Они возникают вследствие суммирования большого количества кратко-
временных возмущений непериодического характера со сплошным спек-
тром и характерны сложной осциллограммой. Некоторые шумы имеют
весьма высокие частотные составляющие. Так, например, хлопание в ла-
доши, шум шагов, звон ключей обусловливают частоты до 15 000 гц.
Область слухового восприятия человека, частотные и динамические
диапазоны речи и музыки показаны на рис. 9.
Уровни громкости некоторых шумов по отношению к порогу слышимости
приведены в табл. III.
§ 2. ИСКАЖЕНИЯ СИГНАЛА,
ВОЗНИКАЮЩИЕ В ТРАКТЕ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
При любом методе звукопередачи выходной сигнал связан с входным
сигналом цепью различных преобразований. Тракт звукопередачи со-
стоит из связанных между собой отдельных звеньег.
Под чувствительностью
звена понимается степень
его реакции на воздействие,
выражаемое в форме отно-
шения бесконечно малого
приращения выходного сиг-
нала к соответствующему
бесконечно малому прира-
щению входного сигнала.
Данное отношение оцени-
вается некоторым коэффи-
циентом соответствующей
размерности.
Качество того или иного
звена, помимо чувствитель-
ности, зависит еще от тех
искажений, которые вносят-
ся в передаваемый сигнал
данным звеном.
Исходя из особенностей
слухового восприятия чело-
века, можно считать, что
передаваемый сигнал определяется его спектром (понимая под спектром
не только наличие слагающих колебаний тех или иных частот, но и вели-
чину их амплитуд). Как уже указано на стр. 6, у периодических кривых
спектр имеет прерывистое строение (линейчатый спектр), а для отдельных
импульсов (рис. 10) представляется непрерывной кривой (сплошной спектр);
поэтому под искажение мсигнала необходимо понимать изменение его спект-
ра. Только тогда, когда спектр выходного сигнала является подобным спект-
ру входного сигнала, звено не вносит искажений в передаваемый сигнал.
Применительно к периодическим кривым сигнала, имеющего линей-
чатый спектр, установлены дифференцированные понятия искажений—
нелинейных, частотных и фазовых.
13
Под нелинейными искажениями сигнала понимаются такие искаже-
ния, которые связаны с появлением новых синусоидальных составляю-
щих сигнала, т. е. искажения, которые приводят к появлению новых
линий в спектре (рис. 11).
Входной сигнал
Рис. 11. Нелинейные искажения сигнала: q—входной сигнал;
р—выходной сигнал
Рис. 12. Частотные искажения сигнала
Частотными искажениями считаются такие искажения, при которых
имеет место относительное изменение амплитуд синусоидальныхсоста-
вляющих сигнала различной частоты, т. е. изменяется лишь относитель-
ная величина линий в спектре (рпс. 12). ।
Под фазовыми искажениями понимаются относительные изменения*
фазовых углов синусоидальных слагающих сигнала. Фазовые искажения
оказывают малое влияние на качество передачи звука в звуковой кине^г
матографпи и радиовещании. • . ; ид
14
Основным условием неискаженной передачи является именно правиль-
ная передача амплитуд и частот синусоидальных составляющих сигнала,
а не формы кривой, представляющей во времени этот сигнал, так как по-
следняя может быть искажена вследствие только лишь фазовых иска-
жений (рис. 13). "
В том случае когда связь между выходным и входным сигналами
может быть выражена математически, характер искажений периодиче-
ского сигнала непосредственно определяется
видом данной зависимости.
Нелинейные искажения возникают при
наличии нелинейной зависимости между
входным и выходным сигналами, например
при зависимостп вида
р = а + bqn,
где р—выходной и q—входной сигналы;
а и b—постоянные коэффициенты.
Частотные искажения возникают в слу-
чае изменения на выходе соотношения ампли-
туд колебаний в зависимостп от частоты
при одинаковых амплитудах колебаний раз-
личных частот на входе.
Когда между изменениями выходного
и входного сигналов существует пропорцио-
нальность, звено не вносит каких-либо иска-
жений в передаваемый сигнал.
Чувствительность того или иного звена
в большинстве случаев не является постоян-
ной величиной. Иногда в узких пределах
изменения амплитуд и ограниченном диапа-
зоне частот синусоидальных составляющих
ьых сдытгах гармонических
составляющих 1 и 2
сигнала ее можно считать постоянной величиной. При сравнительно
широких пределах изменений амплитуд и частот синусоидальных соста-
вляющих сигнала чувствительность звена зависит от входного сигнала,
т. е. звено вносит искажения в передаваемый сигнал.
Нелинейные искажения являются следствием зависимости чувстви-
тельности от мгновенных значений входного сигнала, а частотные искаже-
ния—зависимости чувствительности от частоты передаваемых синусои-
дальных колебаний. Таким образом, одинаковая линейная зависимость*
соответствующих приращений выходного и входного сигналов является
условием отсутствия нелинейных искажений, а одинаковая линейная
зависимость амплитуд соответствующих синусоидальных составляющих
различных частот выходного и входного сигналов—условием отсутствия
частотных искажений.
Данные понятия искажений периодического сигнала определяются
соответствующими характеристиками того пли иного звена: характери-
стикой зависимости мгновенных значений выходного и входного сигналов
или динамической характеристикой и частотной характеристикой в виде
зависимости отношения амплитуд соответствующих синусоидальных сла-
гающих выходного и входного сигналов.
Кроме нелинейных и частотных искажений могут быть частотно-
нелинейные искажения, т. е. нелинейные искажения, зависящие от часто-
ты колебаний синусоидальных слагающих сигнала. В этом случае для
каждой частоты существует своя характеристика зависимости мгновенных
значений выходного и входного сигналов (динамическая характеристика).
15
Рассмотрим те случаи, когда имеет место нелинейность звеньев, не
зависящая от частоты.
Если q— переменная величина, определягощая входной сигнал, а р—
выходной сигнал в пределах того пли иного звена, то условие постоянства
чувствительности в определенном диапазоне изменения q или р предста-
вляется равенством:
(1)
где к—постоянная величина; она является условием линейности того пли
иного звена в этом диапазоне.
Действительно, полагая, что чувствительность ^- = /с равна по-
стоянной величине в определенном диапазоне изменения q или р,
в результате интегрирования получаем:
р = \ kdq = kq-^C9
где С—постоянная интегрирования. Таким образом, мы получаем линей-
ную зависимость между р и q, графически выражаемую прямой.
Наличие в данном случае линейной характеристики передачи сигнала
говорит об отсутствии нелинейных искажений сигнала в указанном диа-
пазоне изменения q или р. В большинстве случаев чувствительность к
не сохраняет постоянного значения не только в широком диапазоне из-
менений q и р, но и в узком диапазоне изменения этих величин и зависит
от последних; по этой причине динамические характеристики того или
иного звена во всех указанных случаях отличаются от прямой. Вслед-
ствие этого имеют место нелинейные искажения сигнала в том пли
ином звене (весь вопрос заключается только в их величине).
Выражая приближенно динамическую характеристику на определен-
ном участке прямой, мы тем самым пренебрегаем нелинейными искаже-
ниями, обусловленными кривизной этого участка, и считаем, что передача
сигнала в пределах данного участка практически линейна. На этом осно-
ван метод определения оптимального расположения рабочей точки на
нелинейной характеристике путем измерения уровня отдачи малого сиг-
нала при различном положении рабочей точки.
Такая замена реальной динамической характеристики того или иного
физического процесса в определенном диапазоне изменения параметров
математической прямой дает возможность рассматривать нелинейную
систему как систему линейную, создавая тем самым более благоприятные
условия для приближенного математического анализа ее поведения, в част-
ности, применяя для этой цели принцип наложения. Как известно’,
принцип наложения, который применим только для линейных систем,
заключается в том, что поведение системы в результате одновременного
воздействия нескольких сигналов может быть рассматриваемо как сумма
поведений от элементарных воздействий.
Математический анализ нелинейных систем крайне затруднителен
и часто в практическом смысле его применение не может считаться оправ-
данным. Исследование нелинейных систем в основном базируется на экспе-
риментальных методах.
Для трактов звукопередачи с записью тем или иным методом харак-
терными факторами нелинейности являются следующие.
1. Электрическая нелинейность. Данная нелиней-
ность возникает чаще в усилителях низкой частоты и в основном
обусловливается анодно-сеточными динамическими характеристиками
электронных ламп.
<6
2. Магнитная нелинейность. Магнитная нелиней-
ность возникает, например, при магнитной записи звука или в электро-
магнитных звукозаписывающих устройствах, где она обусловливается
непостоянством магнитной проницаемости используемых магнитных мате-
риалов. В магнито-электрических звукозаписывающих устройствах ма-
гнитная нелинейность может вызываться пространственным непостоянством
напряженности поляризующего магнитного поля. Магнитная нелиней-
ность имеет место также в усилителях низкой частоты, где используются
трансформаторы, т. е. цепи с железом.
3. Фотографическая нелинейность. Фотографи-
ческая нелинейность заключается в отсутствии пропорциональности
между значениями коэффициента пропускания копии и экспозиции при
оригинальной записи и необ-
ходимого соответствия в рас-
пределении пропускания и
экспозиции по площади кино-
пленки. Фотографическая не-
линейность обусловливается
нелинейностью кривой про-
пускания копии как функции
экспозиции негатива, рассея-
нием света в эмульсионных
слоях кинопленок, исполь-
зуемых для записи и копиро-
вания, а также пограничными
эффектами проявления.
4. Механическая
нелинейность. Меха-
ническая нелинейность воз-
никает в звукозаписывающих
(например, в электромеха-
нических модуляторах света)
Рис. 14. Кривые некоторых нелинейных
процессов
и звуковоспроизводящих (на-
пример, в звукоснимателях в случаях механической записи) устройствах,
содержащих подвижные механические элементы, и заключается в отсут-
ствии пропорциональности между механической силой, действующей на
данный элемент, и деформацией последнего, т. е. вызывается отступле-
нием от закона Гука.
5. Световая нелинейность. Световая нелинейность за-
ключается в нелинейном изменении лучистого потока, падающего на кино-
пленку при записи и на фотоэлемент при воспроизведении, по отношению
к звуковому сигналу, выраженному при записи током или напряжением,
поступающим в модулятор света, а при воспроизведении—распределением
пропускания по длине кинопленки. Световая нелинейность обусловли-
вается нарушением правильной формы, относительного расположения
и распределения энергетической освещенности внутри светового пятна,
падающего на кинопленку при записи и воспроизведении сигнала. Дан-
ные факторы приводят к нелинейности развертки сигнала при его записи
и воспроизведении.
6. Скоростная нелинейность. Скоростная нелиней-
ность обусловлена различием и непостоянством скоростей движения
кинопленки при записи и воспроизведении сигнала.
Некоторые частные кривые, выражающие электрическую, магнит-
ную, фотографическую и механическую нелинейности, приведены на
рис. 14.
2 В. А. Бургов
17
Во всех случаях та или иная нелинейность имеет тем большее значе-
ние, чем больше уровень сигнала, например амплитуда синусоидального
колебания, пли чем больше изменение тех или ины хпеременных пара-
метров системы. G уменьшением значения последних всегда связано умень-
шение нелинейных искажений.
Если свойства того или иного звена определяются его нелиней-
ной динамической характеристикой, при подаче на вход данного звена
элементарного синусоидального сигнала нелинейные искажения ска-
зываются в форме появления дополнительных гармоник, а при одно-
временной подаче нескольких синусоидальных колебаний различных
частот возникают также комбинационные топа. При неравномерной
скорости движения кинопленки в процессе записи или воспроизведения
и при одном синусоидальном сигнале возникают комбинационные тона.
Реальные нелинейные характеристики отдельных звеньев звукопере-
дачи, выраженные определенной функциональной зависимостью р — / (<?)
между выходным р и входным q сигналами, могут быть представлены
рядом вида:
Р = *0 + kiQ + + М3 + к^ + к-Л5 -г , (2)
где к0, к19 к2 ... — постоянные коэффициенты.
Обычно уже несколько членов ряда позволяют определить нелиней-
ную характеристику с достаточным приближением. Наличие первых двух
членов дает приближение первого порядка в виде линейной характери-
стики, первых трех членов — приближение второго порядка в виде ква-
дратичной характеристики и т. д.
В общем случае передаваемый сигнал может быть выражен в форме
ряда Фурье:
п=оо
? = -у + 2 ?»cos(rau>z+ ?„«)’ (3)
П=1
где ^- — постоянная составляющая входного сигнала; qn— амплитуда
гармоники номер п\ о — угловая частота основного тона; — фаза гармо-
ники номер п.
Подставляя выражение (3) в формулу (2), найдем, что выходной
сигнал р будет состоять из постоянной слагающей, суммы колебаний
основных частот, суммы гармоник и суммы разностных и суммарных
комбинационных тонов.
В приложении 2 на стр. 677 дано общее выражение выходного
сигнала для случая, когда входной сигнал имеет вид суммы двух гар-
монических колебаний с угловыми частотами и w2, а нелинейная
характеристика определяется первыми пятью членами разложения (2).
При таком входном сигнале член k2q2 в выражении (2) приводит к об-
разованию четных гармоник и комбинационных тонов первого порядка*
<01 ± <п2, а член kzq3 — к образованию нечетных гармоник и комбинаци-
онных тонов второго порядка: ± 2<d2 и <п2 + 2о)г.
Учитывая, что обычно основную роль играют вторые и третьи гар-
моники и разностные и суммарные комбинационные топа первых двух
порядков, в выражении (2) во многих практических случаях можно огра-
ничиться первыми четырьмя членами, т. е. замкнуть разложение членом
с максимальным показателем степени, равным 3. Применительно к от-
дельным звеньям тракта звукопередачи можно указать па следующие
наиболее характерные типы зависимостей (рис. 15):
P^Kq \-k2q\ (4)
p = ki(j-rk„q3. (5)
18
Зависимость (4) характеризует собой несимметричную нелинейную
систему, в которой при изменении знака q меняется знак лишь первого
члена (krq), а вторая зависимость (5), наоборот, — симметричную нели-
нейную систему, в которой при изменении знака q изменяется знак всего
выражения р.
При подаче косинусоидального (пли синусоидального) сигнала не-
симметричная система обусловливает образование второй гармоники,
а симметричная система —
третьей гармоники.
Нелинейные искажения
в форме гармоник будем на-
зывать гармоническими нели-
нейными искажениями, а не-
линейные искажения в форме
комбинационных топов — ком-
бинационными нелинейными
искажениями.
В том случае когда на
Несимметричная нелинейная
характеристика системы
Симметричная нелинейная
характеристика системы
Рис. 15. Несимметричная и симметричная нели-
нейные характеристики системы: р—мгновенные
значения выходного сигнала; q—мтновенные зна-
чения входного сигнала
вход того или иного звена
подается один косинусоидаль-
ный сигнал, величина нели-
нейных искажений оценп-
вается так называемым коэф-
фициентом гармоник Сг в форме корня квадратного из отношения суммы
мощностей всех гармоник, начиная со второй, к мощности основного
колебания (или геометрической суммы амплитуд возникших гармоник
к амплитуде основного колебания), т. е.
(6)
При наличии нелинейных искажений косинусоидального сигнала, обу-
словленных несимметричной характеристикой (4), коэффициент гармоник
Сг = — возрастает прямо пропорционально q и не зависит от знака коэф-
фициепта Л2. В случае нелинейных искажений косинусоидального сиг-
нала, вызванных симметричной характеристикой (5), коэффициент
гармоник зависит от отпошенйя значений /с1 и к3 и от знака коэффи-
циента к3.
Коэффициент гармоник может быть определен или путем предва-
рительного нахождения амплитуд отдельных гармоник, или путем непо-
средственного измерения с помошыо специальных приборов. Действие
данных приборов основано на измерении эффективного значения гармо-
ник и амплитуды одного основного тона; выделение основного тона
в этих приборах осуществляется путем применения мостиковой схемы
или резонансного контура.
Дополнительная постоянная слагающая, которая образуется при
использовании несимметричных характеристик (рис. 16) и которая опре-
деляет выпрямляющий эффект, в общем случае равна:
т
P0 = /\p(Odt, (7)
о
где р (Z) — значение выходного сигнала в функции времени t; Т — период
сигнала.
2* 19*
Изхменение постоянной слагающей в результате выпрямляющего эффек-
та в случае сложного несимметричного сигнала с резкими изменениями
уровней приводит к образованию дополнительных паразитных колебаний.
Выпрямляющий эффект может быть выражен коэффициентом выпрям-
ления в виде отношения: »
Pi'
Коэффициент гармоник в форме
гармоник к эффективному значению
отношения эффективного значения
основного колебания не является
Выходной
сигнал
Время
t
Рис. 16. Выпрямляющий эффект: I—кривая
выхотного искаженного сигнала, II—кривая
выходного искаженного сигнала за вычетом
кривой изменения постоянной составляющей
вследствие выпрямляющего эффекта (послед-
няя показана пунктиром)
достаточно хорошим критерием
тех нелинейных искажений
звукового сигнала, которые
возникают в тракте звукопе-
ро дачи. Происходит это по той
причине, что обычно звуковой
сигнал является сложным сиг-
налом в виде совокупности
отдельных простых косинусо-
идальных или синусоидальных
колебаний и на качество звуко-
передачи большое влияние ока-
зывают возникающие при нали-
чии нелинейности тех или иных
звеньев комбинационные тона.
Особенно неприятными для
слуха являются разностные
комбинационные тона.
При симметричной и не-
симметричной нелинейности
звеньев, даже при одинаковых
значениях коэффициента гар-
моник С2, разностные и сум-
марные комбинационные тона
возникают не в одинаковой
степени.
Таким образом, коэффициент Сг не дает правильной оценки, при-
ближающейся к слуховой, тех нелинейных искажений, которые возни-
кают в тракте звукопередачи. Например, полагая сравнительно большое
зпачение Сг для косинусоидального колебания с частотой 3000 гц
вследствие образования гармоник с частотой 6000, 9000 и 12 000 гц,
мы не очень сильно ухудшим качество звукопередачи, так как указан-
ные частоты гармоник относятся к области малой чувствительности уха,
но разностные комбинационные тона, образующиеся в нелинейной системе
при подаче двух колебаний с частотами 3000 и 4000 гц, будут очень
сильно действовать на слух. Кроме того, когда нелинейные искажения
возникают на высоких частотах и имеет место ограничение передаваемого
частотного диапазона на высоких частотах, коэффициент Сг вообще
неприменим для оценки нелинейности звена или тракта. В этом случае
требуется применение других методов оценки.
При подаче на вход двух косинусоидальных колебаний различных
частот в качестве меры нелинейности звукопередачи можно принять
квадратный корень из отношения суммы мощностей всех появившихся
комбинационных тонов к сумме мощностей колебаний с основными ча-
стотами, или так называемый коэффициент комбинационных тонов.
20
В общем случае нелинейные искажения можно выразить коэффициентом в форме
квадратного корня из отношения суммы мощностей (или энергий) гармоник и сум-
марных и разностных комбинационных тонов к сумме мощностей (или энергий)
основных колебаний. Данный так называемый коэффициент нелинейных искажений
равен:
с =1 /
£ V ’ ( )
где рп, рс1, ррт и pt — соответственно амплитуды гармоник, суммарных, разностных
и основных колебаний выходного сигнала (и, I и т—порядковые числа гармоник
суммарных и разностных комбинационных тонов). ,
В тОхМ случае когда можно ограничиться одними гармониками, от коэффициента
нелинейных искажений переходим к коэффициенту гармоник:
с-=/В- <!"
Когда главную роль играют комбинационные тона, мы получаем коэффициент
комбинационных тонов:
Ch = . (10)
Из формул (8), (9) и (10) следует, что
ci=q+ct (и)
В качестве критерия нелинейных искажений может быть принят тот пли иной
из указанных отдельных коэффициентов. (В случае несимметричной характеристики
критерием нелинейных искажений может служить также коэффициент выпрямления,
ибо в этом случае амплитуды гармоник и комбинационных тонов могут быть опре-
делены величиной изменения постоянной составляющей сигнала.)
Возникающие в том или ином звене тракта звукопередачи нелиней-
ные искажения субъективно воспринимаются в форме изменения тембра,
который становится более резким и более грубым, или некоторой хрипло-
сти звучания, или появления новых отдельных тонов. Для сложных
звуковых сигналов (речь, музыка) характерными признаками нелиней-
ных искажений являются изменение тембра и хриплость звучания, обусло-
вливаемые образованием комбинационных тонов. Появление новых от-
дельных тонов или гармоник наиболее заметно в случае простых синусои-
дальных звуковых колебаний. Особенно отчетливо воспринимаются не-
линейные искажения тогда, когда возникают разностные комбинационные
тона, сильно отличающиеся по частоте от образующих их колебаний
и попадающие в область частот, к которым наиболее чувствительно
ухо человека. В частности, хриплость звучания возникает вследствие
биений между высокими гармониками. При нелинейности, не зависящей
от частоты, нелинейные искажения воспринимаются острее, нежели при
нелинейности, возникающей только в определенном участке спектра
звуковых частот.
Экспериментально установлено, что нечетные гармоники обычно
более неприятны для слуха, чем четные.
Минимальное значение коэффициента гармоник, при котором начи-
нают восприниматься нелинейные искажения в случае передачи речи
и музыки, составляет примерно 4%7.
Для речевых и музыкальных звуков в наибольшей мере соответствует
субъективной оценке нелинейных искажений коэффициент гармоник,
отвечающий средним статистически наиболее частым амплитудам звуко-
передачи Увеличение или уменьшение коэффициента гармоник, соответ-
21
ствующего редким, большим амплитудам, обычно не сопровождается за-
метным на слух изменением качества звукопередачи.
Нелинейность различных звеньев тракта звукопередачи не всегда является одно-
значной; иногда она не может быть выражена определенной однозначной характери-
стикой или алгебраической зависимостью. Так, например, при циклических процессах
намагничивания в электромагнитных системах характеристика нелинейности в виде
зависимости индукции В от напряженности магнитного поля Н вследствие магнитного
гистерезиса является двухзначной (замкнутая петля гистерезиса, когда одному значе-
нию II отвечают два значения В) пли многозначной (циклический процесс перемагни-
чивания переменным магнитным полем с изменяющейся амплитудой напряженности)
нелинейной характеристикой.
При наличии линейной характеристики передачи действие отдель-
ных слагающих того или иного сигнала можно рассматривать независимо
друг от друга п получать окончательный результат простым суммирова-
нием, ибо в этом случае результат суммарного воздействия равен сумме
результатов отдельных воздействий (принцип наложения).
Линейная характеристика звена определяется алгебраической зави-
симостью:
7> = ^,
где q и р—входной и выходной сигналы; к—постоянная величина, или
так называемая чувствительность звена, не зависящая от уровня вход-
ного сигнала и его частоты. Эта зависимость является идеальной харак-
теристикой всякого звена. Однако поведение не всех линейных систем под-
чиняется зависимости такого вида. Широко распространены линейные
системы, у которых чувствительность к хотя и не зависит от уровня q,
но зависит от частоты передаваемых колебаний.
Поведение многих линейных частотно-зависимых систем при подаче
на вход сигнала q определяется дифференциальным уравнением вида:
+ + = (12)
где Во, Blf В2 ... Вт— постоянные коэффициенты; / — время. Порядок т
зависит от физической структуры того илп иного звена. Решение дан-
ного дифференциального уравнения представляется в виде суммы двух
решений—общего решения:
71=771
Ро = S MneD^ (13)
П=1
и частного решения pz, зависящего от входного сигнала q\ здесь Dn и
Мп —коэффициенты, зависящие от коэффициентов уравнения (12) и
начальных условий'.
В том случае когда q представляет собой воздействие в форме косп-
нусопдальной функции, частное решение pz определяет результат воз-
действия также в форме косинусоидальной функции той же частоты
отличающейся в общем случае только лишь амплитудой и фазой. Реше-
ние рд с учетом начальных условий представляет собой так называемый
переходной процесс, а решение pz — установившийся процесс в системе.
Установившийся процесс —это такое состояние данной системы,
которое наступает по истечении некоторого, иногда достаточно длитель-
ного времени действия возмущения на систему и которое полностью
может быть охарактеризовано периодической функцией времени или
величиной, но изменяющейся во времени.
Под переходным процессом следует понимать процесс, протекающий
в течение того промежутка времени, когда происходит переход от одного
установившегося состояния к другому установившемуся состоянию.
22
Так, например, вынужденные колебания, установившиеся в колеба-
тельной системе в результате воздействия внешней косинусоидальной
силы, прекращаются при снятии внешнего воздействия не мгновенно,
а через некоторый промежуток времени, в течение которого в системе
имеет место переходный процесс.
Переходные процессы возникают в системе при изменении внешнего
воздействия (в частности, для простого косинусоидального воздействия
при изменении амплитуды, частоты пли фазы) и приобретают тем большее
значение, чем резче происходит это изменение. Переходные процессы
имеют исключительно большое значение в технике звукопередачи. Пх
значение обусловлено, во-первых, тем обстоятельством, что звуки голоса
человека п музыки являются, по существу, сочетаниями переходных
акустических процессов и, во вторых, переходные процессы возникают
в разнообразных электрических и электромеханических устройствах,
применяемых для звукопередачи, а именно: в усилителях, электромеха-
нических модуляторах света, громкоговорителях, микрофонах и др.
Установившийся процесс при косинусоидальном воздействии q = q± cos coZ
на систему может быть представлен формулой (см. приложение 1 на
стр. 670):
pz = к (со) q± cos [coZ +© (u))]. (14)
Здесь со — угловая частота сигнала; ф (со) —фаза выходного сигнала, зави-
сящая от ю. Таким образом, амплитуды pzi и <у1 косинусоидальных коле-
баний на выходе и входе того или иного звена связаны соотношением:
^ = *((0)^. (15)
В данной формуле коэффициент чувствительности к (со), являющийся
функцией частоты, представляет собой частотную характеристику звена.
Наличие в передающем звоне функциональной зависимости к (со)
является признаком возникающих в нем частотных искажений, а нали-
чие функциональной зависимости © (со) — фазовых искажений.
В случае сложного входного звукового сигнала, представляемого
выражением (3), выходной сигнал в установившемся режиме согласно
принципу наложения определяется формулой:
71=00
Pz = Pzo~ 2 Л (»w) <7„cos[n(D« + © +? (««))]. (16)
71=1
Здесь qn — амплитуда гармоники номер и; —фаза этой гармоники
входного сигнала; pz0—постоянная составляющая выходного сигнала.
Частотные искажения передаваемого сложного звукового сигнала
выражаются в том, что косинусоидальные составляющие сигнала различ-
ной частоты передаются не с одинаковым изменением (усилением или
ослаблением) пх амплитуд, а фазовые искажения—в том, что фазовые
соотношения между косинусоидальными составляющими на входе и вы-
ходе звона не сохраняются постоянными, а изменяются прн изменении
частоты.
Частотные искажения, соответствующие установившемуся режиму,
не возникают при передаче колебаний с ограниченным диапазоном ча-
стот, когда частотная характеристика звена в пределах данного диапазона
частот изображается прямой, параллельной осп частот, т. е. когда к (со)
в данном диапазоне частот не зависит от со и представляется постоян-
ной величиной. Поэтому в звукотехнпке, так же как и в радиотехнике,
частотная характеристика определяется шириной полосы пропускания
колебаний различной частоты.
23
При наличии прямолинейной и параллельной оси абсцисс частотной
характеристики в пределах частот от Д до /2 полоса пропускания
Д/ = /2 — Д определяет диапазон частот, внутри которого к (ш) равняется
постоянной величине.
В действительности (рис. 17) .звенья тракта звукопередачи не имеют
такой идеальной частотной характеристики. Применительно к реальным
характеристикам звеньев можно лишь условно говорить о полосе про-
Рис. 17. Частотные характеристики звеньев тракга звукопередачи
пускания, приближенно заменяя их в определенных пределах изменения
частоты / идеальными частотными характеристиками. Подобное прибли-
жение возможно лишь для установившихся процессов, так как даже ма-
лая неравномерность частотной характеристики оказывает существенное
влияние па переходные процессы в системе, особенно при совпадении
частот составляющих колебаний с неравномерным участком частотной
характеристики.
Условием отсутствия линейных искажений в любом звене номера s
является независимость коэффициента чувствительности ks (со) от частоты,
dk~ (<о) п
ИЛИ --V = 0.
Во всем тракте в целом коэффициент чувствительности к (со) также
должен быть независим от частоты. Последнее может быть достигнуто
как раздельным выполнением условий.
*1 (ш) =
^2 (Ш) = ?2>
А3 (ш) = ₽3>
1’де Pi> р2> Рз-••—постоянные, или взаимной компенсацией частотных
искажений, возникающих в отдельных звеньях так, чтобы в результате
к (со) = fc1 (со) • к2 (со)... равнялось постоянной величине.
Постоянство фазовых отличий между гармоническими составляющими вход-
ного п выходного сигналов требует того, чтобы фазовая характеристика определялась
выражением <р((о)=Сю (С—постоянная), т. е. являлась бы прямой, проходящей
через начало координат (рис. 18).
24
= рх cos о
Действительно, пусть входному сигналу
Я (t) = Яг cos a)f + Яъ cos 2w« 4- ...
соответствует выходной сигнал
р (О = Pi cos (<о« + фх) 4- р2 cos (2оя 4- <р2) 4-... =
?+-^^+P2cos2<« + - —
где <рп ср2... —фазы отдельных составляющих выходного сигнала относительно фаз
тех же составляющих входного сигнала.
Для неискаженной передачи необходимо, чтобы время запаздывания каждой
гармонической составляющей выходного сигнала было бы одинаково, т. е., чтобы
?1 = ?2
CD 2cD
откуда следует, что ср(<о) = Ссо.
(17)
Частотная и фазовая характеристики, вообще говоря, не являются
независимыми друг от друга характеристиками системы. Каждой ча-
стотной характеристике отвечает опре-
деленная фазовая характеристика и на-
оборот. Линейные свойства каждого
звена могут быть полностью выражены
одной из указанных характеристик.
Учитывая, что при звукопередаче
фазовые искажения не играют сущест-
венной роли, в дальнейшем будем поль-
зоваться исключительно частотными
характеристиками. При определенном
входном сигнале частотная характери-
стика линейного звена полностью опре-
деляет собой выходной сигнал, т. е. как
установившийся, так и переходный про-
цессы. Е1а рис. 19 показаны частотные
Рис. 18. Идеальная фазовая харак-
теристика
характеристики и соответствующие пере-
ходные процессы при входном воздействии в форме прямоугольной пери-
одической кривой.
Наличие одинаковых частотных характеристик в одном и том же
диапазоне звуковых частот, но отличающихся за пределами этого диа-
пазона, вызывает различающиеся между собой переходные процессы
в этих звеньях.
На рис. 20,а показано искажение формы прямоугольного импульса
при резком ограничении справа полосы пропускаемых частот, причем
предполагается, что полоса передаваемых частот начинается с нуля.
Таким образом, в данном случае частотная характеристика имеет П-об-
разную форму с прямой, параллельной оси частот.
Для реальной частотной характеристики, имеющей плавный спад,
переходные колебания исчезают, и выходные сигналы представляются
в ином, искаженном виде, показанном на рис. 20,6.
Для неискаженной передачи входного сигнала в форме любого им-
пульса необходимо, чтобы система обладала полосой пропускания частот
бесконечной ширины, а ее фазовая характеристика была бы прямой,
проходящей через начало координат. При выполнении данного требова-
ния имеет место неизменяемость спектра и сохраняется форма передава-
емого импульса, который, как известно, имеет тем более широкий ча-
стотный спектр, чем он короче во времени.
На рис. 21 приведены два сплошных спектра, относящихся к сигналу
в форме короткого (узкого) прямоугольного импульса и к сигналу в форме
25
Рис. 19. Частотные характеристики п соответствующие выходные си-
гналы при входном воздействии в форме прямоугольной периодиче-
ской кривой
Рис. 20. Искажение формы прямоугольного
импульса при резком (а) и плавном (б) огра-
ничениях полосы пропускаемых частот
IFW
Рис. 21. Спектральные функции, относящиеся
к прямоугольному и трапецопдальному импульсам
26
короткого треугольного импульса. Первый из этих импульсов можно
рассматривать как входной сигнал, а второй—как выходной сигнал.
Изменение формы импульса обусловлено частотной характеристикой
„ sin % f а
звена, определенной выражением ——
Сравнение спектров данных прямоугольного п треугольного импуль-
сов показывает, что в обоих случаях протяженность спектральных кривых
(диапазон частот) сохраняется неизменной, только несколько изменяется
характер этих кривых (спектров) за счет изменения относительных зна-
чений амплитуд гармонических составляющих в области более высоких
частот. Таким образом, под искажениями импульсов надо понимать
искажения их формы, происходящие в силу изменения спектра сигнала.
Поскольку искажения формы импульсов могут возникать как в силу
нелинейной, динамической, так и частотной характеристики звена, то
применение к импульсам в целом дифференцированных понятий нели-
нейных и частотных искажений не отличается особо строгой определен-
ностью.
Та или иная допустимая величина искажений при передаче звукового
импульса, так же как п при передаче сложного периодического звукового
сигнала, связана с изменением относительных значений амплитуд гармо-
нических составляющих колебаний, определяемых спектром.
Основными источниками частотных искажений в тракте звукопередачи
являются конечные размеры пишущего и читающего элементов (в част-
ности, ширина пишущего и читающего световых штрихов), рассеяние
света в фотографическом слое кинопленки в процессе записи сигналов,
инерционность и упругость механических колебательных систем в звуко-
записывающих и звуковоспроизводящих устройствах, емкостные и ин-
дукционные сопротивления в различных электрических устройствах
и т. д.
Типичные для данных процессов частотные характеристики приведе-
ны выше на рис. 17.
Восприятие частотных искажений зависит от области частот, па ко-
торую приходится та или иная неравномерность частотной характери-
стики, величины данной неравномерности и ширины полосы пропускае-
мых частот. Так, например, если частотные искажения обусловлены по-
степенным спадом частотной характеристики по мере возрастания звуко-
вых частот, то звуки речи и музыки становятся более глухими, а речь,
кроме того, менее разборчивой.
При резонансной форме частотной характеристики с выбросом
в области порядка 3000—5000 гц речь п музыка передаются лучше («про-
зрачнее»), но в этом случае возможно подчеркивание свистящих и шипя-
щих звуков, что ухудшает качество звукопередачи.
Неравномерность частотной характеристики оказывает существенное
влияние на переходные процессы. В том случае когда основная частота
передаваемого сигнала совпадает с частотой пика (или провала), на ча-
стотной характеристике образуется щелчок, который является тем более
резким, чем шире полоса пропускания частоты (ввиду образования при
этом побочных тонов). Неравномерность частотной характеристики по-
рядка ^2 дб уже оказывает влияние в отношении слышимости переход-
ных процессов. Исходя из субъективного восприятия частотных искаже-
ний, можно считать допустимой неравномерность суммарной частотной
характеристики тракта звукопередачи в пределах ±4 дб при условии,
что полосы частот отдельных пиков и провалов невелики.
Выше рассмотрены по отдельности нелинейные и частотные искаже-
ния с учетом того, что то пли иное звено вносит искажения только одного
27
из указанных видов. В действительности же в ряде звеньев тракта звуко-
передачи возникают как нелинейные, так и частотные искажения пере-
даваемого сигнала. Примерами могут служить электромеханические мо-
дуляторы света, используемые в качестве записывающих устройств, фото-
графическая обработка записи, электронные усилители и др.
Возникающие нелинейные и частотные искажения могут быть бо-
лее или менее независимы друг от друга или, наоборот, взаимно свя-
заны.
В первом случае для определения конечного результата можно частот-
ную характеристику считать постоянной и оперировать образовавшимся
в силу нелинейности спектром частот (гармоник и комбинационных ча-
стот) применительно к данной частотной характеристике. Во втором слу-
чае, когда нелинейные искажения взаимно связаны с частотными искаже-
ниями и, по существу, не могут быть разделены, частотная характери-
стика не является постоянной, а изменяется с изменением амплитуды
сигнала. Обычно это имеет место при амплитудах, превысивших опреде-
ленное значение (при малых амплитудах и в этом случае можно считать
частотную характеристику постоянной). Совокупность частотных харак-
теристик, снятых при подобных различных амплитудах колебаний (но—
одинаковых амплитудах на всех частотах для каждой характеристики),
в данном случае до некоторой степени выражает как частотные, так и
нелинейные свойства звена. Первый случай имеет место, когда источники
нелинейных и частотных искажений различны, второй—когда для не-
линейных и частотных искажений имеется одпн общий источник.
В качестве примеров для обоих случаев можно указать на следующие мате-
матические нелинейно-частотные зависимостп, характерные для электромеханических
модуляторов света.
1. Дифференциальное уравнение, определяющее поведение якоря механической
колебательной системы в электромагнитном модуляторе света, когда источником
нелинейности является изменение силы q, действующей на систему в зависимости
от ее перемещения р:
md2p , rdp , . ч , . , ..
“^2 “ + (Р) = <7 (Р> 0 (первый случаи).
В этом случае нелинейные искажения, обусловленные электромагнитной системой
(цепь с железом), возникают главным образом на низких частотах, а частотные
искажения, вносимые механической колебательной системой, наоборот, на высоких
частотах.
2. Дифференциальное уравнение, определяющее поведение натянутой ленточки
в магнитоэлектрическом модуляторе света, когда источником нелинейности является
изменение натяжения (упругости) лспточкп s в зависимости от ее перемещения р\
т d2p , г dp , . . , х , « «х
^2-- + + « (р) • Р=7 (0 (второй случаи).
В данном случае непостоянство натяжения ленточки является общим источником
нелинейных и частотных искажений па высоких частотах (па низких частотах изме-
нение натяжения ленточки приводит лишь к нелинейным искажениям).
В обоих уравнениях т, г, s — эквивалентные масса, сопротивление потерь
и упругость механической колебательной системы; q— сила, действующая на систему;
р—отклонение системы; t — время. Данные нелинейные уравнения решаются путем
применения специальных методов.
Характерным примером для второго случая является также заплывание
поперечной фонограммы, когда нелинейные и частотные искажения имеют один
и тот же источник в виде рассеяния света в фотослое и возникают главным образом
на высоких частотах.
В звеньях тракта звукопередачи частотные искажения образуются
преимущественно на высоких частотах, а нелинейные искажения в одних
звеньях возникают на высоких звуковых частотах (фотографическая об-
работка поперечной записи и др.), в других—на низких частотах (напри-
мер, устройства, содержащие цепи с железом, как то: электромагнитные
28
модуляторы света и громкоговорители, трансформаторы в усилите-
лях и др.).
В общем случае нелинейно-частотные искажения передаваемого
сигнала, вносимые тем или иным звеном, характеризуются изменением
спектра сигнала по выходе его из данного звена.
Субъективное восприятие нелинейных искажений при наличии ча-
стотных искажений зависит в основном от формы и уровня переда-
ваемого сигнала, характера нелинейности звена и частотной характе-
ристики звена.
В случае независимости коэффициента гармоник от частоты нелиней-
ные искажения воспринимаются сильнее, чем в случае нелинейных ис-
кажений, возникающих в той или иной области частот. Данное различие
больше для музыки, чем для речи. Это может быть объяснено более равно-
мерным распределением амплитуд колебаний по частотному диапазону
в случае музыки. Как правило, нелинейные искажения тем острее воспри-
нимаются слухом, чем шире полоса частот, пропускаемых тем или иным
звеном.
Для речи менее прослушиваются нелинейные искажения при квадра-
тичной характеристике и минимуме искажений в средней области частот,
а для музыки более ощутимыми являются нелинейные искажения в обла-
сти средних частот.
Можно считать, что для речи и музыки коэффициент гармоник на сред-
них частотах до 4—6%, а на низких частотах до 15—20% обусловли-
вает практически незаметные нелинейные искажения7.
Таким образом, подытоживая все сказанное, можно сформулировать
следующие требования, предъявляемые к тому или иному звену, пере-
дающему сигнал:
1) отсутствие или сведение до допустимой величины нелинейных ис-
кажений;
2) отсутствие или сведение до допустимой величины частотных иска-
жений;
3) достижение по возможности большей чувствительности звена.
В тех случаях когда возникают нелинейные и частотные искажения,
нет необходимости, исходя из особенностей человеческого слуха, доби-
ваться наиболее полного их устранения, так как это обычно связано с боль-
шими техническими затруднениями и дороговизной установок. Можно до-
пустить известные частотные и нелинейные искажения в пределах слыши-
мых диапазонов частот и амплитуд, ограничиваясь той или иной наи-
большей частотой и амплитудой колебаний и устанавливая определенные
допуска в неравномерности частотной и нелинейной характеристик
звена.
Значение чувствительности того или иного звена играет существенную
роль в отношении построения связанных с ним звеньев. Рассматривая
отдельные звенья как энергетические преобразователи, можно в общем
случае сказать, что с чувствительностью звена связана величина мощности,
потребной для приведения звена в действие. Чем больше чувствитель-
ность звена, тем меньше потребная мощность и наоборот. Увеличение же
входной мощности приводит к усложнению и повышению стоимости
предыдущего звена. В качестве примера можно указать на усиление элек-
трических сигналов с помощью электронных усилителей, когда увеличе-
ние мощности на выходе усилителя достигается за счет увеличения габа-
ритов, сложности и стоимости усилительного устройства.
Передаваемый в том или ином случае диапазон частот колебаний опре-
деляется частотной характеристикой звена, а диапазон амплитуд колеба-
ний, или так называемый динамический диапазон,—динамической харак-
29
Таблица IV
Классификация трактов звукопередачи
с магнитной записью и воспроизведением звука
Класс Ско- рость ленты (см) Отклоне- ния скорости для боль- шого нремспп (процен- ты) Отклоне- ния скорости для малого времени (процен- ты) Частотный диапазон Отклонение частотной характеристики по отношению к 1 000 гц Ниж- ний уро- вень помех (дб) Уровень постоян- ных помех (наво- док) (бб) Коэф- фи- циент гар- моник (про- центы)
нижняя частота (210 верхняя частота (г?0
1 76,2 0,2 ±0,2 40 15 000 J-2 дб для 40—60 гц ±1 для 60— 5 000 гц ±2 дб для 5 000— 10 000 гц d-3,5 дб для 10 000— 15 000 гц 65 55 3
2 38,1 0,3 ±0,3 60 10 060 ±2 дб для 60—90 гц ±1 дб для 90— 5 000 гц ±2 дб для 5 000— 10 000 гц 60 50 3
3 19,05 0,8 ±0,4 100 6 400 ±3 дб для 100— 150 гц ±2 дб для 150— 4 000 гц ±3 дб для 4000— 6 400 гц 54 46 4
4 9,3 2,0 ±0,5 200 3 200 J-4 дб для 200— 300 гц ±3 дб для 300— 2 000 гц ±4 дб для 2 000— 3 200 гц 48 38 5
теристикой звена (верхняя граница в виде максимальной амплитуды)
и уровнем возникающих помех (нижняя граница в виде минимальной
амплитуды).
Исходя из диапазонов передаваемых частот и динамических диапа-
зонов, тракты звукопередачи могут быть разделены на ряд классов, на-
пример на четыре класса, имеющих следующие частотные диапазоны:
1-й класс—от 30—40 до 12 000—15 000 гц
2-й класс—от 50—60 до 10 000 гц
3-й класс—от 70—100 до 5 000—7 000 гц
4-й класс—от 100—300 до 2 500—5 000 гц
Высококачественные тракты звукопередачи с фотографической (35-лш
кинопленка п белый свет) и магнитной записями при скорости
456 мм! сек относятся ко 2-му классу, а с обычной поперечной механиче-
ской записью—к 3-му классу; глубинная механическая запись на специ-
альные (впнилитовые) пластинки может быть отнесена ко 2-му классу,
а фотографическая запись ультрафиолетовым светом—к 1-му классу.
Представляет интерес иностранная (немецкая) классификация при-
менительно к трактам звукопередачи с магнитной записью и воспроизве-
дением сигнала8. В ней также имеется четыре класса, причем принадлеж-
ность к тому или другому классу определяется скоростью магнитной
ленты. Данная классификация поясняется табл. IV.
§ 3. МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСЬЮ
Специфической особенностью методов звукопередачи с предваритель-
ной записью является временная задержка передаваемого сигнала и «за-
поминание» сигнала в виде физического следа на том или ином материале,
так называемом звуконосителе. Изменение данного следа в определенном
направлении происходит в соответствии с изменением амплитуд и частот
передаваемых колебаний. Такой след может быть получен определенным
физическим или химическим воздействием на звуконоситель и может
быть видимым илн не видимым глазом. Данный след является собственно
записью сигнала, поэтому использование метода его получения характе-
ризует собой метод записи.
Методы и способы воспроизведения должны рассматриваться в соот-
ветствии с методами и способами записи сигнала на том пли ином звуке
носителе.
Наиболее распространенными являются фотографические, магнитные
и механические методы записи сигнала.
При применении данных методов записи звуковые колебания пре-
образуются с помощью специальных устройств в соответствующие коле-
бания лучистого потока (фотографическая запись) пли магнитного потока
(магнитная запись), или в механические колебания резца (механическая
запись).
С помощью микрофона звуковые колебания предварительно превра-
щаются в электрические колебания, которые и управляют записываю-
щими устройствами, создающими соответствующие колебания лучистого
потока, магнитного потока пли резца. В некоторых случаях звуковые
колебания могут непосредственно приводить в действие записывающее
устройство (например, в случае, когда приемник звука—мембрана записы-
вающего устройства—механически связан с зеркальцем или резцом).
Процесс фотографической записи заключается в преобразовании
акустических колебаний в подобные (с пропорциональными амплитудами,
одинаковыми частотами и фазамп) колебания лучистого потока п фиксации
последних на движущемся с равномерной скоростью светочувствитель-
31
ном материале. В результате фотографических процессов экспозиции
кинопленки при записи и ее последующей обработки (проявление негатива;
процесс копирования) на кинопленке образуется фотографическое изо-
бражение. Воспроизведение звука осуществляется с помощью данного
фотографического изображения путем равномерного его продвижения и
просвечивания узким световым пятном в специальном звуковоспроизво-
дящем устройстве и направления прошедшего через него света на фото-
элемент. В результате этого изменение лучистого потока, падающего
на фотоэлемент, происходит соответственно (с пропорциональными ам-
плитудами, одинаковыми частотами и фазами) передаваемым звуковым
колебаниям. Данные изменения лучистого потока преобразуются фото-
элементом в соответствующие электрические колебания, которые в свою
очередь подвергаются усилению и поступают в громкоговоритель. Громко-
говоритель воспроизводит акустические колебания, подобные тем акусти-
ческим колебаниям, которые были подвергнуты записи.
Таким образом, тот или пной фотографический метод передачи звуко-
вых сигналов заключается в определенном методе фотографической записи
и ее воспроизведения. Запись (включая обработку) основана на преобразо-
вании механической энергии акустических колебаний в световую энер-
гию и получении с помощью последней (и фотографических процессов)
фотографического следа на светочувствительном слое кинопленки. Вос-
произведение основано на изменении с помощью данного фотографического
следа световой энергии от побочного источника света и преобразования
данной световой энергии в электрическую энергию и далее в механиче-
скую энергию в форме воспроизведенных акустических колебаний (рис. 22).
Процесс магнитной записи заключается в создании вдоль стальной про-
волоки или ленты, пли пленки, покрытой ферромагнитным порошком,
остаточного переменного намагничивания, соответствующего по ампли-
туде, частоте и фазе записываемым акустическим колебаниям. Магнитная
запись (рис. 23,а) осуществляется путем равномерного продвижения звуко-
носителя вблизи сосредоточенного переменного магнитного поля, изме-
няющегося по закону записываемых колебаний. Данное поле создается
специальной записывающей головкой, которая в принципе состоит из
электромагнита, по обмотке которого проходят электрические токи звуко-
вой частоты.
Воспроизведение звука (рис. 23;б) осуществляется путем продвиже-
ния звуконосителя с магнитной записью около воспроизводящей головки,
в принципе также представляющей собой сердечник с обмоткой. Индук-
тируемая в обмотке при равномерном движении звуконосителя электро-
движущая сила усиливается и подается к громкоговорителю.
Для магнитной записи и воспроизведения может быть использована
одна и та же головка.
Характерной особенностью метода звукопередачи с магнитной за-
писью является то, что магнитная запись не нуждается в какой-либо
обработке, и звук может быть воспроизведен сразу или спустя любое вре-
мя после записи.
Один и тот же звуконоситель многократно может быть использован
для записи. Произведенная магнитная запись легко может быть «стерта»
путем размагничивания звуконосителя. Тем самым звуконоситель ока-
зывается снова подготовленным для записи. Размагничивание осуще-
ствляется путем использования так называемой стирающей головки.
Последняя состоит из электромагнита, обмотка которого питается постоян-
ным током или током ультразвуковой частоты порядка 40 000 гц. При
использовании постоянного тока в обмотке ранее сделанная запись «сти-
рается» путем намагничивания звуконосителя до насыщения, а при при-
32
3 в. А. Бургов
а) З-Ч
6)
Рис. 22. Тракт звукопередачи фотографиче-
скими методами
Рис. 23. Схема звукопередачи с магнитной за-
писью: а) Тракт магнитной записи: 1—микро-
фон, 2—усилитель, 3—аппарат (действуют запи-
сывающая п стирающая головки); б) Тракт
воспроизведения сигнала с магнитной записи:
4—аппарат (действует воспроизводящая голов-
ка), 5 — усилитель, 6 — громкоговоритель
13
менении тока ультразвуковой частоты происходит уничтожение записи
ввиду полного размагничивания звуконосителя.
Процесс механической записи (рис. 24 а) заключается в фиксации
колебаний резца в форме поперечной или глубинной канавки на подвиж-
ном звуконосителе в виде воскового, целлулоидного, лакового пли деци-
литового диска пли кинопленки.
При записи на воске с последнего получают гальванопластическим
путем первый оригинал записи, с него изготовляется второй оригинал
б)______________________________
I Запись (воск и др.)
| 1 Оригинал записи
| 2 Оригинал записи_____
| 3 Оригинал записи (матрица)
) Пластинки
Рие. 24. Схема звукопередачи с механпче- :Jr
ской записью: а) Тракт механической записи:^
1—микрофон, 2—усилитель, 3—станок для j
записи; б) Тракт обработки заппсп; в) Тракт
воспроизведения сигнала с механической за-
писи: 4—воспроизводящее устройство, о—
у силитель, 6—громкого во рптел ь
и, наконец, третий оригинал,
который служит матрицей для
прессования граммпластпнок
(рис. 24,6).
Записи, произведенные на
целлулоидных, лаковых или де-
цилитовых дисках, не требуют
какой-либо обработки, и звук
с них может быть воспроизве-
ден немедленно после записи
(пластинки прямого воспроиз-
ведения).
Воспроизведение звука с ме-
ханической записи на том или
ином носителе (рис. 24,в) осу-
ществляется с помощью так
называемого звукоснимателя,
представляющего собой электро-
механическое устройство с по-
движной иглой. Канавкп записи,
в которые входит игла, приво-
дят иглу в колебательное дви-
жение, которое в свою очередь
вызывает образование соответ-
ствующих электрических коле-
баний в обмотке звукоснимате-
ля. Последние после усиления
подаются к громкоговорителю.
Наряду с данным электрик
ческпм методом воспроизведе-
ния применяется и чисто акустический метод воспроизведения. В этом
случае используется звукосниматель, в котором игла механически свя-
зана с мембраной. Колебания иглы передаются мембране, которая
непосредственно создает соответствующие акустические колебания.
Благодаря механическому контакту иглы звукоснимателя с носите-
лем заппсп многократный процесс «проигрывания» приводит к ухудше-
нию качества воспроизводимого звука.
Механическая запись представляет собой старый метод записи.
Появление и развитие электронных ламп, открывших широкие воз-
можности усиления и регулировки уровней, сделало целесообразным пред-
варительное преобразование акустической энергии в электрическую при
всех методах записи и применение записывающих устройств, приводимых
в действие электрической энергией. Пользуясь электронным усилителем,
Стало возможным не только разделить местоположения приемника звука—
микрофона—и записывающего устройства, ‘связанных между собой про-
водами, но и применить записывающие устройства высокого качества хотя
й малой чувствительности, так как необходимый уровень электрической
34
энергии может быть обеспечен соответствующим усилением. Помимо уси-
ления, являющегося чисто количественным фактором, стало возможным
также изменять качество передаваемого сигнала путем использования топ
или иной частотной пли нелинейной коррекции.
Применение специальных усилительных устройств обеспечило вос-
произведение звука желаемой громкости с любого носителя и, кроме того,
создало широкие возможности регулировки уровней и коррекции харак-
теристик. Для этой цели при всех методах записи применяются такие
звуковоспроизводящие устройства, которые обеспечивают образование
электрических колебаний, соответствующих записанным акустическим
колебаниям.
Данные электрические колебания и поступают на вход электронного
усилителя, питающего громкоговоритель.
Только на базе электронной техники (усилители, фотоэлементы)
стало возможным применить современный высококачественный фотогра-
фический метод звукопередачи в кинематографии в виде записи сигнала
звуковой частоты на светочувствительной кинопленке и воспроизведения
звука любой громкости с помощью фотографического изображения
(фонограммы) на кинопленке.
§ 4. МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЗВУКОВОЙ КИНЕМАТОГРАФИИ
Звуковая кинематография предъявляет целый ряд специальных тре-
бований к методу записи. Эти требования обусловлены тем обстоятельством,
что в кинематографии звук сопровождает зрительное изображение в виде
кинокадров, проектируемых на экран. Каждый кинофильм строится
с широким использованием техники монтажа зрительных и звуковых ку-
сков кинопленки, т. е. разрезания кинопленки на части и склеивания их
между собой в соответствии с режиссерским замыслом и размножения
в большом количестве экземпляров для целей массового показа. Такое
положение делает целесообразным применение в звуковой кинематогра-
фии таких методов записи, которые, во-первых, надежно обеспечивали бы
синхронизм между изображением зрительного объекта и звуком, во-вто-
рых, создавали бы широкие возможности монтажа, в-третьих, отлича-
лись бы легкостью размножения записей.
С точки зрения надежности синхронизма наивыгоднейшим методом
записи для массовых копии кинофильмов является такой метод записи,
при котором кинопленка служит одновременно носителем как зрительного
изображения, так и звукового следа.
В отношении возможностей и удобств монтажа оригинальных первич-
ных записей наиболее выгодными являются такие методы записи, при
которых можно визуально наблюдать и до некоторой степени контролиро-
вать произведенную запись.
Размножение записей связано с изготовлением большого количества
копий кинофильмов, т. е. с размножением зрительных изображений в впде
кинокадров.
Всем указанным требованиям в большой мере отвечают фотогра-
фические методы записи, которые в силу этого и получили применение
при изготовлении массовых копий кинофильмов.
Фотографические методы записи дают еозмсжнссть использовать кино-
пленку как единый носитель для зрительного изображения и звука, обес-
печивая тем самым надежный синхронизм между звуком и картиной.
Фотографическая запись на кинопленке, видимая глазом, представляет
практические удобства в отношении монтажа звуковых кусков, что осу-
3* 35
ществляется путем простого разрезания кинопленки па части. Монтаж
звуковых кусков относится к первпчным записям звука (негативу или
копии), которые обычно производятся на отдельной от изображения кино-
пленке. Пользуясь фотографической записью па кинопленке, простыми
фотографическими способами можно получить любое количество копий.
Наконец, ввиду того что при процессах фотографической записи звука
и воспроизведения звука с фотографического изображения нет прямого
контакта кинопленки с пишущим и читающим элементами, многократное
воспроизведение звука с кинопленки не приводит к сильному износу за-
писи (в отличие, например, от механической записи, где с увеличением
количества проигрываний связано ухудшение качества записи и соответ-
ственно воспроизводимого звука). Все указанные преимущества фотогра-
фических методов записи на кинопленке для звуковой кинематографии
в свое время явились настолько существенными, что предопределили
широкое их примененпе, несмотря даже на некоторые недостатки данных
методов записи.
Основными недостатками фотографических методов записи являются
необходимость фотографической обработки записи и зависимость качества
записи от кинопленки и ее фотографической обработки.
Магнитная запись также является весьма высококачественной, не
уступающей по качеству фотографической записи. Ее основные недостатки
связаны с трудностями совмещения звукозаписи и зрительного изображе-
ния в виде кинокадров па одной кинопленке, а также размножения. При-
менение магнитной звукозаписи наиболее просто во всех случаях, когда
требуется небольшое количество записей и последние непосредственно не
связаны с передачей зрительных кинокадров. Примером может служить
радиовещание, где действительно вместо фотографической записи звука
в настоящее время исключительно применяется магнитная запись звука.
Применение магнитной записи в кинематографии вызывает удешевле-
ние процесса производства кинофильмов, так как магнитная лента намно-
го дешевле обычной кинопленки и запись не нуждается в дополнительной
обработке. Магнитная запись приводит к упрощению п компактности зву-
козаписывающего оборудования по сравнению с фотографической записью,
что особенно ценно при работе в экспедиционных условиях и создает боль-
шие удобства немедленного контроля записи с кинопленки. Магнитная
запись широко используется в киностудиях прп съемке фильмов в каче-
стве первичной записи с последующей перезаписью на фотографическую
фонограмму. Наряду с этим она имеет также примененпе и в массовых
фильмокопиях.
Механическая запись звука в кинематографии в настоящее время не
используется и применяется только для изготовления граммофонных
пластинок.
§ 5. ТРАКТЫ ПЕРЕДАЧИ ЗВУКА ФОТОГРАФИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
В КИНЕМАТОГРАФИИ
Ниже перечислены основные последовательные звенья всякого тракта
передачи звука фотографическими методами в кинематографии (см. рис. 22)
и упомянуты их функции.
1. Микрофон осуществляет преобразование акустических колебаний
в электрические колебания звуковой частоты и является с этой точки зре-
ния электромеханическим преобразователем типа генератора. В практике
звуковой' кинематографии применяют высококачественные микрофоны
различных типов, чувствительные к изменению давления воздуха плп ко-
лебательной скорости движения воздуха в звуковой волне.
36
2. Усилитель электрических колебаний звуковой частоты с примене-
нием электронных ламп создает усиление полученной от микрофона элек-
трической колебательной энергии до необходимой величины. Микрофон
развивает на выходе весьма малую мощность, совершенно недостаточную
для приведения в действие записывающего устройства, которое требует
мощность до 1 вт\ по этой причине и необходимо весьма значительное
усиление электрических колебаний на выходе микрофона.
3. Записывающее устройство (так называемая записывающая свето-
модулирующая система) и лентопротяжный механизм; первое преобразует
электрические колебания в колебания лучистого потока (электросвстовой
преобразователь) и направляет его на движущуюся с равномерной скоро-
стью кинопленку.
4. Фотографическая запись сигнала пли развертка сигнала, пред-
ставленного колебаниями лучистого потока, в форме распределения экс-
позиции (экспозиционного изображения) по длине кинопленки, движу-
щейся с равномерной скоростью.
5. Фотографическая обработка оригинальной записи (проявление,
фиксирование, промывка, сушка) создает фотографическое изображение
в виде негатива записи.
6. Звуковой копировальный аппарат, с помощью которого негатив
записи копируется (экспонируется) на позитивную кинопленку.
7. Фотографическая обработка экспонированной при копировании
кинопленки (проявление, фиксирование, промывка, сушка) создает фото-
графическое изображение в виде позитива заппсп.
8. Звуковоспроизводящее устройство для воспроизведения сигнала
с движущейся с равномерной скоростью кинопленки, несущей фотографи-
ческое изображение в виде позитива записи. В данном устройстве осуще-
ствляется развертка сигнала (представленного позитивным фотографиче-
ским изображением на кинопленке) во времени в форме колебаний лучи-
стого потока, падающего на фотоэлемент.
9. Фотоэлемент производит преобразование колебаний лучистого
потока в электрические колебания звуковой частоты и является в этом
смысле светоэлектрпческим (фотоэлектрическим) преобразователем.
10. Усилитель электрических колебаний звуковой частоты с при-
менением электронных ламп создает усиление полученной от фотоэлемен-
та электрической колебательной энергии (фототок порядка нескольких
микроампер, а мощность—порядка микроватта) до необходимой вели-
чины: электрическая мощность громкоговорителя в зависимости от раз-
меров кинотеатра от нескольких ватт до нескольких десятков ватт.
11. Громкоговоритель осуществляет преобразование поступающих
к нему электрических колебаний в акустические колебания звуковой
частоты п является электромеханическим преобразователем типа двига-
теля.
Звенья 1—4 составляют в своей совокупности тракт фотографической
записи звука (п); звенья 5—7—тракт фотографической обработки записи
(б) и звенья 8—11—тракт воспроизведения звука (в).
Фотографическая запись электрических колебаний звуковой частоты
и воспроизведение этих колебаний с помощью фотографического изобра-
жения на кинопленке и фотоэлемента являются звеньями тракта передачи
сигнала с предварительной его фиксацией, специфичного для звуковой
кпнематогр афпп.
Наряду с записью электрических колебаний, идущих от микрофона,
применяется запись электрических колебаний, воспроизведенных с помо-
щью фотографического изображения па кинопленке и фотоэлемента
(процесс перезаписи).
37
§ 6. РОЛЬ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ УЧЕНЫХ В СТАНОВЛЕНИИ
И РАЗВИТИИ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ 1МЕТОДОВ ЗАПИСИ
II ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА
пикающее между угольными электродами, по
Рис. 25. Схема светомодулирующего устрой-
ства, предложенного для фотографической
записи Викшемскпм (1889)
Техника звуковой кинематографии базируется на фотографических методах
записи и воспроизведения звука, возникновение и развитие которых обязано достиже-
нию соответствующего уровня развития многими отдельными отраслями науки
и техники.
Только благодаря развитию электроники (фотоэлементы, усилительные устрой-
ства), электроакустики (электромеханические модуляторы света, микрофоны, громко-
говорители), фотохимии и химии высокомолекулярных соединений (кинопленки и их
фотографическая обработка), светотехники и оитлки (источники света и оптические
системы) и других отраслей науки и техники появилась возможность производства
высококачественной фотографической записи и ее воспроизведения в кинематографии,
т. е. иначе говоря, возникла звуковая кинематография.
В становлении и развитии данных отраслей техники и фотографических мето-
дов записи и вэспэолзвэдения звука крупная роль принадлежит отечественным
ученым и изобретателям.
В 1802 г. русский ученый-физик Петров открыл и изучил явление свечения, воз-
которым проходит электрический ток
(это явление в дальнейшем было на-
звано вольтовой дугой).
В 1872 г. наш соотечественник
Лодыгин создал электрическую лам-
пу с накаливаемым угольным стер-
женьком в закрытом стеклянном бал-
лоне л впервые применил ее для це-
лей освещения, а в 1893 и 1894 гг.
он заявил патенты па лампы с ме-
таллическими нитями, которые легли
в основу производства современных
электроламп.
23 марта 1876 г. русский изо-
бретатель Яблочков получил первый
патент на электрическую свечу (ду-
говую угольную лампу без регуля-
тора).
В 1881 г. московский фотограф
Болдырев создал светочувствитель-
ные материалы, нанесенные на гиб-
кую основу, пленку, и публично де-
монстрировал их в 1882 г. па Все-
российской промышленной выставке
в Москве.
В 1888 г. профессор Московского университета Столетов провел своп выдающиеся
исследования, связанные с фотоэлектрическими явлениями. В результате этих иссле-
дований был создан первый фотоэлемент и установлены закономерности фотоэлектри-
ческих явлений и электрического разряда в газах. Столетов установил практическую
безинерционнэсть фотоэлементов и применил для исследования последних схемы, кото-
рые в основном применяются и в настоящее время в звуковом кино.
В 1889 г. русский инженер Доливо-Добровольсклй (создатель техники трех-
фазпого тока) взял патент на трехфазный электродвигатель, который был практи-
чески изготовлен и продемонстрирован.
В 1889 г. наследники доктора медицины Впкшемского, проживавшего в Юрьеве
(ныне Тарту), запатентовали изобретенный им метод фотографической записи звука.
Впкшемский впервые отчетливо сформулировал основные условия, необходимые
для фотографической записи звука, и назвал такую запись фонограммой. В его патен-
те указаны все элементы современного светомодулирующего устройства для фотогра-
фической записи.
Светомодулпрующее устройство для фотографической записи, предложенное
Викшемскпм, показано в виде схемы, на рис, 25.
Приемник звуковых колебаний имеет форму чашечки с мембраной М, которая
механически связана через шарнирно соединенные стержни в и р, и два других стержня
с цилиндрическим вогнутым зеркальцем $. Эти стержни и стержень зеркальца, кроме
того, шарнирно связаны с неподвижными точками опоры. Источник света I с двойным
рефлектором г и / посылает свет на зеркальце $. Свет, отраженный от последнего, обра-
зует на узком вырезе е передней стенки ящика световую полоску которая в началь-
ном положении перекрывает половину длины этого выреза. За данным вырезом в ящике
38
находится цилиндр АА, обернутый светочувствительной бумагой Л, вращающийся
с равномерной скоростью. Он расположен так, что образующая цилиндра параллельна
длине выреза, представляющего собой механическую щель. Звуковые колебания, дей-
ствующие на мембрану М. вызывают соответствующие колебания зеркальцавокруг
горизонтальной оси, что приводит к колебанию длины освещенной части механиче-
ский щели.
В результате на фотографической бумаге после проявления образуется фотогра-
фическая звукозапись, называемая ныне поперечной записью звука.
В 1895 г. преподаватель Кронштадтских минных офицерских классов Попов на
заседании Русского физико-химического общества сделал доклад «Об отношении метал-
лических порошков к электрическим колебаниям» п продемонстрировал изобретенный
им прибор, названный им грозоотметчиком. День доклада (7 мая) принято считать днем
изобретения радио.
На базе этого величайшего изобретения, сделанного нашим соотечественником
Поповым, и па базе других изобретений, исследований и открытий, развивавших его
основное изобретение, стало возможным создать звуковое кино. Только усиление слабых
сигналов с помощью электронных ламп в форме усиления электрических токов и на-
пряжений дало возможность применить малочувствительные, но высококачественные
микрофоны и модуляторы света для записи и фотоэлементы п громкоговорители для вос-
произведения, доведя усиление микрофонных- и фототоков до той величины, которая
необходима для приведения в действие и нормальной работы модуляторов света и гром-
коговорителей. Кроме того, усиление сделало возможным проведение коррекции сигна-
ла по качеству.
В 1900 г. студент Московского высшего технического училища Поляков запатен-
товал в России и Америке метод использования фотоэлементов для воспроизведения
звука с фотографической звукозаписи. В этом патенте Полякова впервые говорится
также и о позитиве фонограммы.
В 1909 г. московский профессор Лифшиц провел ряд экспериментальных работ,
а в 1910 г. получил несколько патентов по фотографической записи и воспроизведению
звука.
В 1912 г. жптель деревпп Палукп Плойкой губернии Гизе запатентовал «Способ
и аппарат для производства записи звуковых колебаний п воспроизведения ихс приме-
нением движущейся светочувствительной поверхности». Предложение Гизе касается
использования для фотографической записи звука любого электрического источника
света, в цепь которого включено переменное электрическое сопротивление в виде дей-
ствующего микрофона. В данном изобретении указывалось не только па связь микрофо-
на с модулятором света, но и на связь фотоэлемента с громкоговорителем через специ-
альные электрические устройства.
В 1922 г. Коваленков заявил патент на «Способ фотографической записи звуковых
колебаний» с применением в качестве модулятора света низковольтной лампочки нака-
ливания, находящейся под воздействием микрофонного тока.
Труды всех упомянутых выше и многих других ученых и изобретателей обра-
зовали почву, па которой впоследствии профессорами Тагером и Шориным были
созданы в СССР оригинальные системы звукового кино. Наиболее примечательными
датами вознпковеппя советского звукового кино являются следующие:
26 ноября 1926 г. началась работа московского коллектива под руководством
Тагера (Джигит, Шишов, Столяров)9.
В 1926—1927 гг. началась работа ленинградского коллектива под руко-
водством Шорина (Мошопкин, Смирении, Яхонтов, Обухов, Воробьев, Тимарцев
и др )10.
29 марта 1928 г. состоялась первая в СССР публичная демонстрация звуковоспро-
изведения с пленки, записанной московским коллективом с помощью модулятора света,
основанного на физическом явлении двойного лучепреломления в диэлектриках, нахо-
дящихся в электрическом поле. При таком методе записи фонограмма имеет вид поло-
сы, состоящей из ряда параллельных черточек различной ширины и интенсивности
(фонограмма переменной плотности).
В сентябре 1928 г. состоялась демонстрация ленинградским коллективом комплек-
та аппаратуры звукового кино с использованием для записи в качестве модулятора
света ленточного осциллографа оригинальной конструкции. При таком методе записи
фонограмма имеет вид полосы, состоящей из прозрачной и зачернели ?й частей с зигза-
гообразной границей между ццмц в форме кривой записанного сигнала (поперечная
фонограмма).
В 1928 г. Экало запатентовал «Способ получения звуковых записей на лептах для
звучащего экрана». В этом патенте были выражены принципы стереофонической
записи и воспроизведения звука с фотографической фонограммы.
В 1928 г. Машкович предложил электромагнитный модулятор света с колеблю-
щимся зеркальцем. В дальнейшем подвижная система электромагнитного модулятора
света была усовершенствована Охотниковым, который в 1932 г. создал модулятор све-
39
та, лежащий в основе современного электромагнитного модулятора света с колеблю-
щимся зеркальцем.
22 марта 1929 г. состоялся первый просмотр звуковых фильмов, записанных ленин-
градским коллектпвохм.
В 1929 г. Охотников п Машковпч на киностудии «Белгоскпно» в Ленинграде по-
строили звукозаписывающий аппарат с модулятором света в виде низковольтной лампоч-
ки накаливания, с помощью которого был записан звук в нескольких звуковых кино-
фильмах.
5 октября 1929 г. состоялось открытие в Ленинграде первого в СССР звукового
кинотеатра, оборудованного ленинградским коллективом по системе Шорина.
Последующие работы советских ученых п изобретателей, характеризующие
дальнейшее развитие п современный научный и технический уровень фотографиче-
ской записи и воспроизведения звука в СССР, освещаются в соответствующих гла-
вах настоящей книги (см. также* С*2).
ЧАСТЬ II
ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
ГЛАВА II
ОСНОВЫ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАППСП
И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
§ 7. ПРИНЦИП ЗАПИСИ II ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ
Предложение, относящееся к способам получения фотографической
«записи и воспроизведения звука, впервые было высказано Фриттом
(в 1880 г., но патент на это изобретение был опубликован лишь в 1916 г.13).
Первое практическое осуществление фотографической записи и вос-
произведения звука принадлежит немецкому физику Румеру (1900—1901).
Модулятором света в записывающем устройстве Румера являлась воль-
това дуга. Запись обусловливалась изменением интенсивности света
пламени дуги под влиянием проходящего через нее тока звуковой частоты
и постоянного тока. Воспроизведение сигнала осуществлялось путем
просвечивания записи на пленке п пспользования селенового фотоэле-
мента.
Фотографические методы и способы записи должны рассматриваться
в сочетании с методами и способами воспроизведения этих сигналов.
Только сочетание методов записи и воспроизведения определяет собой
типы фотографических фонограмм и их свойства, необходимые для высоко-
качественной передачи звука.
Воспроизведение передаваемого сигнала с движущейся фотографи-
ческой фонограммы основано на изменении ею лучистого потока, падаю-
щего на фотоэлемент соответственно передаваемому сигналу.
Движущаяся фонограмма является в этом смысле механическим мо-
дулятором света при воспроизведении. Светомодулирующее устройство
для воспроизведения сигнала состоит из оптико-осветительной системы
и модулятора в виде движущейся с равномерной скоростью фонограммы
(рис. 26). Оптико-осветительная система имеет своим назначением образо-
вание на фонограмме просвечивающего ее светового пятна, а модулятор
в виде движущейся фонограммы служит для модуляции лучистого потока
в форме изменения действующих параметров освещенного участка фоно-
граммы, рассматриваемого со стороны фотоэлемента. Характер модуля-
ции лучистого потока прп воспроизведении зависит от формы и распре-
деления энергетической освещенности светового пятна, падающего на
фоно» рамму, п распределения пропускания фонограммы. Энергетическая
освещенность плп плотность лучистого потока представляет собой лу-
чистый поток, приходящийся на единицу площади рассматриваемой по-
верхности.
Пропускание того пли иного участка серебряной фонограммы выра-
жается коэффициентом пропускания т этого участка, под которым понп-
43
мается отношение лучистого (пли светового) потока, прошедшего участок^
к лучистому (или световому) потоку, падающему на него.
Лучистый поток Ф, падающий на фотоэлемент при просвечивании
световым пятном неподвижной кинопленки, несущей фотографическое
изображение в виде чисто серебряной фонограммы, в общем случае может
быть определен выражением:
С2 ^2
Ф — \ Е (а, Р) т (х, у) da
(18)
где а п р — координаты системы, связанной со световым пятном; х, у — ко-
ординаты системы, связанной с кинопленкой (фонограммой); Е (а, р) — функ-
Рис. 26. Светомодулпрующсе устройство для воспроизведения сигнала:
L—просвечивающая лампа, К—конденсор; D—диафрагма (механическая
щель); О—объектив; F—фонограмма; S—читающий штрих; 1 —фото-
элемент
Световое пятно
Система координат,
связанная с фонограммой
Рис 2/. Схема к определению лучистого
потока, падающего па фотоэлемент при
просвечивании неподвижного фотографиче-
ского изображения световым пятном любой
формы
ция распределения энергетической освещенности светового пятна;
т (^> У} — функция изменения коэффициента пропускания фонограммы
по площади кинопленки, ко-
торая не зависит от длины
волны света, используемого
фотоэлементом.
Пределы интегрирования
ап а2 11 Р2 определяют
форму просвечивающего све-
тового пятна п его положение
относительно фонограммы на
кинопленке (рис. 27).
Световая энергия, прошед-
шая через фонограмму и падающая
на фотоэлемент, в общем случае
должна быть представлена в форме лучистого потока. Вызывается это тем, что фото-
элемент как приемник световой энергии при этом может обладать чувствительностью
как в видимой, так и в невидимой области спектра. Если чувствительность фото-
элемента как приемника не выходит за пределы видимой части спектра, световая
энергия, падающая па фотоэлемент, может быть выражена в форме светового потока,
а световая энергия, падающая на единицу площади фонограммы. — в форме освещен-
ности. В дальнейшем под термином «освещенность» мы в общем случае будем понимать
энергетическую освещенность фотослоя. Исключение составят лишь количественные
показатели, которые нами приводятся для освещенности фотослоя и падающего
па него светового потока.
С точки зрения правильности звукопередачи наиболее выгодным
является использование светового пятна равномерной освещенности в форме
прямоугольника. Длинные стороны освещенного прямоугольника рас-
44
полагаются перпендикулярно к краям кинопленки; ширина прямоуголь-
ника весьма мала, меньше чем минимальная длина волны колебания
параметров фотографического изображения на кинопленке. Такое световое
пятно называется читающим штрихом (рис. 28). В этом случае выраже-
ние (18) приобретает вид:
₽2
Ф --- ЕЬ т (х, у) с/В, (19)
где Е — равномерно распределенная освещенность читающего штриха;
b — ширина читающего штриха.
При движении кинопленки в направлении ее длины координаты у
и р согласно рис. 28 смещаются параллельно относительно друг друга,
поэтому можно заменить р на у, следовательно
Ф — ЕЬ \ т (.т, у) dy, (20)
где уг и у2 — координаты границ фонограммы.
Представляя пределы интегрирования как функции .г. окончательно
имеем:
Ф = ЕЬ- (т) [у2 (т) - (а-)].
(21)
Согласно данному выражению модуляция лучистого потока может
осуществляться следующими двумя основными методами:
1) путем переменного перекрытия читающего штриха по его длине
средой, практически не пропускают ей свет, — модуляции действующей
длины штриха у2—Ух или Действующей пл опт а ди штриха Ь(у2 — у^\
2) путем переменного пе-
рекрытия читаюп его штриха
средой переменного пропуска-
ния т при сохранении посто-
янной его действующей пло-
щади1,’^ -yj-
Данные методы линейной
Читающий штрих
Направление движе-
ния фонограммы
Система координат t
связанная с фонограммой
световой модуляции при вос-
произведении определяют сле-
дующие основные типы фоно-
грамм на кинопленке и соот-
ветствующие методы фотогра-
фической записи.
Рис. 28. Схема к определению лучистого пото-
ка, падающего на фотоэлемент при просвечи-
вании движущегося фотографического изображе-
ния световым и я гном в форме узкого прямо-
угольного штриха
1. В виде переменной по ширине, практически непрозрачной площади
проявленной кинопленки, примыкающей к прозрачной площади переменной
ширины, с резкой линией раздела между ними в форме осциллографи-
ческой кривой передаваемого сигнала (рис. 29). Данное фотографическое
изображение на кинопленке называется поперечной фонограммой, или
фонограммой переменно!! ширины, а метод фотографической записи,
направленный к ее получению,—поперечным методом.
2. В виде переменных фотографических плотностей на площади кино-
пленки, постоянной по ширине, коэффициент пропускания которых из-
меняется в направлении длины кинопленки по закону передаваемого
сигнала (рис. 30Д Данное фотографическое изображение на кинопленке
называется фонограммой переменной плотности, а методы фотографиче-
ской записи, обусловливающие ее получение,—интенсивным и продоль-
ным методами.
Наряду с указанными возможен еще комбинированный тип фоно-
граммы в виде переменных фотографических плотностей на площади кино-
пленки, переменной по ширине, примыкающей к одинаково непрозрачной
площади переменной ширины, с резкой линией раздела между ними в фор-
ме осциллографической кривой (рис. 31). Такое фотографическое изобра-
жение на кинопленке называется поперечной фонограммой переменной
плотности, а методы фотографической записи, направленные к ее полу-
чению,—интенсивно-поперечным и продольно-поперечным методами.
Фотографический метод звукопередачи с помощью поперечной фоно-
граммы переменной плотности по соображениям, связанным с образова-
Рис. 29. По-
перечная фо-
нограмма*
Рис. 30. Фоно-
грамма перемен-
ной плотности
Рис. 31. Ком-
бинированная
фонограмма пе-
ременной плот-
ности и пере-
менной ширины
Рис. 32. Фоно-
грамма перемен-
ной плотности с
регулируемой пе-
ременной шири-
ной
пнем искажений, имеет практическое применение только лишь в одной
частной форме, а именно: в виде фонограммы переменной плотности,
ширина которой в целях управления громкостью передаваемого сигнала
изменяется по регулирующему закону (рис. 32). Последнее означает, что
соответствующее регулирование изменения амплитуд колебаний лучи-
стого потока, падающего на фотоэлемент, совершается с весьма низкими
частотами, лежащими ниже минимальной частоты передаваемого звуко-
вого диапазона.
Классификация главнейших видов фотографических фонограмм и
соответствующих методов звукопередачи приведена на рис. 33; фото-
графические фонограммы различных видов, имеющие второстепенное
значение, в эту классификацию не включены.
При всех методах фотографической заппсп сигнала, направленных
на получение различных фонограмм на кинопленке, пишущим органом
является так называемый пишущий штрих, который, подобно читающему
штриху, представляет собой световое пятно равномерной освещенности
в форме узкого прямоугольника. Пишущий штрих обычно является изо-
бражением некоей механической диафрагмы, имеющей вырез прямоуголь-
ной формы и называемой механической щелью.
Пишущий штрих располагается на движущейся с равномерной ско-
ростью кинопленке так, что его длинные стороны перпендикулярны
краям кинопленки.
Процесс фотографической записи сигнала заключается в том, что соот-
ветственно передаваемым косинусоидальным слагающим сигнала (частота,
относительная амплитуда и фаза) происходит модуляция длины, ширины
или освещенности пишущего штриха, падающего на кинопленку. При
46
изменении того или иного параметра пишущего штриха имеет место соот-
ветствующая модуляция лучистого потока, которая фиксируется на рав-
номерно движущейся кинопленке, обусловливая тот или иной тип фоно-
граммы (рис. 34). При модуляции длины пишущего штриха образуется
поперечная фонограмма, а при модуляции его освещенности или ширины—
фонограмма переменной плотности.
Данный процесс как раз и означает модуляцию лучистого потока,
падающего на кинопленку при записи сигнала.
Кпноплепка как приемник световой энергпп в процессе фотографической запп-*
сп имеет чувствительность в области как видимых, так и невидимых лучей. Отсюда
при фотографической записи, так же как и прп воспроизведении, более правильно
выражать световую энергию, падающую на светочувствительный слей, в форме лучи-
стого потока пли его энергетической освещенности. Говоря в дальнейшем о лучистом
потоке при записи, под освещенностью мы должны понимать именно энергетическую
освещенность.
Рис. 34. Схемы образования фонограмм различных типов
Схема поперечной записи: а—форма записываемых колебаний с длиной
волны X; в—изменение (модуляция) длины пишущего штриха; с—запись
на кинопленке (негатив поперечной фонограммы)
Схема продольной записи: а—форма записываемых колебаний с длиной
волны X; в—изменение (модуляция) ширины пишущего штриха; с—за-
пись на кинопленке (негатив фонограммы переменной плотности)
Схема интенсивной записи: а—форма записываемых колебаний с длиной
волны X; в—изменение (модуляция) энергетической освещенности пи-
шущего штриха; с—запись на кинопленке (нсгатпв фонограммы пере-
менной плотности)
Во избежание искажений в виде однополупериодного выпрямления
передаваемых колебаний и получения достаточной экспозиции для созда-
ния фотографического следа на кинопленке изменение лучистого потока,
падающего на кинопленку при записи в форме изменения длины, освещен-
ности или ширины пишущего штриха, должно происходить около неко-
торого начального постоянного, чаще всего среднего значения.
Отношение амплитуды переменной составляющей лучистого потока
к постоянному начальному значению лучистого потока (прп паузе) харак-
теризует собой глубину световой модуляции при записи и называется
коэффициентом световой модуляции при записи.
Обозначим постоянные начальные параметры пишущего штриха при
паузе через а (длина), Е (освещенность) и b (ширина) и сложный пере-
даваемый звуковой сигнал в виде ряда Фурье:
71=00
0 = 7о + 3 ?п№8(»(“Н?п)-
71=1
Здесь ^ — постоянная составляющая передаваемого сигнала; ^„ — ампли-
туда гармоник помер п; <рп—фаза той же гармоники номер п; со —угло-
вая частота основного тона; t — время.
47
В этом случае мо?кно представить различные типы модуляции лучи-
стого потока при записи следующими выражениями.
Модуляция длины пишущего штриха:
со
Фа = Eb (а Н а0) [1 + J! тпа cos (?W + ?na)]. (22)
71=1
Модуляция освещенности пишущего штриха:
ФЕ = ab (Е + Ео} [1 + X тпЕ cos (iuot -j- српК)] . (23)
П=1
♦
Модуляция ширины пишущего штриха:
со
Фь = а£(6+/»0) [1-i- 2 mnbcos(n«)/-i s„b)] . (24)
71=1
Здесь тпа, тПЕ, ^пь — коэффициенты световой модуляции для перемен-
ных составляющих номера п лучистых потоков соответственно нрп моду-
ляции длины, освещенности п ширины пишущего штриха; <?na, &пе
и фпЬ —фазы переменных составляющих номера п лучистых потоков соот-
ветственно при модуляции длины, освещенности и ширины пишущего
штриха. Постоянные слагающие с/0, EQ и лучистого потока при моду-
ляции соответственно длины, освещенности и ширины пишущего штриха
обусловлены постоянной слагающей передаваемого сигнала.
Соответствующие коэффициенты световой модуляции для составля-
ющей номера п переменного лучистого потока имеют следующие значения.
При модуляции длины пишущего штриха:
При модуляции освещенности пишущего штриха:
Еп
,ПпЕ — Е + Ео •
При модуляции ширины пишущего штриха:
Ьп
т<* = ь+ь0-
(25)
(26)
(27)
В первом случае (модуляция длины пишущего штриха) имеет место
поперечный метод записи; во втором (модуляция освещенности пишущего
штриха) — интенсивный метод записи; в третьем (модуляция ширины
пишущего штриха) — продольный метод записи.
Применительно к различным типам световой модуляции общим
выражением лучистого потока, падающего на кинопленку, является:
ф = Фо + 3 COS (n«)Z -г <fnl>) = Фо [1 - 2j mnt> COS (n«)Z + <рПф)] • (28)
77=1 ‘ 77=1
Здесь Фо — постоянная составляющая лучистого потока; Фп — амплитуда
гармоники номер п; <рпФ — фаза той же гармоники номер /г; тПф — коэф-
фициент световой модуляции для переменной составляющей номер п
лучистого потока.
48
Для получения фотографического изображения в виде поперечной
фонограммы или фонограммы переменной плотности применяется пишу-
щий штрих, длина которого зависит от формата используемой кино-
пленки. Ширина штриха установлена при определенной скорости движе-
ния кинопленки в соответствии с требованиями получения по возможности
большего количества освещения (времени освещения) и допустимого
минимума частотных искажений (и нелинейных искажений в случае про-
дольной записи).
При записи на 35-л/лг кинопленке обычно попользуется пишущий
штрих длиной 1,8 мм (максимальная длина при поперечной записи)
плп 2,54 мм (интенсивная и продольная записи), шириной от 6 до 15 у- при
скорости кинопленки 456 мм/сек.
В пределах ВИДИМОГО светового Поперечные Переменной плотности
шшш гтпглт
O.Zmm
Длина
волны записи
Длина
волны записи
Рис. 35. Фонограммы с записями ко-
синусоидальных колебаний различной
частоты
излучения средняя освещенность
пишущего штриха при интенсив-
ной записи имеет значение поряд-
ка 0,5-106 лк, а максимальная
освещенность прп поперечной и
продольной записях —- порядка
106 лк.
Каждая гармоническая коси-
нусоидальная слагающая переда-
ваемого сигнала, будучи отдельно
записана на кинопленке тем пли
иным методом, может быть оха-
рактеризована длиной волны, ам-
плитудой и начальной фазой за-
писи. Длина волны записи по
поперечному методу равна рас-
стоянию между соседними точками
косинусоидальной осциллографической кривой на кинопленке, находя-
щимися в одинаковых фазах, а длина волны записи по интенсивному
или продольному методу равна расстоянию между соседними участками
по длине кинопленки, имеющими одинаковое пропускание илп плотность
(рис. 35).
Длина волны к записи при пспользованпи того или иного метода
определяется частотой / передаваемых косинусоидальных колебаний
и скоростью vr движения кинопленки прп заппси по формуле:
2izvr Vp
~~ — /
где со — угловаг частота передаваемых колебаний.
Амплитуда ап поперечной записи выражается амплитудой осцил-
лографической косинусоидальной кривой на кинопленке.
Амплитуда интенсивной или продольной записи является ампли-
тудным значением коэффициента пропускания, или, как мы сокращенно
будем говорить в дальнейшем, амплитудой пропускания кинопленки
в направлении ее длины.
Фаза ср записанного на кинопленке колебания
A cos Г — 4- ср j == 4 cos
[у (®+*ф)]
пропорциональна отношению соответствующего отрезка вдоль длины
кинопленки к длине волны записи К, т. е. ср = 2тт у .
4 В. А. Бургов
49
§ 8. УСЛОВИЯ ПРАВИЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ
ДВИЖУЩЕЙСЯ ФОТОГРАФИЧЕСКОМ фонограммой амплитуд
II ЧАСТОТ КОСИНУСОИДАЛЬНЫХ СЛАГАЮЩИХ СИГНАЛА
Передаваемый звуковой сигнал, являющийся функцией времени
9 = <7о+ S <7n cos (nwZ+ <?„), (30)
п=1
где 70 — постоянная слагающая; gn—амплитуда переменной слагающем
номера п\ <рп—фаза этой слагающей; со —угловая частота основного тона,
будучи записан по поперечному методу на кинопленке, представляется
как функция ее длины х выражением:
yN = (« 4- ао) + 2 «П cos ( — -I- . (31)
Здесь yN — мгновенное значение длины пишущего штриха, соответству-
ющее абсциссе ж; а —постоянная начальная длина пишущего штриха при
паузе; а0 — постоянная слагающая длины пишущего штриха, обусловлен-
ная постоянной слагающей передаваемого сигнала; ап — амплитуда пере-
менной слагающей номер п\ —фаза этой слагающей; X —длина волны
записи на пленке. Формула (31) выражает закон изменения ширины
экспонированной площади по длине кинопленки.
Сигнал, записанный по интенсивному или продольному методу,
определится законом изменения количества освещения или экспозиции
Нн по длине кинопленки:
HN = (Я + Яо) + 2 Нп cos (^+фп) . (32)
1
Здесь Н — постоянная начальная экспозиция пишущего штриха при
паузе; /70 - постоянная слагающая экспозиции штриха, обусловленная
постоянной слагающей q0 передаваемого сигнала; —амплитуда экспо-
зиции переменной слагающей номер п.
Необходимым условием неискаженной передачи сигнала с помощью
фонограммы переменной плотности является линейная зависимость меж-
ду коэффициентом пропускания т и экспозицией Н.
При использовании для записи прямолинейного участка характеристи-
ческой кривой (рис. 36) между оптической плотностью (ось ординат)
и экспозицией (ось абсцисс) существует зависимость:
Dn = ^n1§ ~н^’ (33)
где 7^ — коэффициент контрастности негатива; Нин — экспозиция, соот-
ветствующая нижней точке прямолинейного участка характеристической
кривой кинопленки.
Из выражения (33) получается коэффициент пропускания негатива:
• rN = -T-=KNH-^. (34)
Здесь KN = — коэффициент пропорциональности.
Из формулы (34) видно, что линейная зависимость между коэф-
фициентом пропускания туу и экспозпцпей не может быть достигнута
в негативе, т. е. при воспроизведении сигнала с негатива фонограммы
переменной плотности имеют место нелинейные искажения передаваемого
сигнала. Однако неискаженное воспроизведение сигнала можно получить
50
с позитива фонограммы переменной плотности, который образуется путем
копирования негатива на позитивной кинопленке.
Аналогично изложенному, учитывая реальные условия поперечной
записи (рассеяние света и конечная ширина пишущего штриха) и ее
фотографической обработки, воспроизведение сигнала с негатива попе-
речной фонограммы также почти всегда связано с образованием нелиней-
ных искажений при передаче колебаний высокой звуковой частоты
(см. § 52, 53). По этой причине и в случае поперечного метода записи
обычно воспроизводят сигнал с позитива (копии) фонограммы.
Позитив фонограммы используется не только по соображениям,
связанным с качеством звукопередачи, но главным образом еще потому,
что необходимо иметь большое количество копий фонограммы.
Таким образом, во избежание образования нелинейных искажений
передаваемого звукового сигнала с негатива поперечной фонограммы
или фонограммы переменной плотности получают путем копирования
позитив (копию) фонограммы.
Для непскаженного позитива (копии) поперечной фонограммы мгновен-
ное значение ширины ур прозрачной части будет:
со
yv = a-r а0+ 2 а>‘ c0S(^F+^n) =
71=1
СО
= (<>+».)[<+ 2 <35>
71=1
4* 51
где mna = -^----коэффициент модуляции записи переменной слагающей
& ~h
номер /г.
В идеальном случае коэффициент пропускания прозрачных частей
позитива = 1 и соответствующая плотность позитива Dp = 0; в идеаль-
ном случае коэффициент пропускания темных частей поперечной фоно-
граммы должен равняться нулю, т. е. плотность этих частей фонограммы
должна быть бесконечно большой.
Для неискаженного позитива (копии) фонограммы переменной плот-
ности необходима линейная зависимость между коэффициентом пропуска-
ния позитива (копии) и экспозицией соответствующих участков
негатива, т. е. чтобы
= КрНх, (36)
где Кр — коэффициент пропорциональности.
Отсюда следует, что
71=1
СО
= (Я+Я0)+3 tfncos(2™ + <[Q, (37)
п=1
где т постоянный начальный коэффициент пропускания позитива при
паузе; т0 — постоянная слагающая коэффициента пропускания, или сокра-
щенно—пропускания позитива, обусловленная постоянной слагающей q0
передаваемого сигнала; тп—амплитуда пропускания переменной слагающей
номер п.
Закон изменения (модуляции) пропускания в позитиве фонограммы
может быть написан и в следующем виде:
S = (T + To)+2 Tncos + =
71=1
СО
= (^ + s>) [* + 2 mn*cos + ’ <38)
где тп^ = —-----коэффициент модуляции пропускания позитива фоно-
'с “Ь то
граммы. Коэффициент пропускания т0 может быть обусловлен как характе-
ром сигнала, так и искажениями в виде выпрямляющего эффекта.
При использовании для негатива и позитива фонограммы переменной
плотности прямолинейных участков характеристических кривых негатив-
ной и позитивной кинопленок имеем:
для
плотности негатива
коэффициента пропускания негатива
плотности позитива.
коэффициента пропускания позитива
гр = КрН~\
ДЛЯ
(39)
Для
Для
(40)
52
где 7р — коэффициент контрастности позитива; Нр — экспозиция позитива;
НРн — экспозиция, соответствующая нижней точке прямолинейного
участка характеристической кривой позитивной кинопленки; Кр = Нрн—ко-
эффициент пропорциональности.
Между коэффициентом пропускания негатива и экспозицией позитива
существует линейная связь вида:
Нр = Кь~м> (41)
где Kk — коэффициент пропорциональности, зависящий от копировального
процесса.
Подставляя данные значения в выражение для коэффициента про-
пускания позитива, получим:
= Кр (Kk^P = КРК^Р (KNH~^)~XP = (42)
rjieK = KpKkypKNyp — новый коэффициент пропорциональности.
Следовательно, в указанном случае фонограммы переменной плот-
ности для получения линейной зависимости между коэффициентом про-
пускания позитива и экспозицией негатива необходимо, чтобы произ-
ведение коэффициентов контрастности негатива и позитива было равным
единице.
В более общем случае, когда используются криволинейные участки
характеристических кривых негатива и позитива, неискаженная звуко-
передача может быть достигнута, если в передаваемом диапазоне изме-
нения экспозиции негатива для каждой точки в отдельности выполняется
условие:
dDjq dDp
(43)
c/Zzjy dDn
где и являются коэффициентами контрастности или кру-
тизнами криволинейных частей характеристических кривых негатива
и позитива в соответствующих точках.
. Указанные требования неискаженной звукопередачи с помощью по-
перечной фонограммы и фонограммы переменной плотности предопределяют
и соответствующие фотографические свойства кинопленок, которые необ-
ходимы для обоих типов фонограмм.
Кинопленки, применяемые для поперечной записи и интенсивной или
продольной записи, отличаются между собой главным образом значения-
ми максимальных коэффициентов контрастности. Для интенсивной или
продольной записи обычно требуется кинопленка более мягкой градации,
т. е. обладающая меньшим коэффициентом контрастности, чем для попе-
речной записи. Кроме того, кинопленка для интенсивной или продольной
записи должна иметь по возможности большую длину прямолинейное^
участка на характеристической кривой или большую шпроту экспози-
ции, т. е. больший интервал экспозиций, ограниченный точками начала
и конца прямолинейного участка характеристической кривой.
Общим требованием, предъявляемым кинопленкам для всех методов
записи, является требование наличия большой разрешающей способности
в смысле малого уровня шума при воспроизведении п неискаженной пе-
редачи колебаний высокой звуковой частоты (устранения в практическом
смысле как нелинейных, так и частотных искажений)
Данное требование удовлетворяется путем применения для записи
звука специальных низкочувствительных мелкозернистых эмульсий.
53
Современные высококачественные кинопленки для фотографической
записи звука обладают разрешающей способностью R порядка 50—100
линий на 1 мм, т.е. 50—100лиг-1и даже выше, доходя до 150 — 200 лог1 при
измерении разрешающей способности средствами обычной сенситометрии.
Чувствительность этих пленок S (единиц ГОСТ) от 0,25 (2° X и Д)
и даже порядка 0,1 (специальные мелкозернистые кинопленки) до 4,5
(45° X и Д) и даже несколько выше. Максимальный коэффициент конт-
растности YNuaKC порядка 0,6 —0,7 (кинопленка для интенсивной или
продольной записи) или от 2,5 до 4 —5 (кинопленка для поперечной за-
писи) и фотографическая шпрота (интервал логарифмов экспозиций, огра-
ниченный точками начала и конца прямолинейного участка характе-
ристической кривой) L порядка 0,6 —0,8 (кинопленка для попереч-
ной заппсп) или 1,6 —1,8 (кинопленка для интенсивной или продольной
записи).
Для общего позптпва кинокадров и фонограммы применяется пози-
тивная кинопленка, у которой приблизительно чувствительность = 0,6—
1,3°(6 —13° ХиД); максимальный коэффициент контрастности ^Рмакс==2,—
2,4; фотографическая шпрота Ь = 0,6— 0,8; разрешающая способность
R = 50 — 70 мм'1 или в случае специальной мелкозернистой позитивной
кинопленки — порядка 100 мм'1.
При указанных значениях чувствительности обычной кинопленки
для фотографической записи потребная экспозиция (средняя экспозиция
при интенсивной пли продольной записи) кинопленки находится в пре-
делах от 10 до 20 лк-с.
Характеристические кривые кинопленок для записи и позитивной
кинопленки имеют практически ограниченный прямолинейный участок
и указывают на наличие вуали, плотность которой колеблется от 0,01
(лучшие сорта кинопленок) до 0,08. Вследствие наличия вуали и огра-
ниченности прямолинейных участков характеристических кривых кино-
пленок для записи и копирования позитив (копия) поперечной фонограм-
мы всегда имеет конечную плотность темной части от 1,3 и выше и не-
которую плотность прозрачной части, доходящую до значений 0,1 0,15.
Эти же факторы приводят к тому, что практически в пределах допусти-
мых малых нелинейных искажений максимальная амплитуда пропуска-
ния в позитиве (копии) фонограммы переменной плотности не превышает
0,4. По этой причине диапазон уровней практически неискаженной пере-
дачи с помощью фонограммы переменной плотности меньше максималь-
ного диапазона уровней’, передаваемого с помощью поперечной фоно-
граммы.
Передаваемый сигнал как функция времени, будучи зафиксирован
на кинопленке при записи и копировании как функция ее длины, при
воспроизведении в зависимости от скорости движения фонограммы пред-
ставляется опять как функция времени.
Если передаваемый сигнал перед записью представляется рядом
Фурье (30), то, будучи зафиксирован на позитиве фонограммы, он мо-
жет быть выражен следующим образом:
со
^р==а-}-а0-|-2 cos ( -у—+ (поперечная фонограмма)
П=1
И
оо
тр==т-|- т0-}- 2 хпcos + Фп) (фонограмма переменной плотности).
п=1
54
При воспроизведении сигнала получаются изменения (модуляция)
лучистого потока Фр(£), падающего на фотоэлемент прп постоянной ско-
рости vR движения позитива фонограммы (x = vRt, =
Фр (Z) = ЕЬ [ а (тт 4 Т£>) 4- а0 (тт - то) 4-
00
Z n<i>rVR X
4- 2j (тт —tl>) &ncos ( ——* + Фп ) (поперечная фонограмма) (44)
п=1
И
со
Фр (z) = 2аЕЬ £т + т0 + Tn cos ~ *4 J (фонограмма переменной
П—i
плотности), (45)
где п — коэффициенты пропускания прозрачной и темной частей
поперечной фонограммы; Е — равномерная освещенность читающего штри-
ха; Ь — ширина читающего штриха; 2а — максимальная ширина записи;
Хг, /г и о)г - длина волны заппсп, частота и угловая частота записывае-
мых колебаний; vr — скорость кинопленки прп записи.
Так как
Kfr = vr П Хг/я = г?К,
то частота воспроизводимых колебаний
или их угловая частота
= (Ол- (46)
Из последних формул следует, что условием правильной передачи
частот косинусоидальных слагающих сигнала является равенство скоро-
стей движения кинопленки при записи и воспроизведении сигнала.
Одинаковые значения скоростей кинопленки при записи п воспроиз-
ведении могут иметь ту пли иную величину, но с экономической точки
зрения (для уменьшения количества потребной кинопленки) является
выгодным, чтобы она была по возможности меньшей.
По соображениям, связанным с необходимостью достаточно хорошей
передачи косинусоидальных компонентов высокой звуковой частоты (при
конечной ширине пишущего штриха порядка 10—15 р. и разрешающей
способности кинопленок порядка 50—100 мм'1), прп записи и воспро-
изведении сигнала в звуковой кинематографии для ЗЬ-мм кинопленки
установлена стандартная скорость 24 кадра в секунду, пли 456 мм/сек.
Скорость узкой 16-ли£ кинопленки имеет значение 183 мм/сек (24 кадра
в секунду).
§ 9. ОТДАЧА ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ
Отдачей фотографической фонограммы называется отношение ампли-
туды фототока при прохождении лучистого потока через фонограмму
(с синусоидальной записью) к постоянному фототоку, обусловленному
лучистым потоком, падающим на фотоэлемент прп отведенной в сторону
фонограмме.
Отдача черно-белой серебряной фонограммы зависит от условий за-
писи п ее фотографической обработки и всецело определяется ее собст-
55
венными фотографическими и геометрическими параметрами (тт, тр, та =
у — в случае поперечной фонограммы и Tj в случае фонограммы перемен-
ной плотности). Отдача фонограммы на цветной многослойной киноплен-
ке (у которой и тр являются функциями длины волны света X) зави-
сит, кроме того, от условий воспроизведения (спектрального излучения
просвечивающей лампы, спектральной чувствительности фотоэлемента).
Она будет рассмотрена в § 117. Все последующее изложение до разде-
ла, посвященного фонограмме на цветной многослойной кинопленке, от-
носится к чисто серебряной фонограмме.
Отдача фонограммы является как бы чувствительностью фотографи-
ческого процесса звукопередачи, так как при всех прочих равных усло-
виях она определяет собой громкость воспроизведенного звука. Посколь-
ку фонограмма на кинопленке представляет собой лишь относительный
уровень и относительную длину волны или частоту передаваемых коле-
баний, то отдача фонограммы, взятая независимо от величины усиления
сигнала и акустических условий при воспроизведении, не является точ-
ным эквивалентом субъективно воспринимаемой громкости звука при
воспроизведении сигнала; последняя зависит еще от абсолютного акусти-
ческого уровня передачи согласно кривой чувствительности уха (см. рис. 9).
Из формул (44) и (45) следует, что отдача поперечной фонограммы
определяется членом (полагая действующую длину читающего штриха
равной длине пишущего штриха)
£6(тт—_(тт — тп)
2aEbiN 2а “ 2
где .Z? — освещенность; Ь — ширина читающего штриха; 2а — максималь-
ная ширина записи; а± — амплитуда записи на пленке гармоники но-
мер 1; и тр — коэффициенты пропускания (основного колебания) про-
зрачной и темной частей фонограммы, не зависящие для серебряной
фонограммы от длины волны света X, используемого фотоэлементом;
N — энергетическая интегральная чувствительность фотоэлемента, изме-
ряемая в а/вт (см. § 49, стр. 266); та — коэффициент модуляции дли-
ны штриха при записи, а фонограммы переменной плотности
2aEbxyN ___ _
= T1 = Т° = W,E’0’
(48)
где Tj —амплитуда пропускания записанного колебания; т0 — начальный,
постоянный коэффициент пропускания фонограммы, — коэффициент
модуляции пропускания.
Из формул (47) и (48) видно, что отдача серебряной фонограммы
может быть также определена как отношение амплитуды лучистого по-
тока, прошедшего через фонограмму при ее воспроизведении, к постоян-
ному лучистому потоку, падающему на фонограмму при ее воспроизве-
дении, или как амплитуда коэффициента пропускания.
Отдача фотографической фонограммы и в конечном счете громкость
воспроизведенного звукового сигнала при прочих равных условиях бу-
дут тем больше, чем больше разность коэффициентов пропускания про-
зрачных и темных участков фонограммы и коэффициент модуляции дли-
ны штриха при записи (поперечная фонограмма) или амплитуда коэф-
фициента пропускания фонограммы в целом (фонограмма переменной
плотности и .поперечная фонограмма).
На отдачу фонограммы большое влияние оказывает фотографический
процесс, от которого зависят значения коэффициентов пропускания фоно-
граммы. В зависимости от вида характеристических кривых негатива
56
и позитива и условий экспозиции в процессе записи и копирования
(т. е. используемых участков характеристических кривых) отдача фоно-
граммы может изменяться в довольно широких пределах.
Изменение отдачи фонограммы переменной плотности в форме из-
менения максимальной амплитуды пропускания обусловлено соответ-
ствующим изменением наклона и длины прямолинейного участка кривой,
выражающей зависимость коэффициента пропускания позитива (копии)
от экспозиции негатива (рис. 37).
Изменение отдачи поперечной фонограммы в форме изменения раз-
ности коэффициентов пропускания прозрачных и темных участков при
Рис. 37. Сравнительная отдача фонограммы переменной
плотности прп различных наклонах прямолинейных
участков кривых пропускания
больших плотностях темной части вызывается главным образом ощути-
мой плотностью прозрачного участка фонограммы. Это видно из рис. 38,
на котором приведена кривая зависимости коэффициента пропускания т
от плотности D.
Отсюда существенную роль в отношении отдачи играет вуаль кино-
пленки. Даже небольшое вуалирование кинопленки сопровождается весь-
ма ощутимым уменьшением коэффициента пропускания прозрачной части
поперечной фонограммы. Следствием этого является понижение отдачи
фонограммы.
Так, например, увеличение плотности вуали с 0,08 (коэффициент
пропускания 0,83) до 0,20 (коэффициент пропускания 0,63) и плотности
темной части поперечной фонограммы в обоих случаях 1,3 (коэффициент
пропускания 0,05) и при всех прочих равных условиях приводит к умень-
шению отдачи поперечной фонограммы на 20 =2,6 дб(см. рис. 38)
или по сравнению с фонограммой, вовсе не имеющей вуали, на
аб-
Наиболее общим видом поперечной фонограммы является многократ-
ная, или так называемая многозубчпковая поперечная фонограмма,
изображенная на рпс. 39. Она состоит из нескольких отдельных синфаз-
ных односторонних поперечных фонограмм.
57
Очевидно, отдача многозубчиковой фонограммы равна отдаче одинар-
ной поперечной фонограммы, амплитуды косинусоидальных слагающих
которой в р раз больше амплитуд косинусоидальных слагающих каждой
1
одинарной поперечной фонограммы, являющейся — частью многозубчп-
ковой фонограммы.
Фотографическая фонограмма на кинопленке имеет то отличительное
•свойство от обычной фотографической осциллограммы, служащей для
Т
ё o,s
\т^0,83
т!=о,бз
| 0,5
§
§6.4
t 0,5
§0,2
0,1
целей визуального контроля того или иного динамиче-
ского процесса, что с ее помощью должен быть воспроиз-
веден звуковой сигнал. Данное обстоятельство требует
такого вида фотографической фонограммы на киноплен-
ке, которая бы прп всех прочих равных условиях спо-
собствовала получению большей громкости воспроизводи-
мого с нее звука, т. е. отли-
чалась бы по возможности
большими отдачей и шириной
заппсп. Требования воспроиз-
ведения временного процесса
О /, ОДррЦб Ofi 1fi tzhfi 1,6 1,8 2,0 2,2 2fi D
fy ~0,08\ // JJj, *1,3 Плотность
Рис. 39. Многозубчи-
ковая поперечная
фонограмма
Рис. 38. Кривая зависимости коэффициента
пропускания т от плотности D: D D п Dz—плот-
ности темной и прозрачной частей поперечной
фонограммы; и v—коэффициенты пропуска-
ния темной и прозрачной частей поперечной
фонограммы
в’форме звука, а не в виде кривой для визуального контроля соответственно
предопределяют характер фотографических фонограмм на кинопленке.
Фотографический метод звукопередачи с помощью осциллографиче-
ской фонограммы не используется в звуковой кинематографии как по при-
чине незначительной громкости, так и в силу необходимости применения
в процессе воспроизведения читающего штриха с линейным изменением
освещенности в направлении его длины. Исходя из эксплуатационных
и качественных соображении, является более выгодным применение чи-
тающего штриха постоянной освещенности с возложением на фотографи-
ческую фонограмму функции модулятора того лучистого потока, который
сосредоточен в пределах площади данного штриха так, как это было ука-
зало выше.
§ 10. ВЛИЯНИЕ КОНЕЧНОЙ ширины читающего штриха
НА ПЕРЕДАЧУ КОЛЕБАНИЙ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ
От ширпны читающего штриха зависит абсолютная величина лучи-
стого потока, падающего на фотоэлемент. По этой причине с точки зре-
ния получения большей отдачи от фотоэлемента следует стремиться к то-
му, чтобы ширина читающего штриха также была бы по возможности
большей. С другой стороны, с увеличением ширины читающего штриха
ухудшается передача колебаний высоких звуковых частот, т. е. возра-
58
стают частотные искажения14. Поэтому обычно практически ширина читаю-
щего штриха устанавливается как компромисс между этими двумя требова-
ниями.
При воспроизведении сигнала с поперечной фонограммы читающим
штрихом равномерной освещенности Е и конечной ширины b лучистый
поток, падающий на фотоэлемент, определится формулой (18), которая
ввиду различных коэффициентов пропускания темного и прозрачного
участков разобьется на два отдельных двойных интеграла с различными
пределами интегрирования по у. Считая, что система координат х, у,
связанная с кинопленкой, и система координат а, р или а, у, связанная
с читающим штрихом, располагаются так, как это показано на рис. 28,
в данном случае имеем:
для первого интегрального выражения
т (я, У) — Я (а, Р) d$ = dy,
со
«1= -у> а2= +4’ ~₽2 = Go+SanCOS(^F’ + '^^’
1
для второго интегрального выражения: ;
т(ж, ^) = td, Е(а., $) = E, d$ = dy,
«i=-4’ аг=+4’ ₽1= яо + 5 я«cos (nF + ’ ₽г = 2я’ (5°)
1
со
где «о+2 — определяет собой кривую, разделяющую
1
темный и прозрачный участки фонограммы; а — представляет постоянную
начальную длину пишущего штриха при паузе (2а — максимальная ширина
записи). Таким образом, лучистый поток, падающий на фотоэлемент, будет:
Ьао+2апсо5(^Т^+фп) + *
^2 1 ^2 а
Ф(х)==т;-Е dady 4“ xdE da dy. (51)
Ъ —а Ь со
~2 “2 ао+V а„соз(^+Фп)
1
Учитывая, что при постоянной скорости движения фонограммы x = vRl-}-a9
получаем в результате интегрирования:
. кпЪ
00 Sin—у-
Ф (0 = ЕЬа4- TD) 4- Eba0(тг — tD) 4- Eb(xz — td)5} an cos (n<uZ 4-
« V
-Нп-Ш- „ (52)
При воспроизведении сигнала читающим штрихом конечной шири-
ны b с фонограммы переменной плотности лучистый поток, падающий
на фотоэлемент, будет:
+-ь-
2 +а со
®(t) = E р4-т04-.2-tnCos [^Р(г>л£4-а)4-фп] } da.dy =
_b —а 1
г
00 sin
= 2аЕЬ [ т 4- т0 4- 2 *п —— cos (nu>Z 4- <J>„ т- 6n) ] • (53)
1 “Г
59
На основании данных формул можно сделать следующий вывод: приме-
нение в процессе воспроизведения сигнала читающего штриха постоян-
ной конечной ширины приводит к образованию частотных искажений,
которые для отдельных косинусоидальных слагающих оцениваются зна-
чением члена sin , носящего название частотного коэффициента.
Т"
Значение частотного коэффициента определяется отношением ширины L
читающего штриха к длпне волны колебания той пли иной частоты
на фонограмме. При данной ширине читающего штриха величина частот-
ного коэффициента тем меньше, чем выше частота или меньше длина
волны записи колебания на фонограмме. При ширине читающего штри-
ха, равной длине волны записи колебания на фонограмме, частотный коэф-
фициент равен нулю, а прп ширине читающего штриха значительно меньше
длины волны (низкие частоты) — близок к единице. Общий ход функции:
. пкв . Knfe
Sin-3- sin------
X __ у
nite nnfe ’
X v
где v — скорость движения пленки; /—частота записи колебаний, показан
на рис. 40.
Принимая за максимальную частоту передаваемых колебаний часто-
ту 10000 гц, которой отвечает длина волны записи колебания на фоно-
грамме 0,0456 мм, ширина читающего штриха не должна быть более
0,023 мм (половины длины волны записи). При такой ширине читаю-
щего штриха имеет место уменьшение амплитуды передаваемого колеба-
ния частотой 10000 гц на
. -.10000-0,023
sin-------------
201е---------—-------= 4 дб
U ё 10000-0,023
456
На рис. 41 приведены кривые зависимостп относптельного перемен-
ного лучистого потока, падающего на фотоэлемент, от частоты колеба-
ний для читающих штрихов различной ширины145.
Частотные искажения, вносимые читающим штрихом, сильно зависят
от степени фокусировки читающего штриха на кинопленке. Неточная
фокусировка приводит как к расширению читающего штриха, так п к
неравномерной его освещенности.
Из анализа схемы, приведенной на рис. 42, следует, что расиреде
ление освещенности читающего штриха по его ширине прп той или иной
60
Рис. 41. Кривые зависимости
относительного лучистого по-
тока, падающего на фотоэле-
мент, от частоты колебаний
для читающих штрихов раз-
личной ширины b: I Ь—
= 0,005 мм; II 6=0,01 мм;
Ш b=QfiV3 мм; IV 6=
= 0,02 мм; V 6=0,025 мм;
VI 6=0,03 мм
Частота, гц
Относительная
Рис. 427 Схема распределения
энергетической освещенности
читающего штриха при неточ-
ной его фокусировке
энергетическая
Рис. 43. Кривые распределения энергетической освещенности чита-
ющего штриха (по ширине) при различной степени расфокусировки*
(в—ширина штриха)
61
его расфокусировке является функцией ширины в резко сфокусированного
читающего штриха и величины . Отрезок d представляет собой расстоя-
“о
ние резкого изображения ВВг от плоскости кинопленки F, а с?0 связано
с диаметром D выходного отверстия изображающего объектива и его
расстоянием N от читающего штриха зависимостью:
^0 = 7^7^ (®»в). (54)
На рис. 43 приведены кривые относительного распределения энерге-
тической освещенности по ширине читающего штриха для объектива
10x0,25 (10 —кратность; 0,25 — апертурное число в пространстве изобра-
Рис. 44. Кривые зависимости относительной от-
дачи от степени расфокусировки d читающего
штрпха и величины ; объектив 10X0,25
Л
жения) при различных зна-
ченпях отношения — (для дан-
ного объектива d0 = 2в), а на
рис. 44 —кривые относитель-
ной отдачи в зависимости от
фокусировки и величины
Y (^ — длина волны записи)15.
Для получения необходи-
мого лучистого или светового
потока, падающего на фото-
элемент при имеющихся раз-
мерах читающего штриха
(длина 2,1 мм', ширина до
0,023 мм), п прп чувствитель-
ности применяемых фотоэле-
ментов (световая интеграль-
ная чувствительность 150 —
700 мка/лм) практически
используются в светом одулп-
рующих устройствах стацио-
нарной звуковоспроизводящей аппаратуры для ЪЬ-мм фильмов низковольт-
ные лампочки накаливания мощностью 30 — 80 вт. Они обусловливают
световой поток, падающий на фонограмму (в пределах площади читаю-
щего штриха), порядка 0,01—0,05 лм. В светомодулирующих устройствах
передвижных кинопроекторов 16-лмг фильмов применяются лампочки
накаливания мощностью 3 вт, дающие световой поток, падающий на
фонограмму, порядка 0,004 лм.
§ И. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЕ
Рассмотренный процесс воспроизведения сигнала с фотографической
фонограммы позволяет сформулировать основные требования к позитиву
поперечной фонограммы, как к модулятору света прп воспроизведении:
1) достаточно большая резкость фотографического изображения и от-
сутствие в практическом смысле градации плотностей на краях фото-
графического изображения;
2) точное соответствие амплитудам и частотам гармонических сла-
гающих передаваемого сигнала амплитуд и длин волн записи гармониче-
ских слагающих сигнала на фонограмме, представленного резкой осцилло-
графической кривой, разделяющей темную и прозрачную части фоно-
граммы;
62
3) по возможности меньшая плотность, т. е. больший коэффициент
пропускания прозрачного участка при достаточно высокой плотности
(от 1,3 и выше) темного участка фонограммы.
Аналогично изложенному основные требования к позитиву фонограм-
мы переменной плотности будут следующие:
1) точное соответствие закона изменения пропускания по длпне кино-
пленки передаваемому сигналу;
2) по возможности большая амплитуда пропускания гармонических
слагающих сигнала;
3) одинаковая плотность фонограммы по ширине кинопленки.
Выполнение данных требований зависит от условий получения фоно-
грамм, т. е. от фотографического процесса звукопередачи в виде записи
и ее фотографической обработки.
Качество фотографического процесса звукопередачи может быть вы-
явлено лишь путем сравнения воспроизведенного с фонограммы п записы-
ваемого сигналов. Высококачественный процесс воспроизведения, т. е. про-
цесс воспроизведения, имеющий высококачественную характеристику,
является мерилом качества записи и ее обработки, обусловливающих
в своей совокупности то, что может быть названо качеством фонограммы.
Качество фонограммы определяется не только степенью различных иска-
жений и помех (фонового шума), вносимых указанными процессами и кино-
пленкой, но и отдачей, которая также зависит от условий записи и ее
фотографической обработки.
При неискаженной передаче должна иметь место полная п одинаковая
на всех частотах пропорциональность (линейная зависимость) между
амплитудами косинусоидальных слагающих лучистых потоков, падающих
на кинопленку при записи и на фотоэлемент при воспроизведении. Кроме
того, не должны образовываться какие-либо помехи, в том числе шум.
Данное положение лишний раз подчеркивает ту взаимосвязь п то
единство, которые существуют между процессами записи и воспроизведе-
ния сигнала. В этой взаимосвязи запись представляет собой как бы ана-
лиз сигнала, а воспроизведение—его синтез.
§ 12. РАССЕЯНИЕ СВЕТА В ФОТОГРАФИЧЕСКОМ СЛОЕ КИНОПЛЕНКИ
И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ХАРАКТЕР ЭКСПОЗИЦИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Светочувствительная фотографическая эмульсия кинопленки имеет
высоко дисперсное строение, характеризуемое глубинным распределе-
нием мельчайших кристаллов галоидного серебра в желатине. Диаметр
кристаллов порядка от 0,1 до 2 р., средний диаметр кристалла эмульсии
позитивной кинопленки 0,4—0,5 р.. Свет, поглощенный данными кристал-
лами, вызывает фотохимическое превращение их в металлическое сереб-
ро путем применения процесса проявления. Количество выделившегося
металлического серебра на том или ином участке возрастает в соответствии
с величиной экспозиции данного участка.
Дисперсное строение светочувствительного эмульсионного слоя, по-
крывающего основу кинопленки, обусловливает зернистость проявлен-
ного фотографического изображения, так как металлическое серебро вы-
деляется в процессе проявления не в виде сплошного слоя, а в форме зе-
рен, состоящих из массы скрученных нитей серебра (рис. 45). j
Зернистость проявленного фотографического слоя зависит но только
от дисперсности светочувствительной эмульсии, но и от проявления.
В процессе проявления эффект зернистости может изменяться как в ту,
так и в другую сторону, т. е. размеры зерен могут возрастать и убывать.
63
Оптическая плотность п коэффициент пропускания проявленного
фотографического слоя суть макроскопические понятия, определяющие
суммарный статистический эффект пропускания света совокупностью
зерен, образующих почернение. Зернистое строение проявленного фото-
графического изображения обусловливает его оптическую неоднородность
и приводит к тому, что его плотность как суммарный статистический эффект
почернения отдельных зерен в процессе измерения становится зависимой
от степени направленности просвечивающего светового пучка.
Дисперсное строение светочувствительного слоя и образующихся
из него почернений вызывает рассеяние падающего на них света. Данный
эффект рассеяния света приводит к тому, что первоначально падающее
Рис. 45. Проявленные и нспроявленные
эмульсионные зерна при увеличении в
3000 раз (по Мизу)
Оптическое изображение
Рис. 4G. Схема, поясня-
ющая спад экспозиции
пли освещенности на
границе оптического изо-
бражения, падающего
на фотослой
а непроявленный илп проявленный фотографический слой световое пят-
но распространяется в стороны за пределы оптического изображения
и внутри площади слоя, покрытого данным изображением; происходит
перераспределение освещенности и, следовательно, экспозиции слоя16.
В частности, следствием этого является образование градационных пере-
ходов освещенности на границах светового пятна, т. е. уменьшение рез-
кости соответствующего фотографического изображения.
При фотографировании эффект рассеяния приводит к тому, что фото-
графическое изображение заходит за пределы оптического изображения,
упавшего на фотослой, являясь тем самым одним из основных факторов
уменьшения разрешающей способности фотослоя. Одновременно с этим
происходит изменение распределения плотностей внутри площади опти-
ческого изображения. Действительно, рассеяние света за пределы опти-
ческого изображения приводит к уменьшению освещенности внутри его,
что и вызывает перераспределение плотностей. Это уменьшение освещен-
ностей и соответственно плотностей фотографического изображения зави-
сит от площади оптического изображения и в наибольшей мере выявляет
себя на границах последнего, вследствие чего эффект рассеяния может
быть назван пограничным эффектом рассеяния.
Чем больше площадь оптического изображения, тем меньше спад
освещенности. Физически это может быть объяснено тем, что прп малой
площади оптического изображения свет, рассеянный на том или ином
участке этого изображения, не компенсируется светом, рассеянным со-
седними участками. Наоборот, прп большой площади оптического изобра-
жения эта компенсация имеет место уже в большей степени, достигая
максимального своего значения для центральных участков оптического
изображения. Эти участки наряду с рассеянным ими светом в свою оче-
G4
редь получают рассеянный свет со всех сторон, в то время как участки,
лежащие на границах оптического изображения, получают рассеянный
свет не со всех сторон (рис. 46).
В силу рассеяния света фотографическая запись в действительности
осуществляется не тем пишущим штрихом, который определен оптическим
изображением, падающим на светочувствительный слой, а расширенным
пишущим штрихом с соответствующим перераспределением освещенности
кинопленки и градационным спадом освещенности на границах, т. е. штри-
хом, обладающим пониженной резкостью. Подобный пишущий штрих
мы будем называть рассеянным пишущим штрихом.
При просвечивании проявленного фотографического слоя световым
пятном рассеяние последнего оказывает свое влияние на ухудшение вос-
произведения мелких деталей изображения.
Благодаря рассеянию пучок света, просвечивающий фотографиче-
скую фонограмму, неравномерно распространяется на более широкую
площадь, чем та, которая определяется читающим штрихом, и световое
пятно на кинопленке не имеет резких очертаний своих границ.
Данные эффекты имеют тем большее значение, чем меньше поглоще-
ние света светочувствительным или проявленным фотографическим слоем,
т. е. зависят тем самым от длины волны света, падающего на проявленный
пли непроявленный слой, и от величины плотности проявленного фото-
графического слоя. С уменьшением длины волны света, падающего па
тот или пной слой, п с увеличением плотности проявленного фотографи-
ческого слоя эффект рассеяния уменьшается. Таким образом, изменение
плотности проявленного фотографического изображения приводит не
только к изменению проходящего лучистого потока, но и к изменению
просвечиваемой площади фотослоя.
Влияние эффекта рассеяния света при фотографической записи и вос-
произведении звука с фонограммы выражается в том, что запись и вос-
произведение сигнала в действительности осуществляются более широ-
кими световыми пучками по сравнению с номинальной шириной пишущего
и читающего штрихов, определенных оптическими системами, вследствие
чего ухудшается передача колебаний высоких частот. Чем более соизме-
римой является эффективная ширина рассеянного светового пучка с дли-
ной волны записи высокочастотного колебания на кинопленке, тем хуже
его передача. Рассеяние света оказывает наибольшее влияние на передачу
высокочастотных колебаний в процессах записи сигнала и копирования
негатива записи, т. е. при воздействии пишущего и копировального
световых пятен на светочувствительные слои.
Распространение оптического изображения, падающего на свето-
чувствительный слой, вызывается промежуточными отклонениями света
кристаллами или отражениями на границах оптических сред кинопленки,
обладающих различными коэффициентами преломления (кристаллы, же-
латин, подложка), а также дифракционными явлениями.
Свет, проникший в глубину фотографического слоя, частично прп
своем падении на кристаллы непосредственно поглощается ими, частично
отражается, преломляется и огибает кристаллы (эффект дифракции) и
поглощается соседними кристаллами наряду со светом, непосредственно
падающим на эти кристаллы:
Прп использовании негативных эмульсий со сравнительно большими
кристаллами рассеяние света обусловливается главным образом отраже-
нием и преломлением света на границах оптических сред, имеющих раз-
личный коэффициент преломления. В этом случае свет, падающий непо-
средственно на кристаллы, минус свет отраженный, плюс поглощаемый
ими дополнительный свет, отраженный соседними кристаллами или
5 в. А. Бургов
65
оптическими средами, имеющими различный коэффициент преломления
составляет полный, поглощенный отдельными кристаллами свет, опреде-
ляющий фактическое фотохимическое превращение. Отражение света от
подложки обычно устраняется темп или иными мерами.
В том случае когда применяются для фотографической записи спе-
циальные нпзкочувствительные эмульсии с малой величиной кристаллов,
рассеяние света происходит главным образом в силу дифракции и так
называемого рслеевского рассеяния, которое обратно пропорционально
длине волны света, возведенной в четвертую степень. Рассеяние света
в случае эмульсий с малыми кристаллами возрастает по мере проникно-
вения света в слой в отличие от
Оптическое изображение
\j) RmimnDuuoa '
Внутренняя
1 экспозиция
| I Nвнутр1
<итр^
Внешняя
экспозиция
слоев эмульсий с крупными кри-
сталлами, где рассеяние света
меньше зависит от глубины.
Перераспределение экспозиции
поверхностных и глубинных зерен
светочувствительной эмульсин, вы-
званное рассеянием света/ может быть
представлено в виде эквивалентного
(с точки зренпя распределения плот-
ностей) поверхностного распределения
экспозиции или распространенного
экспозиционного изображения. Пока-
жем это расчетом.
Пусть на неподвижную кино-
пленку падает прямое экспозиционное
изображение HN(xlt с каждой
точкой которого связана самосто-
ятельная система координат 8,
распределение экспозиции вследствие
рассеяния света представляется функппей а (£, tj), находим, что перераспределение
экспозиции внутри площади прямого экспозиционного изображения (внутренняя экс-
позиция) будет определяться выражением:
О QX в X JCj
Рис. 47. Схема обозначений к определению
внутренней и внешней экспозиций при двух-
мерном рассеянии света в эмульсин
(рис. 47). Тогда, полагая, что поверхностное
С
х у
ff*N внутр (ж> = № 2/j)a(S, dx1dyl +
а с
Ь d by
+ k2 HN (xlt ri) dx1dy1+k2 HN (xlt у J а (;, ?]) dxx dyt +
X у X с
х d
+ *2§ \hn (xlt yjsfr -rfidx^y!,
а у
(55)
где к2 — постоянный коэффициент.
Поясним данное выражение.
Произведение функции HN (xlt у2), представляющей прямое экспозиционное изо-
бражение, па площадь элемента данного изображения dxt dyv и на функцию рассея-
ния с; (£,y]) и проинтегрированное в пределах конечной площади, расположенной с од-
ной лишь стороны, выше или ниже, слева или справа некоторой точки х, у, выра-
жает собой экспозиционное воздействие указанной площади (вследствие рассеяния
света) на данную точку х, у. Как показано на рис. 47, в общем случае расположе-
ния точки х, у внутри прямого, экспозиционного изображения HN[xVl t/j), таких ко-
нечных площадей будет четыре, следовательно, и соответствующих интегральных вы-
ражений будет также четыре. Эти выражения отличаются между собой пределами
интегрирования, которые отвечают указанным конечным площадям и различным на-
правлениям рассеяния света, определенного координатами £, тр Сумма всех этих че-
тырех интегральных выражений представляет собой суммарное воздействие всех точек
прямого экспозиционного изображения HN (xl9 yj па точку х, у, расположенную
внутри этого изображения или тем самым перераспределенную вследствие рассеяния
света экспозицию данной точки Нк внутр у).
66
Для первого интегрального выражения, определяющего собой воздействие па
точку я, у левой ппжней части прямого экспозиционного изображения, имеем:
хА=х—5 и у1 = у—TJ.
Для второго интегрального выражения, отвечающего воздействию па данную
точку правой верхней ча^тп прямого экспозиционного изображения, имеем:
х^х + Ъ и =
Для третьего интегрального выражения, соответствующего воздействию правой
нижней части, имеем:
= и У1 = у—тг
Для четвертого интегрального выражения, относящегося к воздействию левой
верхней части, имеем:
хг = х—^ и 2/i = 2/4-vj.
Таким образом, выражение (55) примет вид:
х—ау—с
Hn внутр (х, у) = А2 HN (х — £, 2/ — г^) а (с, Т]) di d~f\ +
О 6
Ъ—х d—y
+ *2 y + T|)rfstfr] +
0 б
Ь—х О
+ *2 + У— r\jd'idt\ +
О у—с
О d—у
+ б-2 HN(X—5, y4-v])o(5, T|)dSc?7].
х—а О
Экспозиция точек кинопленки, находящихся за пределами площади
экспозиционного изображения (внешняя экспозиция), выразится формулой:
Ь у
впешп(х’ У) = к2 HN(xlt yt) eg, ri)dx1dy1 +
а с
Ъ d
+ б-2 HN (Xj, у,) а (?, ТГ]) dxt dyi.
а у
Для первого интегрального выражения
х^х—£, з/1 = у —гр
Для второго интегрального выражения
хг = х — g, 2/! = ?/ + ^.
Таким образом, данная формула примет вид:
х—ь о
/7*1У<тешИ(ж>?/) = Л2 HN(x — t,y—rl)eg,vl)dZdri +
х—а у—с
х—Ь y—d
+ к2 \ \ ЯдТ (х—2/-г '<1) a (s, rj с??
(56)
прямого
(57)
х— а О
Пользуясь формулами (56) и (57), можно определить распределение освещен-
ности на площади неподвижной кинопленки прп падении на нее пишущего штриха
и распределение экспозиции позитивной кинопленки прп копировании па нее нега-
тива фонограммы.
Распространение экспозиции вследствие рассеяния света в направлении при.
поперечной записи хотя и создает нерезкость границы экспозиционного изображе-
ния, но прп обычном использовании высококонтрастпой кинопленки и больших фото-’
графических плотностей приводит к достаточно большой резкости границы соответ-
5* 67,
ствующего фотографического изображения (см. § 51). Данная граница сдвигается
в фотографическом изображении в направлении т], т. е. происходит в конечном счете
некоторое смещение фотографической записи на кинопленке в направлении ширины
последней. Подобный эффект в случае обычных двусторонних (пли односторонних)
поперечных записей практпческп не оказывает существенного влияния на качество
звукопередачп (он приобретает большое значение прп многозубчиковой записи).
Исходя из данного положения, практически во многих случаях можно ограничиться
определением одномерного распространения экспозиции в направлении £ и написать
формулы для внутренней и внешней экспозиций (рис. 48) в следующем виде.
Внутренняя экспозиция, или экспозиция внутри светового пятна, упавшего на
фотослой:
х ъ
НЪенутрЫ = к 5 НМ 3 (5) da:i + * 5 НМ ’ dX1’
а х
или, так как для первого интеграла хг = х—£, а для второго интеграла ^ = ^4-^, то
х—а, Ъ—х
Н*№нутРЮ=к 5 \ W'fldi. (58)
О о
Внешняя экспозиция, или экспозиция за пределами светового пятна, упавшего
на фотослой:
ъ
HN внешн(х)=к
а
или, так как хъ=х—5, то
х—а
«К внешн (*) = *$ (*1) ° (?) <&- (59)
х—Ъ
Данные формулы показывают, что внутренняя и внешняя экспозиции зависят
от первоначальной экспозиции 2/y(#i), от функции распространения экспозиции о (£)
и от ширины прямого экспозици-
онного изображения.
Внутренняя экспозиция той
пли иной точки обусловливается
как прямым, так и рассеянным
светом, а внешняя экспозиция —
только рассеянным светом. Бла-
годаря рассеянию света за преде-
лы оптического изображения, па-
дающего на фотографический
слой, экспозиция кинопленки
внутри площади, покрытой опти-
ческим изображением, будет
уменьшаться, но благодаря рассе-
янию света от соседних участков
это уменьшение экспозиции в
центре светового пятна будет тем
меньшим, чем шире световое пят-
но. Кроме того, чем больше по-
глощение света слоем, тем мень-
ше это понижение экспозиции.
Для широкого светового пят-
Рис. 48. Схема к определению внутренней и
внешней экспозиций при одномерном рассеянии
света. Пунктиром показаны кривые рассеяния,
соозвстствующие оiдельным вертикальным уча-
сткам (линиям). Вертикальный участок с коор-
динатой х находится пли внутри площади пря-
мого экспозиционного изображения (внутрен-
няя экспозиция) или вне ее (внешняя экспо-
зиция)
на можно считать, что в центре
его экспозиция не изменяется. При очень узком световом пятне рассеянный свет не
будет компенсироваться, и, следовательно, уменьшение экспозиции п соответственно
плотности фотографического почернения будут большим, т. е. для узкого светового
пятна совершенно явной будет зависимость плотности от ширины светового пятна.
Благодаря рассеянию света фотографическое изображение может быть как шире,
так и уже оптического изображения. Последнее имеет место, когда перераспреде-
ленная экспозиция на краях площади оптического изображения лежит ниже порога
почернения для данного слоя.
Постоянный коэффициент к может быть определен из (59), если положить, что
68
прямое экспозиционное изображение HN(x}) представляется постоянной экспозицией
Яу0 и затрагивает бесконечно широкую площадь, т. е.
2/jy (а^) = HNq
и а= — оо, р= 4- со.
В этом случае можно считать, что перераспределенная экспозиция м fti)
равна постоянной экспозицпп //,у0. Следовательно, выражение (59) для этого случая
может быть переписано в виде:
х—а Ъ—х оо
Яvo = кНХ0 5 (?) rf? + кНХ0 с (!) di = 2кНХ0 с (5) di,
ООО
откуда следует, что
к = —^---------- - (60)
2 j = (?) di
О
Функция распространения экспозиции, или функция рессеяния света а ($, fj),
или о(^), зависит от типа эмульсии кинопленки. Как показывает опыт, в первом
приближении ее можно представить в виде:
а (с, т|)=е“с^+^ при ^>0 и т] > 0 (61)
и
а (£> т1) = ес^+13^ при £ < 0 и т] < 0,
т. е. з(;, v]) = a(c) • а ft),
где (j(5) = e“cc при £ > 0 а ft) = e~C7> при т] > 0
п
а (с) = еС; при £ < 0 з ft) = eC7) при т] < 0
В приведенных формулах коэффициент с зависит как от поглощения, так и от
рассеяния света фотографическим слоем ( — может быть назван коэффициентом
распространения^ .
Коэффициент с зависит от характера эмульсии, в первую очередь от размеров
ее кристаллов и длины волны падающего на нее света; коэффициент с возрастает
с уменьшением длины волны света.
При отсутствии рассеяния света, когда весь свет целиком поглощается зернами
эмульсии, на которые он падает, с=оо и e~Cz = Q. С увеличением рассеяния с умень-
шается. При с = 0 е“С; = 1. Для пишущего штриха равномерной освещенности ENQt
падающего на неподвижную кинопленку, полагаем (см. рис. 48):
а = 0;
Ъ — Ъ& (ширине пишущего штриха);
а (с) = <?“с’ при £>0 и и(^) = сс’ прп £<0
и соответственно па основании выражения (61):
2°je-c’idi (62)
о
Подставляя значения HN(xAl у^), а, Ъ, о (6) и к в формулы (59) и (60), определим
выражения внутренней и внешней экспозиций для данного случая одномерного рас-
сеяния пишущего штриха.
Внутренняя экспозиция, пли, иначе говоря, перераспределенная вследствие
рассеяния света экспозиция внутри падающего пишущего штриха, представится
выражением:
х bs—x
H*N mymPW = JcHM e~^di + kHm e~*di=
с о
= HN0 [ 1 - (е-2сх + в- сЪ‘) ] . (63)
69
Внешняя экспозиция, или экспозиция за пределами падающего пишущего
штриха, выразится формулой:
X
Донеган (*) = *^V0 J е~* -е~сх), (64)
X— Ъ8
bs Г
пли, ведя отсчет от центра пишущего штрпха, т. е. полагая ж = -^4-р, получаем
выражения (впервые выведенные Наратом 17):
внутренняя экспозиция
cbs
енитр (?) = я,¥п [ 1 - | е 2 (с«* + е~с₽) ] ; (65)
внешняя экспозиция
cbs cbg
енешн G) = С“С₽ Q 2 - е 2 ) >
т. е.
^енеШн^ = Н'ме~С?'
где
(66)
(67)
Таким образом, прп падении па кинопленку пишущего штриха равномерной
освещенности вследствие рассеяния >вета образовался рассеянный штрих, отличающий-
ся большей шириной п неравномерной освещенностью в направлении своей ширины.
Учитывая, что экспозиция в дан-
ном случае пропорциональна освещен-
ности, ° полученные выше формулы
определяют распределение последней
в направлении ширины рассеянного
пишущего штрпха.
Очевидно, что средняя часть рас-
сеянного пишущего штрпха имеет мак-
симальную освещенность, равную:
cb.
Е» енутр ₽=0 (?) =^о <68)
Данная формула показывает, что
максимальная освещенность фотослоя
рассеянным пишущим штрихом являет-
ся функцией ширины, пли площади
экспозиционного изображения, упавше-
го па фотослой.
20 16 12 8 4 0 4 8 12 16 20'
(в микронах)
Рис. 49. Кривые распределения освещен- Рис. 50. Рассеянный (слева) ппшу-
ностн рассеянного пишущего штриха (пли щий штрих
экспозиции штрихом) шириной 15 р. при раз-
личных значениях коэффициента с
В обе стороны от середины рассеянного пишущего штриха освещенность спадает
по законам: в пределах ширины прямого штрпха, упавшего на кинопленку, согласно
формуле (65) и за ого пределами—по формуле (66). Распределение освещенности
рассеянного пишущего штриха шириной 15 р согласно данным формул при
различных значениях коэффициента с показано на рис. 49.
Спад освещенности в обе стороны от максимальной освещенности, как это видно
из рис. 49, при постоянной bs тем круче, чем больше коэффициент с.
70
Для применяемых специальных эмульсий и характерных условий звукозаписи
коэффициент с имеет значение порядка 0,08—0,1. Для такого значения с и ширины пи-
шущего штриха 15 р максимальная освещенность в центре рассеянного пишущего
штриха (рис. 50) составляет лишь немногим больше 40—50% первоначальной осве-
щенности.
V
§ 13. ПОГРАНИЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРОЯВЛЕНИЯ
II ИХ ВЛИЯНИЕ НА ХАРАКТЕР ФОТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
В ВИДЕ ФОНОГРАММЫ
В тех случаях когда мы имеем дело с фотографическими изображе-
ниями малой площади, например при поперечной записи колебаний
высокой звуковой частоты, на характер фотографического изображения
оказывает влияние не только рассеяние света в фотослое, но и особые
эффекты проявления, в частности те из них, которые обусловливаются
истощением проявителя по мере проявления и затрудненной диффузией
свежего проявителя по проявляемому фотослою. Следствием действия
подобных эффектов является неравномерное распределение плотности по
площади фотографического изображения прп равномерной экспозиции
фотослоя соответствующим оптическим изображением, или, точнее, несо-
ответствие фотографического изображения оптическому, экспозиционно-
му изображению, упавшему на фотослой. Поскольку данные эффекты, по-
добно рассеянию света, в наибольшей мере выявляют себя на границах
фотографического изображения, они называются пограничными эффек-
тами проявления.
Физическая природа пограничных эффектов проявления заключается
в накоплении продуктов реакции по мере проявления, с чем связано
уменьшение дальнейшего роста плотности фотографического изображения.
Если с этой точки зрения сравнивать различные по площади фотогра-
фические изображения, то окажется, что на больших площадях образуется
большее количество продуктов окисления, т. е. проявитель истощается
в большей степени и приток свежего проявителя происходит менее сво-
бодно, чем прп малых площадях фотографического изображения. В ре-
зультате в первом случае фотографическое изображение будет иметь
меньшую плотность, чем во втором.
В зависимости от количества образующихся в процессе проявления
продуктов реакции и степени диффузии свежего проявителя в проявляе-
мом фотослое имеет место то пли иное распределение плотности в фото-
графическом изображении.
Пограничный эффект проявления впервые был обнаружен в 1906 г.
русским астрономом Костянским18. Костинскпй, занимаясь исследованием
точности измерений при определении относительного положения двойных
звезд, обнаружил, что фотографическое изображение двойных звезд в виде
двух малых площадок, близко расположенных друг к другу, отличается
от соответствующего оптического изображения тем, что в нем смещены
эффективные центры этих площадок так, что расстояние между ними оказы-
вается большим соответствующего расстояния в оптическом изображении.
Это явление взаимного «отталкивания» смежных малых изображений,
названное эффектом Костпнского, имеет тем большее значение, чем мень-
ше расстояние между отдельными изображениями п чем больше экспозиция.
Костинскпй впервые в 1906 г объяснил это явление тем, что в
пространстве между изображениями проявитель оказывается более
истощенным, чем с наружной стороны изображения.
Другой существенный для звукозаписи и копирования пограничный
эффект проявления, известный под названием эффекта Эбергарда19, заклю-
чается в зависимости плотности от величины оптического изображения.
71
Опытным путем было показано, что фотографические изображения
малой площади имеют тем меньшую плотность, чем больше их площадь.
Происходит это, как уже указано выше, по топ причине, что на больших
проявляемых площадях сильнее истощается проявитель и затрудняется
приток свежего проявителя. В данном случае мы имеем влияние, обрат-
ное тому, которое обусловлено рассеянием света в фотослое.
Если оптическое изображение, падающее на фотослой, представлено
световым пятном с резко очерченной границей, то вследствие диффузии
свежего проявителя от неэкспонированных мест к экспонированным
плотность около границы фотографического изображения оказывается
больше, чем в его середине.
На рис. 51а приведена микроденситометрическая запись подобного
малого фотографического изображения, поясняющая указанный эффект
Рис. 51а. Микро-
денсптограмма ма-
лого фотографиче-
ского изображе-
ния (полученная
Валенковым)
Рис. 516. Распределение плотностей в
фотографическом изображении в форме
прямоугольного импульса. Пунктир по-
казывает действие рассеяния света
(согласно исследованиям, произве-
денным Валенковым20).
Рис. 516 поясняет распределение
плотностей в фотографическом изо-
бражении светового штриха, вызван-
ное данным эффектом и эффектом рас-
сеяния света (эффект рассеяния пре-
обладает над пограничным эффектом
проявления).
Данный пограничный эффект про-
явления возрастает прп увеличении
экспозиции и толщины эмульсионно-
го слоя и уменьшается при экспози-
ции фона пли наличии вуали. Он
зависит также от концентрации про-
явителя, приобретая тем большее
значение, чем слабее проявитель.
Таким образом, рассмотренные по-
граничные эффекты проявления при-
водят к тому, что плотность прояв-
ленного участка фотослоя не опре-
деляется только величиной экспози-
ции в соответствующем участке, а
зависит также от характера, в част-
ности площади, экспозиционного изо-
бражения, упавшего на фотослой, и
от распределения плотностей в сосед-
них участках фотослоя.
Указанные пограничные эффекты
проявления имеют тем большее зна-
чение, чем выше контраст экспози-
ционного п соответственно фотогра-
фического изображения. Влияние их возрастает с увеличением рез-
кости и плотности соответствующего фотографического изображения.
Пограничные эффекты проявления больше у эмульсий с мелкими
кристаллами, чем с крупными кристаллами, так как у первых резкость
экспозиционного изображения больше. Подобное же влияние оказывает
высококачественная корректированная оптика, обусловливающая высо-
кую резкость оптического изображения.
Наконец, пограничные эффекты проявления зависят от характера
светового пучка, просвечивающего фотографическое изображение при
контактной печати,—они уменьшаются прп диффузном пучке и возрастают
72
при направленном световом пучке. При освещении диффузным пучком
они зависят еще от степени контакта между негативной и позитивной
кинопленками. От формы изображения пограничные эффекты практически
не зависят (показано Валенковым).
Влияние пограничных эффектов проявления сказывается в искаже-
нии градации фотографического изображения, в особенности в тех слу-
чаях, когда существует резкий переход от светлых мест к темным, и в уве-
личении контраста малых площадей изображения.
Пз всего сказанного вытекает, что пограничные эффекты проявления
приобретают наибольшее значение для поперечной фонограммы.
Пограничные эффекты проявления могут прпвести к значительному
ухудшению качества фонограммы, в особенности при использовании про-
цесса контратппирования, когда между негатпвом записи или перезаписи
и позитивом массовой фильмокопии имеется ряд промежуточных фоно-
грамм (промежуточный позитпв, контратпп), получаемых путем последо-
вательного копирования.
Пограничные эффекты проявления могут быть значительно умень-
шены путем применения для фонограмм кинопленок, медленно проявляе-
мых до коэффициента контрастности, близкого к максимальному коэф-
фициенту контрастности используемого сорта кинопленки.
Кроме того, в этом отношении положительное влияние оказывают
диффузное освещение и особенно хорошее перемешивание проявителя
в процессе проявления (показано Букиным21).
Для полного устранения или уменьшения пограничных эффектов
большое значение имеют усовершенствованные проявочные машины, обес-
печивающие хорошую циркуляцию проявителя и удаление пограничного
слоя во время проявления.
§ 14. ОПТИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ПРОЯВЛЕННОЙ КИНОПЛЕНКИ
КАК ИСТОЧНИК ШУМА ПРП ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ СИГНАЛА
С ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ
Кинопленка, которая применяется для записи и копирования, со-
стоит из ряда слоев: подложки, подслоя, эмульсионного слоя и лакового
слоя. Большая или меньшая оптическая неоднородность этих слоев
вследствие пх структуры или по причине механических повреждений
и загрязнения в процессе эксплуатации кинопленки вызывает шум при
воспроизведении звукового сигнала с фонограммы. Величина данного
шума фонограммы превышает шумы, порождаемые электрическим трактом
воспроизведения или записи сигнала, т. е. электронными лампами,
фотоэлементом, просвечивающей лампой, сопротивлениями и т. д.
Особое значение приобретает шум, порождаемый зернистым стросниехМ
фотографической фонограммы, и шум, вызванный механическими повре-
ждениями и загрязнениями кинопленки. Эти шумы обусловлены оптиче-
ской неоднородностью проявленного фотографического изображения в
виде местных структурных изменений его пропускания.
Величина (диаметр) светочувствительных кристаллов галоидного
серебра в эмульсионном слое кинопленки, которая используется для
звукозаписи, находится в пределах от 0,1 до 0,7 ц, а величина зерен или
частиц металлического серебра в экспонированном и проявленном фото-
графическом изображении колеблется от 0,5 до 5 и и выше.
При большой плотности фотографического изображения частицы
металлического серебра, которые образуют данное изображение, не вызы-
вают прп воспропзведенпп сигнала с фонограммы ощутимых местных из-
73
менений пропускания, так как общая пропускаемость, пли коэффициент
пропускания, фотографического изображения фонограммы имеет малое
значение. В случае малой плотлостп, т. е. большой общей пропускаемо-
стп, пли большого коэффициента пропускания фотографического изо-
бражения, прерывность его структуры в виде отдельных частиц
металлического серебра выявляет себя в форме ощутимых местных изме-
нений пропускания (рис. 52).
Сигнал воспроизводится с фонограммы читающим штрихом, имею-
щим рабочие размеры 2,15 X 0,025мм. Поскольку частицы металлического
серебра в фотографическом изображении расположены хаотично, то при
движении фонограммы в каждый данный момент находится различное
количество частиц в пределах площади читающего штриха (рис. 53 и 54).
Изменение их количества во времени и создает шум при воспроизведении
Рпс. 52. Плотность и зернистость прояв-
ленного фотослоя
Рпс. 53. Микрофотография части
поперечной фонограммы и чита-
ющего штриха (показывающая срав-
нительные размеры зерен и шири-
ны штриха)
Рпс. 54. Микрофотография части
фонограммы переменной плотно-
сти и читающего штриха
сигнала с фонограммы. Таким образом, шум обусловлен флюктуациями
среднего коэффициента пропускания фонограммы, т. е. отклонениями
истинных, мгновенных значений коэффициента пропускания от среднего
значения. Если эти отклонения от среднего коэффициента пропускания бу-
дут хотя и большими, но редкими (т. е. время между двумя соседними
отклонениями очень велико по сравнению со временем, соответствующим
периоду звуковых колебаний), они будут играть незначительную роль
в процессе звукопередачи. Если же они происходят часто, результат
воспринимается в форме шума.
Наиболее вероятная величина отклонения мгновенного коэффициента
пропускания от его среднего значения Дт характеризует эффективную
величину шума фонограммы. Величина этого шума фонограммы, зави-
сящая от размеров частиц металлического серебра и характера их рас-
пределения, может быть определена с помощью теории вероятности.
Если рассматривать фотографическое изображение на фонограмме,
как мозаику, состоящую из абсолютно непрозрачных частиц металличе-
ского серебра и абсолютно прозрачных участков такой же площади, то
наиболее вероятная величина шума фонограммы для поверхностного фо-
тографического изображения (почернения, сконцентрированного у поверх-
ности слоя) выразится следующей формулой (по Альсбергейму 22):
Ат = 0,675т ]/^ - 1, (69)
где т — коэффициент пропускания, пли средний коэффициент пропуска-
ния в случае фонограммы переменной плоскости; 6L —средняя площадь
проекции частиц металлического серебра на плоскость читающего штриха;
6^ —площадь читающего штриха.
(Впервые подобная зависимость Ат от т, Sz и Sb установлена Котов-
ским23.) Формулу (69) легко вывести исходя из основных положений
теории вероятности.
Положим, что проявленный фотографический слой представляется в виде ре-
шетки, образованной плоскостным равномерным распределением абсолютно непро-
зрачных частиц серебра одинаковых размеров и формы, так что площадь просветов
равна площади частиц. Будем считать, что такую решетку освещают направленным
светом, максимальная длина волны которого меньше размера частиц, т. е. отсут-
ствует эффект дифракции. Для определения эффективной величины шума фоно-
граммы найдем наиболее вероятное отклонение мгновенного коэффициента пропу-
скания от среднего коэффициента пропускания.
Обозначая М' — мгновенное количество частиц, М—среднее количество частиц,
Sb—площадь читающего штриха, Sz—площадь частицы, 7V=^— максимальное ко-
Д z
-лпчество частиц, имеем следующие значения коэффициентов пропускания:
. М
1—= т —средний коэффициент пропускания; (70)
. Л/' , у у
1 —т — мгновенный коэффициент пропускания; (71)
т —т = ----—- = о-и—отклонение мгновенного коэффициента пропускания от
^среднего коэффициента пропускания. (72)
Вероятность отклонения мгновенного коэффициента пропускания от среднего
коэффициента пропускания, обозначаемая символом Дт (т. е. вероятность того, что
мгновенный коэффициент пропускания будет лежать между т— Дт и т-|-Дт), при
неограниченном возрастании N будет приближаться к пределу, определяемому инте-
гралом Лапласа:
4-Дт Дт
D С h. -Н2(5т)2 Г 2Aj -/l2(0T)2 =
Р = \ —^= с 1 d <1- = \ -4.- е 1 г/ от
J V Т. .) V т.
—Дт 0
/11 Ат
= у= е-('1^->3й(7г1от) = Ф(7г1Дт:)> (73)
0
где
- _ / # _,Z Л
"1-|/ 2т(1 —т)’
r "V TV / JV
Принимая за вероятное отклонение от среднего коэффициента пропускания
такое отклонение коэффициента пропускания Дт, относительно которого все могущие
иметь место мгновенные отклонения в половине случаев больше, а в половине слу-
чаев меньше его (т. е. вероятности отклонений меньших или больших значения Дт
одинаковы), имеем:
/цДт
P = е—<7 (Z/jOt) =0,5, (74)
V гс J
о
откуда /гхДт = 0,477.
75
Следовательно
дт=2^ = 0,6751АД=^=0,675г
/?£ Г JV
Из данной формулы следует, что вероятное отклонение мгновенного коэффи-
циента пропускания от среднего коэффициента пропускания или шум фонограммы
тем больше, чем больше отношение площади частицы к площадп читающего штриха
и средний коэффициент пропускания.
Из формулы (69) вытекает, что максимальная величина шума имеет
место при коэффициенте пропускания т =0,5, соответствующего плот-
ности D =0,3.
На рис. 55 приведены построенные по формуле (69) кривые зависи-
мости эффективной величины шума Дт от среднего коэффициента пропу-
скания т для различной величины ча-
стиц металлического серебра; при этом
допущено, что частицы имеют шаровую
форму, определяемую диаметром, так
что средняя площадь их проекции Sz
в форме круга равновелика квадратной
ДТ,Ю3
10 г
лч ю3
8Г
о 0,1 0,2 0,3 0,U 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Коэффициент пропускания
Рис. 55. Кривые зависимости эффективной
величины шума Дт от среднего коэффициен-
та пропускания т при различной величине
зерен металлического серебра
J—1---1—«- г - » ' f
0,5 1,0 Т
О 02 0,4 0,6 0,8 1,0 Т
Средний коэффициент пропускания
Рис. 56. Экспериментальные кривые
шума для различных кинопленок:
«Агфа», 7—ТФ-3; 2-ТФ-4; 3—ТФ-5;
4—теоретическая
средней площадп проекции частиц по условию вывода формулы (69). Ши-
рина читающего штриха принята 20 р. при длине его 2,15 мм.
На рис. 56 показаны экспериментальные кривые зависимости вели-
чины шума от среднего коэффициента пропускания, полученные для раз-
личных кинопленок17. Формула (69), достаточно хорошо отвечающая
эксперименту, выражает в первом приближении шум, образующийся
при просвечивании читающим штрихом движущегося проявленного
фотографического изображения: этот шум обусловлен исключительно
поверхностным распределением зерен. Примером некоторого прибли-
жения к поверхностному фотографическому изображению является
фотографическое изображение, получаемое при использовании коротко-
волнового света, например синего пли ультрафшолетового, и при поверх-
ностном проявлении.
76
Как видно из формулы (69), шум фонограммы понижается с умень-
шением средней величины частиц металлического серебра и с увеличением
площади (ширины) читающего штриха. Следовательно, с точки зрения
шума фонограммы является выгодным применение мелкозернистых фото-
графических эмульсий (рис. 57).
Из рис. 56 следует, что максимальная величина шума у реальных
кинопленок соответствует большим коэффициентам пропускания, чем 0,5.
Экспериментально максимум шума соответствует коэффициенту пропуска-
ния порядка 0,6—0,65 (плотность 7)=0,29—0,19). Кроме того, существует
некоторое отличие формы экспериментальной кривой шума от теоретиче-
ской кривой, определенной формулой (69). Это объясняется, во-первых, том,
что формула (69) выражает шум фонограммы лишь при поверхност-
ном, а не глубинном распределении частиц металлического серебра, а во-
вторых, тем, что при ее выводе не учитывались различные размеры частиц.
При объемном (глубинном) распределении проявленных зерен и их
скоплений—частиц—и при экспозиции белым светом шум определяется
Рпс. 57. Кривые шумов кинопленок, обладающих раз-
личной зернистостью: а—мелкозернистая кинопленка;
б—крупнозернистая кинопленка
наиболее вероятным отклонением коэффициента пропускания структуры,
состоящей из ряда наложенных друг на друга элементарных слоев, имею-
щих неодинаковое распределение и количество частиц, от среднего коэф-
фициента пропускания. Проектируя в пределах площади читающего
штриха глубинные частицы на поверхность кинопленки, становится
ясным, что шум фонограммы при глубинном распределении проявленных
частиц меньше, чем при поверхностном распределении.
Шум, возникающий вследствие зернистости, имеет значение как для
фонограммы переменной плотности, где в качестве его мерила служит
средний коэффициент пропускания фонограммы т, так п для поперечной
фонограммы.
В поперечной фонограмме наряду с шумом, обусловленным высоким
коэффициентом пропускания прозрачной части фонограммы (плотность
прозрачного участка в позитиве порядка 0,1—0,15, а соответствующий
коэффициент пропускания порядка 0,8—0,7), приобретает большое зна-
чение шум, вызываемый механическими повреждениями и загрязнениями
кинопленки в процессе ее эксплуатации (царапины, грязь и т. д.). Этот
шум, практически равный пулю для свежей кинопленки, возрастает по
мере увеличения срока ее эксплуатации главным образом благодаря
многократной перемотке.
Если каждая появляющаяся на кинопленке царапина, частпца грязи и т. д.
вызывает при воспроизведении , сигнала с фонограммы* напряжение шума е, то су м-
марное напряженно шума ввиду статистического распределения отдельных напряжений
определится формулой:
e£ = j/" 2еп’
где еп—среднеквадратичное напряжение шумов n-го источник .
Полагая для простоты вывода, что
^1 = ^2 —сз= •••
77
получим
es=]/'ner.
Шум поперечной фонограммы обусловлен механпческимп повреждениями и за-
грязнениями, возникающими лишь на прозрачной се частп, поэтому можно считать,
что величина п пропорциональна средней ширине прозрачной части фонограммы
и возрастает с увеличением времени эксплуатации фонограммы. Таким образом,
напряжение шумов поперечной фонограммы вследствие пзноса кинопленки и се загряз-
нений пропорционально корню квадратному из средней ширины прозрачной частп
фонограммы, т. е.
es=/c|/ac, (75)
нием времени ее эксплуатации, но
Рпс. 58. Спектры шумев кинопленки
ТФ-4, «Агфа»
где — средняя ширина прозрачной частп фонограммы; к—коэффициент пропор-
циональности. Данное напряжение возрастает примерно пропорционально увели-
чению коэффициента пропускания прозрачной частп фонограммы , поэтому
— 4 (76), где кх— новая постоянная (зависит от ширины читающего
штриха).
Мощность пли сила шума определяется квадратом напряжения шумов е|.
Шум фонограммы переменной плотности также возрастает с увелпче-
этот рост по сравнению с поперечной
фонограммой значительно меньше и
по величине п по времени. Шум фо-
нограммы переменной плотности оп-
ределяется главным образом зерни-
стостью структуры се фотографиче-
ского изображения.
Наряду с указанными факторами
могут быть также и другие причины
образования фонового шума кино-
пленки. Так, например, шум может
обусловливаться различными загряз-
нениями эмульсионного слоя и осно-
вы, а также так называемым эффек-
том перфораций, заключающимся
в относительном увеличении плотности около перфорационных отверстий
вследствие быстрого удаления продуктов реакции, образующихся прп
проявлении и повышенной циркуляции проявителя в этих местах.
Спектральный состав шума, имеющий место при применении специ-
альной кинопленки для записи (типа ТФ-4, «Агфа»), выражается кривыми,
представленными на рис. 5817.
Понижение относительного уровня шума с увеличением частоты про-
исходит тем резче, чем больше плотность, т. е. прп больших плотностях
шум практически не содержит высокочастотных слагающих, образую-
щихся главным образом вследствие зернистости.
Максимальный уровень шума при различных плотностях соответ-
ствует частоте в 96 гц, что объясняется эффектом перфораций, который
оказывает наибольшее влияние на качество звукопередачи в случае при-
менения фонограммы переменной плотности. Соответствующие кривые-
слухового восприятия шума получаются путем сопряжения кривых на
рис. 58 с кривой чувствительности уха.
§ 15. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ
Максимальный диапазон уровней, который может быть передан
фотографической фонограммой в пределах допустимых нелинейных иска-
жений, называется динамическим диапазоном фонограммы. Динампче-
78
скпй диапазон фотографической фонограммы (как на серебряной, так и на
цветной многослойной кинопленке) в децибелах в общем случае равен
20 1g В, где В—отношение максимальной амплитуды фототока при
воспроизведении сигнала к минимальной амплитуде фототока, эквива-
лентной шуму. Для динамического диапазона черно-белой серебряной
фонограммы В равно отношению максимальной амплитуды лучистого
потока, падающего па фотоэлемент, к минимальному ее значению,
эквивалентному шуму.
Динамический диапазон фонограммы переменной плотности при
наличии шума, обусловленного лпшь зернистостью, определяется отно-
шением (см. формулы 53 и 69):
$___ ZabEx । мо/кс _ Т1 макс (г7'1\
~ 2аЬЕУ2Хх ~ /2 Дт ’ '
где Tf макс — максимальная отдача фонограммы, а }/2 Дт — амплитуда
коэффициента пропускания, эквивалентная шуму.
При теоретически максимальном значении амплитуды коэффициента
пропускания, равной 0,5, динамический диапазон фонограммы переменной
плотности зависит исключительно от амплитуды пропускания, эквива-
лентной шуму фонограммы. Это имеет место потому, что уровень шума
определяет минимальную амплитуду записи, которая может быть передана
при воспроизведении сигнала с фонограммы. Следовательно, динамический
диапазон при данных условиях расширяется настолько, насколько сни-
жается уровень шума фонограммы.
Амплитуда пропускания ограничивается условием отсутствия иска-
жений и, следовательно, начальным постоянным значением коэффициента
пропускания. Если это значение т = 0,5, амплитуда пропускания теоре-
тически может доходить также до ti Макс = 0,5. При т < 0,5 или при
соответствующей плотности D > 0,3 амплитуда пропускания может иметь
максимальное значение т, а при т > 0,5 пли D < 0,3 максимальная
амплитуда пропускания во избежание нелинейных искажений не должна
превышать 1 —т.
Таким образом, при теоретически максимальных значениях ампли-
туды пропускания
?! макс = ъ при D > 0,3 (или Т < 0,5)
II
макс = 1 — т при D < 0,3 (или Т > 0,5)
динамический диапазон фонограммы переменной плотности представится
выражениями:
XL = 20 lg (D>0,3), (78)
A27 = 201gAg- (2) < 0,3), (79)
где ] 2\z — амплитуда пропускания, эквивалентная шуму (ранее опре-
деленная величина шума Дт представляет собой эффективную величину
шума, а т или 1 —т являются амплитудными значениями пропускания;
для получения амплитудного значения шума Дт умножается на ]/ 2).
При коэффициенте пропускания -с = 0,5 или D = 0,3:
4Z, = 4Z/ = 201g-^-.
Зависимость относительных значений динамических диапазонов AL
п Д£/ (в децибелах) при постоянной величине отношения площади зерна
79
к площади читающего штриха
-тД от плотности D= (измеренной
*->Ь
в направленном свете) показана на рис. 5922. Значения динамических
диапазонов ДА и Д£/ указаны по отношению к динамическому диапа-
зону ДА, отвечающему Z) = 0,5, который, таким образом, принят за 0 дб.
В том или ином случае, когда действительная максимальная ампли-
туда пропускания равна \макс, а амплитуда пропускания, эквивалент-
ная шуму,] 2Дт, динамический диапазон фонограммы переменной плот-
ности выразится формулой:
ДА = 20 Ig - *_Л,акс
6 /2Дт
(80)
макс
пли, так как мак —-----------—т = ттмакс’ -,
где макс — максимальный коэффициент модуляции пропускания, а т —
коэффициент пропускания при отсутствии модуляции, то
AL = 20 lg . (81)
Полученные выражения (80) и (81) показывают, что динамический
диапазон фонограммы переменной плотности ограничивается, с одной
Рис. 59. Зависимость относи-
тельного динамического диа-
пазона от плотности фонограм-
мы переменной плотности
стороны, длиной практически прямолинейного участка кривой зависимо-
сти коэффициента пропускания копии от экспозиции негатива, а с дру-
гой-уровнем шума вследствие зернистости фотослоя. А1акспмальная
амплитуда пропускания лшкс определяется пз этой кривой при наивы-
годнейшем положении рабочей точки. Минимальная амплитуда пропу-
скания определяется формулой (69).
Динамический диапазон новой поперечной фонограммы, шум кото-
рой обусловлен главным образом зернистостью ее прозрачной части,
определяется отношением (см. формулы 52 и 69):
В — макс макс
ЕЬа^ 1^2 Дт у/ 2 Дт ’
где — ширина прозрачной части при отсутствии модуляции («паузы»).
Полагая, что при записи без шумопонижения максимальная геометри-
3° ,
ческая амплитуда заппсп aiMaKC равна ширине прозрачной части фоно-
граммы прп «паузе» получим:
(82)
Динамический диапазон поперечной фонограммы, шум которой вы-
зван механическими повреждениями и загрязнениями, может быть опре-
делен отношением (см. формулы 52 и 76):
р _ макс (тт~~тп)
к2 у
или при aT = 6ii4taKC п малой величине коэффициента пропускания
значением:
= ^3 1 лсакс,
т. е. динамический диапазон поперечной фонограммы прп указанных
условиях:
AZ/j = 201g ai макс (к3 — постоянная). (83)
Как следует пз формулы (83), возрастание ширины записи
в четыре раза при сохранении, всех прочих условий постоянными при-
водит к увеличению динамического диапазона на 201g 2 = 6 дб.
Изменение ширины интенсивной или продольной записи в четыре
раза обусловливает возрастание динамического диапазона фонограммы
переменной плотности тоже на
201g T1 ;"aKC. - 201g 21^1 6 дб.
6 V'2 Ат 6 /2Дт
2
(Согласно формуле (69) возрастание ширины записи п соответственно
длины читающего штриха в четыре раза вызывает уменьшение Дт в два
раза.)
П рпмер.
С помощью формул (80) и (82) можно подсчитать примерные динамические диапа-
зоны фонограммы переменной плотности и не бывшей еще в эксплуатации (непзпо-
шенной) поперечной фонограммы (получаемые данные сугубо ориентировочны).
Практически в случае неискаженной звукопередачи благодаря ограничению,
вносимому нелинейностью зависимости коэффициента пропускания копии от экспози-
ции негатива, максимальная амплитуда пропускания фонограммы переменной плот-
ности обычно порядка 0,3. По сравнению с теоретически максимальной амплиту-
дой 0,5 это означает уменьшение при всех прочих равных условиях динамического
диапазона па
О 5
201g-^ = 4,5^.
и,О
Пусть имеется кинопленка, у которой диаметр зерна равен 4у. и, следовательно
(прп указанном выше допущении относительно формы зерен), площадь проекции зерна
Sz = к (0,0()2)2 = 4-3,14-10~б мм2; кроме того, пусть средний (начальный) коэффициент
пропускания т = 0,4. Тогда использование читающего штриха площадью *$ь = 0,020х
х 2,15 = 0,043 лии2 обусловливает
Д. = 0,И5.0,<
п динамический диапазон фонограммы переменной плотности
0,3
Для новой поперечной фонограммы (шум которой определяется главным образом
зернистостью) на кинопленке, обладающей той же зернистостью, примем следующие
6 в. А. Бургов
81
значения: диаметр зерна —4ц; площадь штриха SL = 0.020-0,9 = 0,01^0 мм2 (только
половина площади штриха соответствует прозрачной части «паузы» фонограммы);
плотность Д_=0,1. пли коэффициент пропускания v = 0,79 прозрачной части; плот-
ность Dd = 2, плп коэффициент пропускания Тр=0,01 темной части.
Следовательно, разность коэффициентов пропускания будет:
=0,79—0,01 = 0,78,
а коэффициент пропускания т = тг_ = 0,79
и
А.-0.075.0.79]/ / (jL--0,7» _0,0072.
При этих данных динамический диапазон новой поперечной фонограммы
AL, = 201g -2-’—---37,6 дб,
у 2-0,0072
т. е. в случае применения для обеих фонограмм указанной кинопленки (зернистость)
и значений коэффициентов пропускания и действующих длин читающего штриха,
динамический диапазон пепзиошлпюй поперечной фонограммы примерно па 6 дб
превышает динамический диапазон фонограммы переменной плотности.
Так как Дт прямо пропорционально диаметру частицы, то умень-
шение его вдвое приводит к возрастанию динамического диапазона на
6 дб', вчетверо —на 12 дб и т. д. Отсюда видно, какой эффективной
мерой для увеличения динамического диапазона является применение
мелкозернистых кинопленок (эмульсий с малыми резм ^рами кристаллов).
Обычно для поперечной записи применяются несколько более мелкозер-
нистые КИНО1 ленки, чем для интенсивной записи. Это относительна
увеличивает динамический диапазон поперечной фонограммы в реальных
условиях ее эксплуатации.
Практически для применяемых в настоящее время кинопленок (сред-
ние диаметры зерен которых порядка 2 —4 ц), технологии фотографиче-
ской записи (белым светом) и ее фотографической обработки динамиче-
ский диапазон поперечной фонограммы без шумопонижения составляет
приблизительно 35 дб, а для фонограммы переменной плотности (интенсив-
ная запись электромеханическими модуляторами света) имеет значение
около 30 дб (без шумопонижения).
Принимая за наивысший уровень громкости речевой или музыкаль-
ной передачи 75 дб (над порогом слышимости), наличие динамического
диапазона порядка 35 дб означает уровень шума 40 дб.
В вышеприведенной формуле для динамического диапазона фонограммы перемен-
ной плотности выражает собой максимально допустимую амплитуду пропуска-
ния, а 2 Дт — амплитуду пропускания, эквивалентную шуму фонограммы; поэтому
динамический диапазон фонограммы равен разности уровня сигнала п уровня шума,
выраженных в децибелах.
Согласно (78) для фонограммы переменной плотности динамический диапазон
(при D > 0,3) будет;
ДЬ = 201g т—201g /2 Дг = — 20D—20 lg Jz2 Дт.
В этом равенство член—207? выражает собой максимальный уровень сигнала,
а член 201g I 2 Дт— уровень шума в децибелах.
Представляя па одном и том же графике уровень шума в децибелах экспери-
ментальной кривой 1 (соответствующей кинопленке, используемой для записи, и глу-
бинному распределению частиц серебра), а максимальный уровень сигнала—20JD, как
функцию D, прямой 2, получим график, показанный на рпс. 60. Расстояние между
точками обеих кривых по вертикали на этом рисунке, выраженное в децибе-
лах, представляет собой динамический диапазон при том плп ином значении плит
ности D.
82
Плотность D на графике является или средней плотностью фонограммы пере-
менной плотности (соответствующий средний коэффициент пропускания определяет
теоретически максимальное значение амплитуды пропускания), иля плотностью про-
зрачной части новой поперечной фонограммы при условии, что ее ширина равна
ширине фонограммы переменной плотности (если ширина прозрачной части попереч-
ной фонограммы вдвое меньше ширины фонограммы переменной плотности, то кривая
уровня _шума на рис. 60 при прочих постоянных условиях сдвигается вверх на
20 lg I 2^3 дб).
Из рис. 60 видно, что при увеличении средней плотности фонограммы D уровень
шума (вследствие зернистости) уменьшается таким образом, что при рабочих средних
плотностях, больших чем 0,2, между уровнем сигнала и
сохраняется постоянной разница — 38 дб, т. е.
динамический диапазон равен 38 дб. Несмотря
на то, что на графике рис. 60 кривая уровня
шума является экспериментальной кривой, все же
величина динамического диапазона 38 дб для
обычных условий звукопередачи несколько пре-
увеличена.
Это отчасти произошло по той причине, что
уровнем шума практически
дб
О
-10
-20
-100б
-16 дб
Динами-
ческий
диапазон
38 дб
38 дб
максимальная амплитуда пропускания взята рав-
ной среднему коэффициенту пропускания. Прп
меньшей величине амплитуды пропускания, огра-
ниченной прямолинейным участком кривой ко-
эффициента пропускания копии, прямая на рис. 60
пойдет более круто, что и приведет к соответ-
ствующему уменьшению динамического диапазона
фонограммы.
Динамический диапазон порядка 40 дб
(а тем более меньший диапазон, передава-
0,1 ОД ОД 0/t 0,5 0,6 ОД 0,8 ОД 1,0 D
Платность
Рис. 60. Уровни сигнала и шума
как функции плотности (фоно-
грамма переменной плотности):
1—экспериментальная кривая
уровня шума; 2—прямая, опре-
деляющая максимал! ный уровень
сигнала (—20/))
емый фотографической фонограммой) не яв-
ляется достаточным для передачи музыки,
поэтому применяется ряд специальных спо-
собов его увеличения.
Некоторое увеличение динамического
диапазона может быть осуществлено кор-
рекцией нелинейных частей кривой про-
пускания копии в зависимости от экспо-
зиции (с целью увеличения максимально допустимой с точки зренпя
искажений амплитуды пропускания), уменьшением плотности вуали пози-
тивной кинопленки п применением тех или иных способов шумопонижения.
Значительное расширение динамического диапазона требует исполь-
зования специальных методов звукопередачи со сжатием уровней сигнала
при записи и соответствующим расширением при его воспроизведении.
§ 16. ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ
ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ СЕНСИТОМЕТРИИ
К ПЕРЕДАЧЕ ЗВУКА ФОТО ГР АФП ЧЕСКОЙ ФОНОГРАММОЙ
Условия, при которых происходят обычные сенситометрические ис-
пытания кинопленки, резко отличаются от тех условии, которые имеют
место при фотографической звукозаписи и ее воспроизведении.
Этп отличия заключаются в следующем.
1. Обычные сенситометрические количественные исследования свойств
фотографических материалов, и в частности кинопленок, производятся
прп сравнительно больших площадях экспонируемого поля, в то время
как при фотографической записи колебаний средней и высокой звуковых
частот площадь, занимаемая отдельными волнами или полуволнами запи-
си, является весьма малой.
6* 83
2. Освещенность и время экспозиции кинопленки при звукозаписи
резко отличаются по величине от этих же параметров при сенситометри-
ческом испытании.
3. Спектральный состав излучения псточников света записывающего
и сенситометрического устройств в ряде случаев несколько различен.
4. В обычно употребляемых денситометрах прп определении плот-
ности кинопленки пользуются рассеянным (диффузным) светом, в то вре-
мя как при воспроизведении сигнала с позитива фонограммы оптическая
воспроизводящая система дает направленный световой пучок.
Каждый из указанных факторов в отдельности или пх совместное
действие приводит к тому, что характеристическая кривая кинопленки
и ее разрешающая способность, определенные в условиях обычного сен-
ситометрического испытания, не являются точными для фотографиче-
ской записи.
Рассмотрим влияние каждого из указанных факторов в отдель-
ности.
1. Метод общесенситометрического испытания фотографических ма-
териалов на прозрачной подложке, т. е. в частности кинопленок, согласно
ГОСТ 2817—50 заключается в том, что с помощью сенситометра ГОП
путем экспонирования на испытуемой кинопленке ступенчатого оптиче-
ского клина и стандартного ее проявления получают сенситограмму,
плотности которой измеряются денситометром ГОИ. В результате измере-
ния плотностей строится характеристическая кривая кинопленки в форме
зависимости оптической плотности D от логарифма количества освещения
(экспозиции) Н лк-с.
Экспонирование кинопленки в сенситометре осуществляется по шкале
освещенности при том пли ином времени экспозиции, устанавливаемом
в соответствии с чувствительностью испытуемой кинопленки.
Ступенчатый оптический клин, служащий для получения шкалы осве-
щенности, имеет 21 ступень плотности длиной по 5 мм при разности диф-
фузных плотностей между соседними полями 0,15. Таким образом, интер-
вал экспозиций, обусловливаемых ступенчатым оптическим клином, со-
ставляет 1 : 10°’15х20=1 : Ю00. Ширина сенситограммы равна 8 мм,
а длина 105 мм.
Определение плотностей сенситограммы денситометром ГОП осуще-
ствляется путем диффузного освещения сенситограммы световым пятном
диаметром 5 мм.
Установленные основные понятия и величины фотографической сен-
ситометрии, как коэффициент пропускания и оптическая плотность, пред-
полагают наличие конечных геометрических размеров (площадей) испы-
туемых фотографических изображений и просвечивающих пх световых
пятен. В то же самое время площади фотографических изображений при
записи колебаний высокой звуковой частоты могут быть значительно
меньше того минимального светового поля, каким просвечивается фото-
графическое изображение в денситометре; например, при записи колеба-
ний частотой 10 000 гц длина полуволны записи равна 23 р,
В этом случае денситометр определяет лишь интегральное количество
света, проходящее через фотографическое изображение в целом, тем самым
не давая возможности судить о распределении почернения в отдельных
малых частях этого изображения, обусловленных, например, рассеянием
света в фотослое или пограничными эффектами проявления.
Таким образом, в обычной сенситометрии каждая найденная точка
характеристической кривой отвечает средней плотности некоторого, срав-
нительно большого участка почернения.
Ранее уже было указано, что плотность малого фотографического
84
изображения вследствие пограничных эффектов рассеяния и проявления
зависит от площади экспозиционного пятна. Следовательно, характеристи-
ческие кривые, полученные для различных малых фотографических
изображении, вследствие пограничных эффектов рассеяния и проявления
должны отличаться от обычных характеристических кривых.
Посвящеппое этому вопросу исследование (Брепдо24) дало следующие результаты^
На рис. 61 приведены мпкроденситограммы (ширина щели прп мпкрофотометри-
ровании 0,02 мм) фотографических изображений прямоугольных оптических штрихов
шириной от 0,006 до 0,52 мм. Данные фотографические изображения получались путем
копирования на кинопленке контактным способом узких щелей различной ширины на
--------------------------------------------------Нулевая линия
микрофотометрической записи
Линияу соответствующая
d=0,5Z 0,30 0,2Z 0,16 0,10 0,01 0,05 0,030,020,016 0,006мм плотности вуали
Рис. 61. Мпкроденситограммы фотографических изображений прямо-
угольных оптических штрихов различной ширины d Экспозиция в па-
раллельном световом пучке и проявление без перемешивания проявителя
______ Нулевая линия
микрофотометрической записи
Линия, соответствующая
(1=0,52
0,34 0,22 0,16 0,10 0,07 0,05 0,03 0,02 0,016 мм плотности вуали
Рис. 62. Микродепситограммы фотографических изображений прямо-
угольных оптических штрихов различной ширины d. Экспозиция в диф-
фузном свете и проявление с перемешиванием проявителя (в быстром
проявителе)
специально изготовленной мире, которая освещалась параллельным пучком света,
а проявление велось без перемешивания проявителя.
На рис. 62 приведены мпкроденситограммы фотографических изображений этих
же оптических штрихов, по уже при диффузном освещении миры и проявлении с пере-
мешиванием проявителя.
Как видно из рис. 61, при освещении параллельным пучком света и проявлении
без перемешивания проявителя отчетливо выражены пограничные эффекты проявления,-
вызывающие относительное увеличение плотности па краях фотографических изобра-
жений штрихов.
Плотность в этом случае несколько возрастает с уменьшением ширины штриха
от 0,34 до 0,07—0,05 .ши. Как показало исследование, данное увеличение плотности, вы-
званное превалированием над рассеянием света пограничных эффектов проявления,
сильно зависит от типа фотографического материала и от условий проявления и ха-
рактера света.
При дальнейшем уменьшении ширины штрихов (ниже 0,07—0,05 мм) начинает
преобладать роль рассеяния сьс-та в фотослое, п плотность фотографических изображе-
ний уменьшается (сначала медленно, потом быстро) вместе с уменьшением ширины
штрихов.
При диффузном освещении и проявлении с перемешиванием проявителя (см. рис. 62)
и уменьшении ширины оптических штрихов до 0,07—0,05 мм плотность практически
не изменяется. Прп дальнейшем уменьшении ширины штрихов плотность падает. Дан-
ное уменьшение плотности вследствие рассеяния" света практически имеет место у всех
сортов фотоматериалов.
85
На рис. 63 и 64 приведены характеристические кривые, соответствующие указан-
ным на рис. 61 и 62 значениям ширины оптических штрихов и условиям освещения
и проявления.
Как показывает рпс. 64, в случае диффузного освещения и перемешивания про-
явителя для штрихов шириной от 0,52 до 0,1 мм характеристические кривые совпадают.
При ширине штриха 0,07 мм отмечается уменьшение плотностей для всех экспо-
зиций, вследствие чего характеристическая кривая сдвигается вправо параллельно
самой себе. С дальнейшим уменьшением ширины штрихов этот сдвиг происходит все
быстрее. Подобный сдвиг означает кажущееся изменение светочувствительности фото-
материала. При уменьшении ширины штриха до 0,02 мм светочувствительность умень-
шается примерно в шесть раз. Так проис-
ходит при отсутствии пограничного эффек-
та проявления.
Суммарное влияние пограничных эф-
фектов рассеяния и проявления приводит
Рис. 63. Характеристические кривые
для штрихов различной ширины cl.
Экспозиция в параллельном световом
пучке
D
Рис. 64. Характеристические кривые для
штрихов различной ширины d. Экспози-
ция в диффузном свете
к характеристическим кривым, избражеппым на рис. 63. Как видно из данного рисунка,
с уменьшением ширины штрихов характеристическая кривая смещается сначала влево
(преобладание пограничного эффекта проявления над эффектом рассеяния), а затем
вправо (преобладание эффекта рассеяния над эффектом проявления). Соответственно
с уменьшением ширины штриха светочувствительность сначала растет, потом падает.
Как показали исследования, изменение характеристических кривых вследствие
малых размеров экспонирующего поля и более сильного влияния пограничных эффек-
тов проявления начинает наблюдаться при ширине штрихов менее 0,5—0,3 мм\ при
наличии только одного эффекта рассеяния данная граница сдвигается до ширины
примерно 0,1 мм.
Если пограничный эффект проявления оказывает влияние лишь при очень контра-
стных изображениях и применении высококорректировапной оптики и может быть пра-
ктически устранен путем применения диффузного света и перемешивания проявителя, то
эффект рассеяния света в фотослое является, наоборот, устойчпвьш эффектом, п с его
влиянием необходимо всегда считаться.
Указанные выше граничные значения ширины штрихов определяют собой пре
делы возможного применения выводов обычной сенситометрии к малым экспозицион-
ным полям.
2. При экспонировании кинопленки, предиазначаюшейся для негатива
фонограммы, в сенситометре ГОИ осгешенность кинопленки под участком
минимальной плотности клина имеет значение ~ 100 лк.
Для пишущего штриха шириной 15 р. и скорости движения кино-
пленки 456 мм.кек время экспозиции кинопленки при записи равно при-
86
Рис. 65. Семейство характери-
стических кривых кинопленки,
полученных поп различной
длительности освещения: 1—
Ю-1; 2—10-2; 3— 10~3; 4—10~4;
5—!0“5 сек. (по данным Кар-
тужамского и Меыкляра25)
мерно сек. Следовательно, для получения максимальной плот-
<jUUUU
пости, соответствующей необходимой экспозиции прп записи, равной,
например, 10 лк-с, освещенность пишущего штриха должна быть 300 000 лк.
а время экспозиции в сенситометре ГОП должно иметь значение 0,1 сек.
Таким образом, одна и та же экспозиция кинопленки 10 лк-с достигается
в сенситометре при времени экспозиции 0,1 сек. п освещенности кино-
пленки 100 лк, а в процессе заппсп—прп времени экспозиции -r-i— сек.
oUUUU
и освещенности пишущего штриха 300 000 лк.
Резкое различие во времени освещения и соответственно освещен-
ности пленки прп обычных сенситометрических испытаниях и при записи
приводит к тому, что сенситометрические
характеристические кривые кинопленки от-
личаются от кривых, полученных в условиях
записи. Это отличие состоит в том, что плот-
ности проявленного фотоизображения для
одинаковой в обоих случаях экспозиции и
при одних и тех же условиях проявления
оказываются различными, потому что плот-
ность почернения определяется не только
значением экспозиции, действовавшей па
эмульсионный слой, но п соотношением вре-
мени освещения и освещенности, образую-
щих эту экспозицию. Па рис. 65 показан ряд
характеристических кривых позитивной ки-
нопленки, соответствующих одинаковым усло-
виям проявления, но различному времени
освещения. Из рассмотрения этих кривых
видно, что в области коротких выдержек плот-
ности экспонированной и проявленной кино-
пленки прп одной и той же величине экспо-
зиции возрастают с увеличением времени
освещения и убывают при его уменьшении.
Указанный эффект почернения пленки, называемый явлением невза-
пмозаместимостп, или эффектом ультракороткого времени освещения,
зависит главным образом от физико-химических свойств кинопленки и
от условий ее фотографической обработки. В том пли ином случае он может
быть учтен только экспериментальным путем. Поэтому определение
характеристических кривых кинопленки должно находиться в зависимо-
сти от характера модуляции пишущего штрпха, а тем самым от типа моду-
лятора света, посредством которого производится запись звука.
Построение характеристической кривой негатива фонограммы долж-
но осуществляться при соответствующем экспозиционном режиме путем
изменения пли величины освещенности пленки при постоянном времени
освещения (шкала освещенности), или изменением времени освещения
прп постоянной величине освещенности (шкала времени). Так, например,
продольная запись звука характеризуется постоянной величиной осве-
щенности пленки и переменным временем освещения. Поэтому для нее
характеристическая кривая негатива должна быть найдена тоже прп
постоянной освещенности пленки, соответствующей освещенности пишу-
щего штриха при переменном времени освещения. Наоборот, при интен-
сивной записи время освещения должно быть постоянным и должно соот-
ветствовать ширине пишущего штрпха; при этом необходимо изменять
лишь величину освещенности пленки. Кроме того, во всех случаях при
87
определении характеристик пленки спектральный состав света должен
быть такой же, как при записи. Лучше всего использовать для указанной
цели экспонирующую лампу звукозаписывающего аппарата, давая ей
тот же режим работы, что и при записи. Плотности кинопленки, соответ-
ствующие определенным экспозициям и условиям проявления, опреде-
ляют крутизну характеристической кривой или коэффициент кон-
трастности
__ —-^1
T-lgtfs-lgtf, ’
найденный по экспозициям Нг и Н2 и соответствующим плотностям
и D2. Прп наличии явления невзаимозаместимости (эффекта ультракорот-
кого времени освещения) величина данного коэффициента будет также за-
висеть от времени освещения. Из этого обстоятельства можно сделать
следующие выводы:
а) действительное значение коэффициента контрастности при звуко-
записи для одной и той же пленки и одних и тех же условий ее проявле-
ния меньше значения коэффициента контрастности, определенного обыч-
ными сенситометрическими способами, характерными для зрительных изо-
бражении (кинокадров);
б) коэффициент контрастности, определенный по шкале изменения
освещенности, не соответствует истинному значению коэффициента кон-
трастности, имеющего место при тех же самых условиях при проявлении
продольной записи звука.
Можно построить результирующую (динамическую) характеристиче-
скую кривую кинопленки, имеющую место вследствие изменения коэф-
фициента контрастности при продольной записи звука. В данном случае
изменение коэффициента контрастности обусловлено модуляцией вре-
мени экспозиции, характерной для продольной записи.
Применительно к записи тем или иным модулятором света можно
экспериментально установить корректирующий коэффициент, связываю-
щий между собой значения коэффициентов контрастности, полученных
в условиях записи и при обычных сенситометрических способах. Практи-
чески это может иметь большое значение, так как не всегда можно выпол-
нить указанные выше условия для получения характеристических кривых,
соответствующих тому или иному модулятору света.
Для различных кинопленок, проявляемых в негативном, мягко рабо-
тающем проявителе, коэффициент контрастности, полученный прп усло-
виях записи, примерно в 1,7 раза меньше коэффициента контрастности,
определенного обычными сенситометрическими способами. Указанный
выше эффект ультракороткого времени экспозиции относится исключи-
тельно к процессу записи звука. При копировании фонограмм, где время
освещения значительно больше, он практически неощутим.
Сенситометрическое определение разрешающей способности кино-
пленки также происходит прп экспозиционных условиях (освещенность,
время освещения), резко отличающихся от экспозиционных условий, имею-
щих место при записи.
Разрешающая способность светочувствительного материала характе-
ризует способность последнего воспроизводить мелкие детали оптиче-
ского изображения. Разрешающая способность определяется максималь-
ным числом раздельно передаваемых фотографическим слоем параллель-
ных штрихов, приходящихся па 1 мм оптического изображения, при
условии, что ширина штрихов и промежутков между ними одинакова.
Такое понятие разрешающей способности светочувствительного фотогра-
фического слоя не является строго определенным, так как в этом случае
88
конечный результат сильно зависит от условии визуального наблюде-
ния. Разрешающая способность фотографического материала зависит
от ряда факторов, из которых главное значение имеют следующие:
1) экспозиция и соответственно обусловливаемая ею плотность по-
чернения; 2) степень проявленности фотографического слоя, характери-
зующаяся коэффициентом контрастности; 3) контрастность испытатель-
ного объекта; 4) спектральный состав падающего света.
Наибольшее значение имеют первый и третий факторы.
Благодаря наличию нескольких влияющих факторов сравнивать те
или иные фотографические материалы между собой в смысле сопоставле-
ния их разрешающей способности можно только при одинаковых усло-
виях. При несоблюдении этого правила можно получить совершенно оши-
бочный результат.
При фотографической записи звука изображением служит сама за-
пись различных колебаний на кинопленке, в отдельности занимающих
на ней тем меньший участок и тем теснее расположенных, чем выше ча-
стота. Обычно употребляемые методы определения разрешающей способ-
ности кинопленки не соответствуют всем тем условиям, которые существуют
при звукозаписи. Например, при определении разрешающей способности
с помощью резольвометра Бурмистрова путем изображения на испытуе-
мой кинопленке специального теста контраст получающегося оптиче-
ского изображения не соответствует контрасту оптического изображения
в условиях звукозаписи. Поэтому результат, получаемый с помощью
этих методов, не может служить точной мерой передачи колебаний высо-
кой звуковой частоты при записи, или, иначе говоря, численные значения
разрешающей способности, определенной обычным сенситометрическим
путем, не вполне отвечают условиям различения мелких деталей при
звукозаписи.
Физическая природа явления разрешающей способности заключается
в рассеянии света в эмульсионном слое. В свою очередь это рассеяние
обусловлено высокой дисперсностью галоидного серебра, являющегося
светочувствительной основой фотослоя. Как мы видели выше, рассеяние
света приводит к засвечиванию кристаллов эмульсии, на которые свет
непосредственно не падает, обусловливая тем самым расширение полу-
чающегося фотографического изображения на пленке по сравнению с ис-
ходным оптическим изображением и расплывание очертаний последнего.
В частности, благодаря рассеянию света возникают диффузный ореол
и ореол отражения.
Влияние рассеяния света сказывается тем сильнее, чем меньше экс-
понированная площадь плп чем больше захватываемая рассеянием пло-
щадь по сравнению с площадью оптического изображения одного колеба-
ния на кинопленке, т. е., иначе говоря, чем выше частота записываемых
колебаний. При интенсивной или продольной записи звука действие рас-
сеяния света сказывается в расширении темных линий и в сокращении
прозрачных промежутков между ними на фонограмме. При поперечной
записи звука вследствие рассеяния света происходят расплывание очер-
таний зубчиков записи и сокращение прозрачной площади впадин между
ними. Это имеет особое влияние на передачу колебаний высоких частот,
когда зубчики расположены плотно друг к другу и занимают в отдельно-
сти сравнительно меньшую площадь.
Принципиально можно также говорить о разрешающей способно-
сти кинопленки, определенной в условиях звукозаписи, понимая под
этим максимальное число штрихов — полосок, имеющих одинаковую ши-
рину с промежутками между ними, которые в форме сигнала будут за-
писаны пишущим штрихом и раздельно переданы проявленным фотослоем.
8S
Для получения сигнала в форме прямоугольных импульсов, соот-
ветствующих указанным полоскам и пх периодичности, предложено
(Бурговым) записывать синусоидальные колебания большой амплитуды
и различной высокой звуковой частоты, отсекая пх верхние и пижние
части путем соответствующего расположения пишущей маски в плоскости
механической щели. В этом случае разрешающая способность кинопленки
в условиях записи будет определяться топ максимальной шириной фото-
графических полосок на кинопленке, при которой наступает слияние двух
соседних полосок.
Получение растрового фотографического изображения на коротком
отрезке кинопленки может быть достигнуто также путем записи специаль-
ных частотно-модулированных колебаний.
Нахождение подобной разрешающей способности кинопленки дает
возможность непосредственно определить не только частотную характе-
ристику фонограммы, но и степень нелинейных искажений в виде так
называемого шума заплывания (см. стр. 297).
Кроме разрешающей способности, существует еще другой фактор, влияющий па
геометрические свойства фотографического изображения в виде фонограммы и обуслов-
ливающий шум последней при воспроизведении. Речь идет о явлении зернистости.
Это явление связано с разрешающей способностью, ио имеет ряд специфических
особенностей. Природа этого явления обусловлена той же дисперсной структурой
исходного эмульсионного слоя, что и разрешающая способность, но в отличие от послед-
ней выражает себя лишь в проявленном слое. Образующиеся при проявлении зерна ме-
таллического серебра составляют первичные элементы поглощающего света почерне-
ния, видимые при масштабе увеличения 200—500 раз. Данная структура называется (по
Гороховскохму26) мпкрозерпнстостыо почернения. Эта первичная зернистая структура
является в свою очередь причиной возникновения вторичной структуры в виде скопле-
ния зерен, обнаруживаемой при малых масштабах увеличения (20—50 раз) и называе-
мой макрозернпстостыо. Именно эта макрозерннстость является мешающим фактором
в обычной фотографии объектов, изображения которых рассматриваются глазом. В слу-
чае фотографической заппсп звука играют роль обе структуры, создавая дополнитель-
ный источник шума.
О том, что разрешающая способность и макрозерннстость — отличные явления,
можно судить по рис. 66. Па этом рисунке показано (по Гороховскому и Левенберг27),
что разрешающая способность п макрозерннстость по-разному зависят от экспозиции
и коэффициента контрастности. Разрешающая способность для различных кинопленок
при рекомендуемых коэффициентах контрастности (;ре/£) пе стоит в прямой связи
с макрозернпстостыо (G).
3. Если учесть кривые относительного спектрального распределения
световой энергии, излучаемой вольфрамом прп различных температурах,
и кривые, характеризующие спектральное пропускание оптической запи-
сывающей системы (включая колбу экспонирующей лампы), то относи-
тельное спектральное распределение энергии светового пучка, падающего
на кинопленку при записи, можно представить общими кривыми, приве-
денными на рис. 67 (данные кривые получены Черным28). Кривая I соот-
ветствует случаю записи без фильтра, а кривая II—со специальным филь-
тром, пропускающим ультрафиолетовое излучение.
Относительное спектральное распределение энергии в источнике
света сенситометра ГОП выражается кривой, изображенной на рис. 68.
Из сравнения рис. 67 и 68 видно различие, в особенности при при-
менении светофильтра прп заппсп спектрального распределения энер-
гии, падающей на кинопленку прп записи и при сенситометрическом
испытании.
4. Плотности фотографического материала вследствие зернистости
структуры имеют различное значение в зависимости от того, измерены ли
они в рассеянном пли в направленном свете. В первом случае свет, про-
ходящий через один и тот же участок кинопленки, проходит в большем
90
Рис. 66. Разрешающая способность и макрогернпстость Разрешающая
способность В (дьи-1), фактор зернистости G = -jJ—— ’ гдс ^пред—иап"
пред
больший масштаб прп котором па отпечатке еще не заметна зернистая
(макрозернпстость)
структура почернения
Рис. 67. Кривые относительного рас-
пределения энергии го спектру свето-
вого пучка модулятора (при записи1)
Рнс. 68. Кривая относительного рас-
пределения энергии но спектру в
искусственном солнечном свете сен-
ситометра ГОП
91
количестве, чем во втором, поэтому измеренная плотность имеет в рас-
сеянном свете меньшее значение, чем в направленном свете (эффект Кал-
лье29).
Оптическая плотность проявленного фотографического слоя, изме-
ренная при освещении последнего параллельным световым пучком и при
восприятии (измерении) фотометром лишь не изменившей своего напра-
вления части вышедшего пучка, называется регулярной оптической плот-
ностью п обозначается символом 7)ц, а оптическая плотность, измеренная
при освещении рассеянным (диффузным) светом, называется диффузной
оптической плотностью п обозначается символом D^.
Отношение = Q является функцией зернистости данного проявлен-
ного фотографического материала. Чем зернистость больше, тем больше
это отношение. С возрастанием абсолютного значения плотности это
отношение уменьшается.
Величина коэффициента Q сильно зависит от зернистости проявлен-
ного фотослоя и несколько—от свойств подложки и спектральных характе-
ристик оптики и фотоэлементов, используемых при измерении.
При обычных сенситометрических способах определения плотности
кинопленки и копировании пользуются рассеянным светом, следователь-
но, имеют дело с диффузной плотностью D^,. При воспроизведении сигнала
с копии фонограммы оптическая система дает направленный световой
пучок, характеризующийся определенным апертурным углом. Вслед-
ствие этого получается расхождение между значениями плотности изме-
ренными и значениями, соответствующими действительным условиям вос-
произведения. Как правило, плотность, измеренная при освещении парал-
лельным световым пучком, больше плотности, измеренной при освещении
направленным световым пучком при воспроизведении, которая в свою
очередь больше плотности при освещении рассеянным светом.
Для мелкозернистых кинопленок коэффициент Q при диффузных плот-
ностях выше 0,4 практически мало зависит от диффузной плотности
(рис. 69а). У современных мелкозернистых кинопленок для интенсивной за-
писи коэффициент Q имеет значение порядка 1,2—1,3. У кинопленок,
используелмых для поперечной записи, и позитивной кинопленки (рис. 69а,
696) имеет значение 1,5—1,7. Понятно, что плотности копии фонограм-
мы всегда должны быть выражены как плотности, измеренные при осве-
щении направленным светом, так как коэффициент пропускания соответ-
ствующих участков копии определяется при воспроизведении величиной
проходящего направленного света. Точнее, плотности копии следовало бы
измерять в свете, имеющем направленность пучка, соответствующем
апертуре изображающего объектива звуковоспроизводящей оптической
системы (рис. 69в).
Так как£-~ >1, то характеристическая кривая позитивной кино-
пленки при плотностях, измеренных при освещении рассеянным светом,
имеет меньшую крутизну своей прямолинейной части или коэффициент
контрастности у, чем при освещении направленным светом. Таким образом,
эта характеристическая кривая должна быть скорректирована путем умно-
жения диффузных плотностей на коэффициент Q, что даст возможность
Определить коэффициент контрастности при звуковоспроизведении.
Рассмотренный эффект зависимости плотностей от характера просве-
чивающего светового пучка и соответственно отличия истинных и изме-
ренных коэффициентов контрастности характеристических кривых имеют
наибольшее значение при интенсивном и продольном способах записи,
обусловливающих получение фонограммы переменной плотности.
Рис. 69а. Кривые зависимости коэффи-
циента Q < т диффузной плотности D
для различных типов эмульсий (кино-
пленок)30: 1— Кодак для звукозаписи
1357 ((=0,35); 2—Кодак позитивная
1301 для массовой печати ((=2,1);
3—Кодак позитивная мелкозернистая
1302 для массовой печати (( = 2,5);
4— Кидак мелкозернистая для звукоза-
писи 1366 (1=0,35)
Диффузная плотность
Коэффициент контрастности
Рис 696. Зависимость коэффициента Q от диффузной плотности Г)-^ прп раз-
личных значениях коэффициента контрастности у для позитивной (мелкозер-
нистой) кинопленки (по данным Корндорф 31)
Рис. 69в. Кривая зависимости коэф-
фициента Q от -D-p отвечающая ре-
гулярным плотностям, измеренным
посредством звуковоспроизводящей
оптической системы30
93.
Из всего вышесказанного вытекает, что с целью наибольшего прибли-
жения к условиям записи и воспроизведения определение характеристи-
ческих кривых и разрешающей способности кинопленки должно произво-
диться пли с помощью специальных приборов, имеющих экспозиционные,
спектральные и прочие условия, близкие к условиям записи и воспро-
изведения, пли непосредственно с помощью применяемой звукозаписываю-
щей и звуковоспроизводящей аппаратуры. Такого рода экспонирование
кинопленки в самом звукозаписывающем аппарате, провод! мое с целью
определения реальной характеристической кривой кинопленки, имеет
лишь тот недостаток, что оно связано с тратой сравнительно большого
количества кинопленки. Подобное определение характеристических кри-
вых позволяет лишь устранить ту разницу, которая вносится различием
экспозиционных и спектральных условий записи и сенситометрического
испытания, но никак не решает задачу получения фотографической
характеристики, определяющей передачу колебаний высокой звуковой
частоты.
Для данных колебаний, когда пмеет место сильное влияние рассея-
ния света в фотослое и пограничных эффектов проявления, характеристи-
ческая кривая перестает быть однозначной, ибо в этом случае фотографиче-
ское почернение является функцией не только величины экспозиции,
но зависит также от распределения экспозиции в соседних участках,
т. е. от площади экспонируемого участка.
Существующее понятие коэффициента пропускания, отнесенное к
сравнительно большому полю просвечивания при измерении плотности
фотослоя, не дает возможности выражать физические явления, связан-
ные с прохождением света через малые участки фотографического изобра^
жеппя. Так, например, коэффициент пропускания, отнесенный к площади
фонограммы и определенный площадью читающего штриха, полностью
нивелирует качественное различие между поперечной фонограммой и фоно-
граммой переменной плотности. Качество фотографической фонограммы
с записью колебаний высокой звуковой частоты и с учетом пограничных
эффектов рассеяния света и проявления может оцениваться значениями
коэффициентов пропускания и плотности, определенных лишь для очень
малых участков фотографического изображения. Таким образом, нужно
отличать коэффициенты пропускания большого участка и малого участка
почернения. Однако для таких измерений необходимо применение спе-
циальных методов.
§ 17. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ
Недостаточно высокая разрешающая способность кинопленки даже
при оптимальной фотографической обработке фонограммы приводит к ис-
кажениям передаваемого сигнала, в том числе к частотным искажениям,
выражающимся в понижении амплитуды записанных колебаний при повы-
шении их частоты. Частотные свойства негатива фонограммы зависят как
от пишущего штриха, так п от фотографической обработки. Оба эти фак-
тора связаны между собой и должны быть вместе рассматриваемы. Следо-
вательно, необходимо представлять частотнь е свойства негатива или по-
зптиса фонограммы применительно к записи реальным пишущим штри-
хом (ширина, распределение освещенности), т. е. выражать суммарный
эффект глияния на частотную передачу гак самой кинопленки и ее обра-
ботки, так п пишущего штриха. Частотные потери, происходящие за счет
пишущего штриха кинопленки и ее обработки, в случае изготовления.
94
позитива фонограммы усугубляются процессом копирования и влиянием
позитивной кинопленки.
Частотные характеристики негатива и позитива фотографической фоно-
граммы могут быть определены их относительной отдачей как функцией
частоты. Отдача или амплитуда пропускания фонограммы, начиная с неко-
торой частоты, будет уменьшаться с возрастанием последней. Поэтому
если при 1000 гц ее условно принять за 1ОО?о, то частотную характери-
стику негатива пли позитива
поперечной фонограммы пли фо-
нограммы переменной плотно-
сти, можно представить в виде
следующей зависимости:
—= Ал2 (/), плп в децибелах
Чюоо
201g т^- = Л2(/), (84)
11000
где т^ —отдача (пли амплитуда
пропускания) при частоте /;
Чюоо — отдача (плп амплитуда
пропускания) п рп ч астотс 1000 гц.
Для определения данной за-
висимости необходимо произве-
сти контрольную запись коле-
баний различной частоты и по-
стоянной амплитуды и после фо-
тографической обработки под-
вергнуть полученную фонограм-
му анализу. В случае фонограм-
мы переменной плотности дан-
ная зависимость может быть вы-
явлена путем непосредственных
измерений коэффициентов про-
пусканий отдельных участков
вдоль фонограммы при равно-
мерной освещенности и nip у п его
штриха по его длине п соответ-
ственно равномерном пропуска-
нии фонограммы по ее ширине.
В этом случае частотная харак-
теристика может быть представ-
лена в виде зависимости от ча-
стоты / следующей величины:
тмакс f T3t ин f_ (85)
,CAia?rcl000 ~ тмин 1000
Частота, гц
Рпс. 70. Частотная характеристика негатива
фонограммы го р» мшпой плотности па раз-
личных кинопленках (ширила пишущего
штриха 15 *л ): 1—специальная кинопленка
для интенсивной записи, 2—позитивная ки-
нопленка; <3—негативная ортохроматическая
кинопленка; 4—негативная панхроматическая
кинопленка
Рис. 71. Частотная характеристика потерь,
вносимых кинопленкой (копия фонограм-
мы) и конечной шигппой световых штри-
хов при запш-и (0,02 мм) и воспроизве-
дении (0,025 мм) сигнала
где тЛШКС у п тЛШМ у — максимальный и минимальный коэффициенты
пропускания участков вдоль фонограммы синусоидальной записи с часто-
той /; тЛ1акс1Ооо и чиинюоо —то же для записи с частотой 1000 гц.
Подобные частотные характер] стики негативов фонограмм переменной
плотности, относящиеся к различным кинопленкам, приведены на рис. 70.
Частотная характеристика поперечной фонограммы может быть выявлена
лишь в результате воспроизведения записанного контрольного сигнала
определенным читающим штрихом.
Частотная характеристика фонограммы любого вида с учетом действия
95
пишущего и читающего штрихов может быть выражена в виде завися-
и, .
мости величины -—— от частоты /, где их — амплитуда напряжения на
входе громкоговорителя прп воспроизведеиип контрольных записанных
колебании частоты / гц\ 100о_’то жс Для частоты 1000 гц при линейной
в обоих случаях частотной характеристике всего звуковоспроизводящего
тракта; частотная характеристика может быть выражена и в децибелах
(рис. 71).
Частотную характеристику фонограммы с учетом пишущего штриха
и различных способов заппсп и ее обработки можно также определить
<5 помощью специальных регистрирующих микрофотометров. Они дают
возможность путем воспроизведения записи световым штрихом получить
кривую воспроизводимых колебаний на бумаге. Зная постоянные аппа-
ратуры, из анализа кривых можно сделать все необходимые выводы при
тех или иных условиях записи и фотографической обработки.
Необходимо отметить, что действие кинопленки и ее фотографической
обработки сопровождается также искажением формы записываемых коле-
баний, т. е. образованием нелинейных искажений. Подобные искажения,
происходящие при заппсп, могут компенсироваться в процессе копирова-
ния. Критерием линейных (частотных) искажений является не разрешаю-
щая способность кинопленки, а частотная характеристика фотографи-
ческой фонограммы.
§ 18. КОЛЕБАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ КИНОПЛЕНОК
ПРИ ЗАПИСИ II ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ СИГНАЛА
КАК ИСТОЧНИК ИСКАЖЕНИИ
Для правильной передачи частот гармонических косинусоидальных
слагающих сигнала необходимо, чтобы скорость vR движения фотогра-
фической фонограммы при воспроизведении сигнала была бы равной
скорости vr движения кинопленки при записи сигнала, ч
Это условие может быть распространено как на постоянную, так
и па переменную составляющую скорости движения кинопленки в про-
цессах записи и воспроизведения сигнала. Неискаженность звукопере-
дачи достигается и тогда, когда скорости прп записи и воспроизведении,
будучи непостоянными, остаются равными друг другу, изменяясь по оди-
наковому, любому сложному закону.
Неравенство постоянных составляющих скоростей движения кино-
пленки в указанных процессах приводит, как показывают формулы (44)
и (45), лишь к изменению высоты воспроизводимого тона гармонической
слагающей сигнала. Непостоянство скорости движения кинопленки, име-
ющее место при записи или воспроизведении сигнала, приводит к образо-
ванию в процессе воспроизведения сигнала специфических нелинейных
и частотных искажений, прослушиваемых ухом человека.
Поддерживать одинаковый закон изменения скорости движения кино-
пленки при записи и воспроизведении практически весьма затруднительно
и нецелесообразно. Поэтому установили одинаковую и постоянную ско-
рость движения кинопленки прп записи и воспроизведении, равную
для 33-мм кинопленки 24 кадрам в секунду, или 456 мм/сек. Для
поддержания постоянства скорости в звукозаписывающей и звуковоспроиз-
водящей аппаратуре применяются специальные устройства, так назы-
ваемые стабилизаторы скорости. Любой транспортирующий кинопленку
механизм без применения подобных специальных устройств не может
96
ооеспечпть такую степень постоянства скорости движения кинопленки,
которая не вызвала бы ощутимых на слух искажений.
Определим теперь характер тех искажений, которые возникают при
неодинаковой и непостоянной скорости движения кинопленки прп записи
илп воспроизведении сигнала.
Пусть на кинопленку, движущуюся с некоторыми колебаниями
скорости, записывается сигнал, определяемы!! выражением:
А = А1 cos <d0^, (86)
где 4 х —амплитуда сигнала; ю0 —его угловая частота и t — время.
В этом случае, как показано на рис. 72, записанный сигнал на
кинопленке уже не является простым косинусоидальным колебанием,
Записываемый сигнал A=A;C(wat
и
Сигнал, записанный на неравномерно
движущейся кинопленке
Рис. 72. Искажения записи косинусоида левого
сигнала вследствие непостоянства скорости дви-
жения кинопленки при записи
поскольку длина волны заппсп не сохраняется постоянной, а изменяется
по длине х кинопленки в соответствии с изменением скорости движения
кинопленки прп записи сигнала.
Подобное колебание по кинопленке для точки с координатой х опре-
делится выражением:
X
у = аг cos [ 2r. , (87)
о г
где Хг (я) —длина волны записи, соответствующая точке х\ а^ — амплитуда
записи.
Так как
<88>
где г/о~частота записываемого сигнала; vr (х) — мгновенная скорость
движения кинопленки, соответствующая координате х, то выражение (87)
на основании (88) примет вид:
х
у = a1cos [% • (89)
о г
При "воспроизведении данного сигнала с непостоянной скоростью
(я) движения кинопленки, соответствующей точке кинопленки с коор-
динатой х, имеем:
dx = vR (х) dt. (90)
7 В. А. Бургов
97
Отсюда в момент времени /, соответствующий координате х, переменная
слагающая лучистого потока, падающего на фотоэлемент, будет:
t
Ф = Ф1со5[«Д^-л], (91)
о
где Фх — амплитуда переменной слагающей лучистого потока.
При равенстве мгновенных значений или постоянных скоростей дви-
жения кинопленки при записи и воспроизведении сигнала, т. е. прп
vR (О = vr (Z) пли vR (Z) = vr (7) = v0 (v0 — постоянная скорость прп записи
и воспроизведении сигнала), имеем:
Ф = Ф1созсо0Л
Мы видим, что в этом случае отсутствуют искажения. При отсут-
ствии колебаний скорости кинопленки (фонограммы) в процессе воспро-
Сигнал, записанный на кинопленке
Воспроизводимый сигнал
Рпс. 73. Искажения косинусоидального сигнала
вследствие непостоянства скорости движения
кинопленки прп воспроизведении сигнала
пзведенпя, т. е. когда vR(t) = v^ косинусоидальный сигнал, записанный
с непостоянной скоростью rr(Z), обусловит изменение лучистого потока,
падающего на фотоэлемент
t
Ф = Фх cos ш0 dt, (92)
о г
пли, так как в данном случае
_A_ = _L_
Dr (О (О
п
то
I
Ф = Ф, cos [ 2т- / (Z) dt ] , (94)
О
где / (Z) — воспроизводимая частота колебаний, отвечающая моменту
времени t (координате х).
Предположим теперь, что неискаженный в результате записи сигнал
2тпе •» г
77 = 64cos-— воспроизводится прп непостоянной скорости vR(l) движе-
те
ния кинопленки (рис. 73). Очевидно, что из формулы (91) мы получим
98
в этом случае частотно-модулированное во времени колебание, выражае-
мое формулой:
t
Ф = Ф. c°s [ vR (/) dt ] , (85)
0 о
или, гак как для этого случая
то
t
Ф = Фх cos cd (Z) dt. (96)
и
Если скорость движения кинопленки при воспроизведении сигнала
изменяется по гармоническому закону
= + (Й7)
где vm — амплитуда колебаний скорости; 2 —угловая частота изменения
скорости, то переменная слагающая лучистого потока, падающего на
фотоэлемент при воспроизведении записанного сигнала, будет:
Ф = Фх cos [oj0Z + р sin 2z], (98)
где
₽ = (99)
Из сравнения (94) и (96) видно, что действия непостоянства скорости
движения кинопленки при записи и воспроизведении, выявляемые в про-
цессе воспроизведения сигнала, физически одинаковы, поэтому резуль-
таты анализа выражения (98) в одинаковой мере относятся как к иска-
женному воспроизведению неискаженного прп записи сигнала, так
и к неискаженному воспроизведению искаженного при записи сигнала.
Для определения частоты колебания, представленного косинусоидаль-
ной функцией (98), продифференцируем аргумент по времени. Проделав
это, найдем:
d(a»ot + gsinyt) = + cos (100)
пли, так как
2tcv0
к
о__________________________________
Следовательно, угловая частота в выражении (98) изменяется по
гармоническому закону (100), такому же, по которому изменялась ско-
рость кинопленки, т. е. амплитуда изменения частоты пропорциональна
амплитуде скорости, а основная частота — постоянной слагающей скорости.
Формула (98) является типичным выражением частотно-модулпрованного коле-
бания.
Перепишем выражение (98) в виде:
Ф = Ф1 [cos wof 4-cos (£sin Qt) — sin sin (P sin Ш)].
7* 99
Представим cos (3 sin Qt) и sin (₽ sin Qt) в форме рядов:
n=oo
cos (P sin Qz) = J0 (3)+2 2 J2n(?) cos2nQt,
n=l
sin (p sin Qt) = 2 V J2n-i (P) sin [(2n — 1)Ш],
n=l
где Jm(p) (здесь m любой индекс) — функция Бесселя порядка т от аргумента р.
В результате преобразований получим:
Ф = ФрГ0 (р) cos &ot + Ф1Л (Р) cos (<d0 + 2)t—(н) cos (<d0—2) t 4-
-|- Ф]^2 О) cos (<0q -J- 2Q) t Ф^2 (н) cos (<oq — 2Q) 14-
+ . . . =®1 2! Jn(p)cos[(a>0 + n2)«]. (101)
n=— co
Таким образом, частотно-модулпрованное колебание (98) содержит бесконечное
количество комбинационных тонов, отличающихся друг от друга на частоту модуляции.
Амплитуды этих тонов быстро\уменьшаются при уменьшении р, т. е. при постоян-
ных ^ти п Vq, прп уменьшении частоты основного тона о>0 или увеличении угловой
частоты Q колебаний скорости.
Полученное выражение (101) говорит о том, что при колебании скорости движе-
ния кинопленки в процессе воспроизведения косинусоидального сигнала образуются
как нелинейные, так п частотные искажения. у
Нелинейные искажения образуются в форме комбинационных тонов с угловой
частотой <D04-nQ, а частотные искажения ввиду зависимости коэффициента
Jo(3) = Jof 7^
Ч 60
—от угловой частоты о>0 основного тона. Относительные амплитуды
основного колебания и комбинационных тонов как функции р определяются кривыми,
приведенными на рис. 74.
Зависимость относительной амплитуды Jo (Р) основного колебания от его частоты
прп различных значениях коэффициента непостоянства скорости движения кино-
пленки п угловой частоты Q колебаний скорости показана отдельно на рпс. 75 32.
Как видно из этих кривых, частотные искажения имеют наибольшее значение при
низких частотах колебаний скорости, так как в этом случае р при постоянных —
q V°
и <о0 становится больше. При частотах колебаний скорости порядка 7^ = 100 гц и выше
ные
частотные искажения практически малы. С уменьшением v0 (например, 16-л«л« пленка)
п увеличением vm частотные искажения возрастают.
На рис. 76 приведен спектр комбинационных тонов, соответствующий частному
случаю Р = 1, т. е. при ^- = 10гц и ^ = 0,01 — частоте 1000 гц.
Исходя из значений амплитуд комбинационных тонов, можно выразить нелпней-
искажения коэффициентом комбинационных тонов, равным:
Так как
W + 2 2 J"(h) = 1>
П=1
то
' Ck~ •
(102)
При малых значениях частоты колебаний скорости кинопленки,
например 6—12 производимый звук имеет «тремолирующий» харак-
100
Рис. 74. Относительное зна-
чение амплитуд основного
тона и комбинационных то-
нов от величины 3
Рпс. 75. Зависимость относительной ам-
плитуды основного колебания от его часто-
ты при различных значениях коэффици-
ента непостоянства скорости движения
кинопленки (кривые, определяющие ча-
стотные искажения):
1— ^- = 100 aif П — = 0,1%
2л г0
2—^=100 eIf и — = 0,2%
ZK Vq
3—^-=100 гц и — = 0,3%
2л «о
4—^-= 6 гц п ^2=0,1%
Z7C фр
6—-^= 6 гц п ^2 = 0,2%
5— -^- = 6 гц и ^2=0,3%
Рис. 7G. Спектр комбинационных
тонов, соответствующих
» — -"TJ" 11 "—Q Vvvt
₽ — X ПРИ 2^= .10 гц и — = 0,01
101
гер, т. e. звук «плавает». Образующиеся искажения в этом случае назы-г
ваются детонацией первого рода (термин предложен Тагером). При боль-
шей частоте колебаний скорости, например 96 гц и больше, звук стано-
вится уже слитным, и непостоянство скорости движения кинопленки
воспринимается в форме общей «шероховатости» звука и хрипов. Эти
искажения называются детонациями второго рода. Таким образом, деле-
ние на детонации первого и второго рода обусловлено качественно раз-
личным их слуховым восприятием.
Подобные искажения возникают и при непостоянстве скорости дви-
жения кинопленки в процессе записи сигнала. В качестве количественной
Рпс. 77. Кривые минимальной ощутимой величины детонации
для различных частот основного колебания в зависимости от
частоты колебаний скорости пленки (по Альберсгепму и Мак-
кензи)
коэф-
эценки детонации принимается коэффициент детонации, равный
фициенту непостоянства скорости ~ (или коэффициенту частотной
модуляции).
Исследования слухового восприятия колебаний скорости движения
кинопленки при воспроизведении или заппсп сигнала показывают, что:
1) искажения, порождаемые колебаниями скорости движения кино-
пленки, более заметны при передаче музыки, в особенности прп протяж-
ных тонах, чем при передаче речи;
2) особенно остро воспринимаются искажения, вызванные внезапными
толчкообразными изменениями скорости кинопленки;
3) слуховая чувствительность человека к образующимся искажениям
возрастает с увеличением частоты и амплитуды и соответственно гром-
кости воспроизводимого основного тона, а также и с уменьшением час-
тоты колебаний скорости.
На рис. 77 приведены экспериментально полученные (Альберсгеймом
и Маккензи33) кривые зависимости минимально ощутимой величины дето-
1U2
нации, выраженной коэффициентом непостоянства скорости движения
кинопленки (илп коэффициентом частотной модуляции) в процентах от
частоты колебаний скорости при различных значениях частоты основного
тона. Как видно из этих кривых, ухо имеет наибольшую чувствительность
к детонации при частотах колебаний скорости, лежащих в пределах от 1
до 8 гц, причем в этих пределах она мало зависит от частоты колебаний
скорости. Приведенные кривые относятся к звуковому сигналу, непосред-
ственно воздействующему на ухо, например прослушиваемого в телефоне,
без учета реверберационных явлений.
Детонация, выявляемая в процессе воспроизведения сигнала, являет-
ся результирующей детонацией, образующейся вследствие непостоянства
скорости движения кинопленки во всех звеньях тракта звукопередачи
(прп записи, копировании, перезаписи, воспроизведении сигнала); по-
этому за максимально допустимое значение детонации для каждого аппа-
рата (звена) в отдельности должна быть принята величина, меньшая
допустимого значения результирующей детонации.
Учитывая, что количество звукозаписывающей аппаратуры в кинопро-
мышленности ничтожно мало по сравнению с количеством звуковоспроиз-
водящей аппаратуры, выгодно установить для первой более повышенные
требования в отношении детопацпп, чем для второй. За предельную до-
пустимую величину детонации принимаются следующие значения.
При записи и перезаписи: детонация первого рода 0,05%; детонация
второго рода 0,1%. Для массовой звуковоспроизводящей аппаратуры:
детонация первого рода 0,15%; детонация второго рода 0,2%.
Таким образом, прп детонации 0,15% и скорости движения кино-
пленки 456 мм/сек может быть допушена амплитуда колебаний скорости
0,684 мм/сек. В звукозаписывающей аппаратуре при детонации порядка
0,05% амплитуда колебаний скорости не должна быть больше 0,228 мм/сек.
Выполнение данных условий в звукозаписывающей и звуковоспроиз-
водящей аппаратуре требует применения специальных стабилизаторов
скорости, обеспечивающих общий процент детонации прп звукопередаче,
не превышающий указанной величины. Особенно повышенные требования,
как мы видели, предъявляются в этом смысле к звукозаписывающей
аппаратуре. В действительности, в том пли ином аппарате непостоянство ско-
рости движения кинопленки проявляется в форме более сложного коле-
бания скорости по сравнению с чисто косинусоидальным колебанием
вида (97).
Считая, что попрежпему изменение скоростп является периодической функцией
времени (суммой S косинусоидальных колебаний, скоростп с амплитудами угло-
выми частотами и фазами «&), в более общем случае можно написать:
S
vR(t)=v0+ vmkcos(kQt + <fh). (103)
h=l
В этом случае переменная слагающая лучистого потока, падающего на фото-
элемент, представится выражением (показано Бескниьш и независимо от него
Лауфером35):
ф = ф1 2 2 ••• 2 Jn(Pi)Jm(?2) ...
п=—со тп= СО Г=—СО
(S’ сомножителей)
• • • (ng) fos {К 4- (n“i 4- mQ2 + ... 4- r^g)] 14- ncfi 4- ^¥2 4- • • • 4“r<?s}> (104)
где аргументы функций Бесселя:
р _%
v0 •
В случае, когда А=1 п ср2 = О, из формулы (104) получаем выражение (101)
(опуская при 3 и Q индексы 1).
103
§ 19. ФАКТОРЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ
КИНОПЛЕНОК В АППАРАТАХ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА,
И ПРИНЦИП СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ
Непостоянство скорости движения кинопленки в звукозаписывающем
или звуковоспроизводящем аппарате может вызываться различными при-
чинами. Транспортировка кинопленки в любом аппарате осуществляется
с помощью зубчатых барабанов, поэтому непостоянство скорости движе-
ния кинопленки, с одной стороны, обусловливается непостоянством угло-
вой скорости зубчатого барабана, протягивающего кинопленку вблизи
пишущего или читающего штриха; с другой стороны, даже создание
строго равномерного вращения зубчатого барабана еще не обеспечивает
Рис. 79. Положение кинопленки,
ведомой зубчатым барабаном, при
наличии усадки п без нее (на-
верху)
Рпс. 78. Схема механизма привода зуб-
чатого барабана: 1—двигатель; 2,
3—ведущая и ведомая шестерни; 4— зуб-
чатый барабан; 5, 6—подшипники
постоянной скорости движения кинопленки, так как вследствие усадки
кинопленки всегда существует некоторое расхождение между шагом’
зубчатого барабана и шагом перфораций кинопленки.
Таким образом, часть причин, вызывающих непостоянство скорости
движения кинопленки, относится непосредственно к механической системе г
ведущей кинопленку, а другая часть связана именно с кинопленкой.
На рис. 78 представлена простейшая схема механизма привода зуб-
чатого барабана с двигателем. Из рассмотрения этой схемы становятся
ясными следующие факторы, вызывающие колебания скорости зубчатого
барабана:
1) непостоянство крутящего момента, развиваемого синхронным дви-
гателем, в силу зависимости его от частоты и величины питающего напря-
жения, а также угловые колебания скорости двигателя, определяемые
динамическим распределением магнитной индукции вдоль зазора, которая
изменяется на протяжении каждого полуперпода (качание ротора); при
частоте питающего тока 50 гц возникают колебания скорости с основной
частотой 100 гц\
2) изменение трения в подшипниках илп противодействующего мо-
мента с каждым оборотом вала в подшипнике вследствие неравномерности
смазки и неизбежных шероховатостей трущихся поверхностей; основная
частота колебаний скорости, обусловленных данным периодическим
изменением противодействующего момента, равна числу оборотов вала
в секунду, так, например, при шести оборотах вала в секунду с жестко
связанным с ним зубчатым барабаном частота колебаний скорости равна
6 гц\
104
3) колебания угловой скорости ведомой шестерни вследствие несо-
вершенства и износа зубцов в зубчатой передаче и эксцентричности ведо-
мой и ведущей шестерен; прп несовершенстве и износе зубцов в зубчатой
передаче основная частота колебаний скорости равна числу зубцов, при-
ходящих в сцепление в течение одной секунды;
4) наличке эксцентриситета зубчатого барабана; основная частота
колебаний скорости равна числу оборотов зубчатого барабана; так, на-
пример, для 16-зубого барабана основная частота колебаний скорости равна
6 гц, а допустимый «бой» этого барабана, имеющего радиус около 12 мм,
равен примерно 0,02—0,03 мм
в соответствии с данными,
указанными на стр. 103;
5) расхождение между
шагом зубчатого барабана п
шагом перфораций киноплен-
ки вследствие ее усадкп обу-
словливает колебания скоро-
сти с основной частотой 96 гц
(число перфораций, проходя-
щих в одну секунду).
На рис. 79 показано по-
ложение кинопленки, ведо-
мой зубчатым барабаном, прп
наличии усадкп п без нее.
Усадка кинопленки при-
водит к уменьшению шага
пер фо р аций; с л едо вате л ьно,
при наличии усадкп в сцеп-
ление с кинопленкой все зуб-
цы не приходят одновремен-
но. В этом случае кпноплен-
Время,сел
Рис. 80. Кривая изменения скорости v киноплен-
ки, ведомой зубчатым барабаном, при наличии
усадки (ко Дашкиеву)
ка ведется каждым зубцом по
очереди, причем переход от
одного зубца к другому, т. е.
после выхода одного зубца
из перфорационного отверстия и до контакта со следующим зубцом, со-
провождается скольжением кинопленки.
На рпс. 80 показано изменение скорости движения кинопленки в за-
висимости от степени усадки кинопленки; этот график составлен для
16-зубого барабана, обычно применяемого в кинопроекционной аппаратуре,
когда направления движения барабана и силы натяжения кинопленки
противоположны. Как видно пз рпс. 80, при усадке о =0,2 % колебания
скорости отсутствуют.
При увеличении степени усадкп возрастают колебания скорости
и тот интервал времени, в течение которого происходит скольжение кино-
пленки; они достигают наибольшего значения при максимально возмож-
ной усадке порядка 5-= 1,2%.
Максимальная усадка кинопленки прп звукозаписи достигает значе-
ния 0,4% (соответствующая величина колебания скорости равна пример-
но 0,8%), а в фильмокопиях массовой печатп даже 1—1,2%. Учитывая
данный эффект, транспортирующий зубчатый барабан не должен исполь-
зоваться в непосредственной близости к пишущему илп читающему
штриху, ибо в этом случае даже прп постоянной угловой скорости его вра-
щения всегда будут иметь место колебания скорости движения кино-
пленки, вызванные расхождением между шагом перфораций и шагом зуб-
105
чатого барабана. По этой причине для устранения колебаний скорости
движения кинопленки в звукозаписывающем пли звуковоспроизводящем
аппарате за зубчатым барабаном на участке пишущего плп читающего
штриха применяется гладкий барабан (рис. 81), постоянство угловой
скорости вращения которого обеспечивается специальным стабилизато-
ром скорости. Запись и воспроизведение чаще всего производятся на
участке кинопленки, лежащем на гладком барабане. Стабилизатор ско-
рости, или так называемый меха-
нический фильтр, обычно представ-
ляет собой апериодическую меха-
ническую систему, состоящую пз
вращающейся массы (например,
маховика гладкого барабана), име-
ющую упругость пружины или ки-
нопленки и трение. Наличие тре-
ния служит для устранения соб-
ственных колебаний механическо-
го фильтра".
Принцип стабилизации скоро-
сти движения кинопленки заклю-
чается в том, что благодаря вклю-
чению между зубчатым барабаном
и тем участком кинопленки, на ко-
торый падает пишущий или чита-
ющий штрих, механического фильт-
ра последним плохо пропускают-
ся колебания скорости различной
частоты, т. е. механический фильтр
приводит к уменьшению амплиту-
ды колебаний скорости киноплен-
ки на указанном участке. Причем
это относительное уменьшение ам-
плитуды колебаний скорости обыч-
но тем больше, чем выше их ча-
стота.
Прп использовании механиче-
ского фильтра роль каждого эле-
мента лентопротяжного механизма
в отношении стабилизации скоро-
Рпс. 81. Схема лентопротяжного механиз-
ма с гладким барабаном: 7—зубчатый ба-
рабан; 2—гладкий барабан; 3, 4, 5, 6,
15, 16—ролики; 7—коромысло; 8—ось;
9—маховик; 10, 11—рычаги; 12—пружи-
на; 13—набе1ающая кинопленка: 14—сбе-
гающая кинопленка
сти уясняется пз рассмотрения
электрической эквивалентной схе-
мы лентопротяжного механизма,
которая строится па основе метода
электромеханических аналогий.
Качество того пли иного ме-
ханического фильтра оценивается
так называемым коэффициентом защиты, выражающим собой отношение
амплитуды vmex скорости колебаний кинопленки па входе фильтра к ам-
плитуде ятвых скорости колебаний кинопленки на выходе фильтра, т. е.
= (105)
т вых
Например, полагая, что среднее значение vmex=3% и максимально
допустимое значение г?ГПбЫХ=0,2%, находим, что коэффициент защиты не
должен быть меньше 15.
106
В механических фильтрах, служащих для сглаживания колебании
скорости вращения зубчатого барабана, упругость обычно получается
за счет пружины, связывающей ведущую и ведомую частп лентопротяж-
ного механизма (рпс. 82), а в механических фильтрах, действующих в ка-
честве стабилизатора скоростп вращения гладкого барабана в канале
записи или воспроизведения, роль упругого звена играет сама кинопленка
(упругость петли кинопленки).
Рпс. 82. Пружинный механический фильтр: 1 — спираль-
ная пружина; 2—маховик: 3—ведущая шестерпя при-
водного механизма; 4—зубчатый барабан
Стабилизаторы скорости вращения гладкого барабана могут быть
разделены па две группы: 1) стабилизаторы, ведомые кинопленкой;
2) стабилизаторы, ведущие кинопленку.
Пример.
Примером стабилизатора скоростп, ведомого кинопленкой, является стабилиза-
тор скоростп движения кинопленки, показанный па рис. 81 (разработан Мелик-Степа-
няном31). Физический принцип его действия становится ясным из описания его кон-
струкции.
Лентопротяжный зубчатый барабан 7, вращаемый приводным механизмом, падает
на гладкий барабан 2 и убирает с него кинопленку пли точнее—киноленту. Па участке
В гладкого барабана происходит запись пли воспроизведение фонограммы.
По пути от зубчатого к гладкому барабану кинолента огибает направляющие
ролики 3 и прп обратном движении ролики 6, после чего, пройдя зубчатый барабан,
уходит к наматывателю. Вместо одного зубчатого барабана могут быть использованы
два раздельных зубчатых барабана. Свободно вращаемые вокруг своих осей ролики 4
и 5 жестко укреплены на концах легкого коромысла 7, которое в свою очередь может
свободно качаться вокруг оси 8.
Кинолента на протяжении всей своей длины от точки Л до точки В натяпута
с помощью устройства, состоящего из рычагов 10 и 11, свободно качающихся па общей
осп 8 и вместе составляющих упомянутое коромысло 7. Кривые частп данных рычагов
образуют рогатку, в которой размещена пружина 12; трение па оси рычагов 8 играет
роль демпфера. Благодаря такому устройству прп оттягивании роликов 4 и 5 вниз (по
стрелкам) пружина 12 сжимается, в результате чего прп зарядке осуществляется натя-
жение киноленты.
При нахождении механизма в покое патяженпя набегающей 13 и сбегающей 14
ветвей киноленты одинаковы. В процессе же его работы натяжение сбегающей ветви
будет несколько больше патяженпя набегающей ветви ввиду дополнительной нагрузки
на сбегающую ветвь в виде трения в опорах гладкого барабана с маховиком. Поскольку
обе ветви являются натянутыми, между кинолентой и гладким барабаном возникает
трение. Вслед твпе этого кинолента при своем движении вызывает вращательное дви-
жение гладкого барабана с маховиком. Прп этом обе, набегающая и сбегающая, ветви
оказываются почти одинаково натянутыми. Импульсы сил, возникающие на одной из
ветвей, передаются на другую ветвь и тем компенсируют друг друга, в результате чего
гладкий барабан не подвергается их воздействию. Что же касается защиты движения
киноленты па участке записи пли воспроизведения от импульсов, возникающих на
валу самого гладкого барабана, например в силу непостоянства трения в опорах вала,
то оно осуществляется с помощью маховика 9, сидящего па одном валу с гладким
барабаном.
107
§ 20. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕБАНИИ СКОРОСТИ
ДВИЖЕНИЯ ФОНОГРАММЫ
Методы измерения регулярных колебании скорости движения фоно-
граммы в звуковоспроизводящей аппаратуре основаны на применении
испытательного фильма с высококачественной записью косинусоидальных
колебаний строго постоянной амплитуды и различной частоты, преобра-
зовании механических колебаний скорости движения данного фильма
в электрические колебания п анализе последних с помощью специальных
приборов.
Одна группа этих методов (интегральные методы) дает возможность
получить кривую колебаний скорости движения фонограммы, и после
графического или аппаратурного анализа находится амплитуда колеба-
ний скорости и ее периодичность. Другая группа методов измерения осно-
вана на спектральном анализе колебания скорости в электрической форме
(спектральные методы), т. е. на определении частоты и амплитуды отдель-
ных косинусоидальных слагающих колебания скорости, в своей совокуп-
ности характеризующих степень непостоянства скорости движения фоно-
граммы.
Можно отметить следующие методы пзмеренпя колебаний скорости
движения фонограммы, принадлежащие к указанным группам и вполне
обеспечивающие измерение величины детонации порядка 0,02%.
1. Интегральный электрический метод измерения колебаний скорости
фонограммы, основанный на превращении частотно-модулпрованных коле-
баний в амплптудно-модулированные колебания и измерении глубпны
этой модуляции (разработан телефонной лабораторией Белла36).
2. Спектральный электрический метод пзмеренпя колебаний скорости
фонограммы, оспованный на определении амплитуд и частот косинусои-
дальных слагающих результирующего колебания скорости фонограммы
по методу «ищущего» тона (предложенного Грютцмахером37).
Сущность первого метода заключается в следующем: сигнал на испы-
тательном (контрольном) фильме в виде косинусоидального колебания
частотой 2000 или 3000 гц воспроизводится с помощью испытуемого
аппарата.
При наличии колебаний скорости фонограммы по закону
»it (t) = v0+vm cos 2/,
где v0 — постоянная скорость; vm — амплитуда колебаний скорости;
2 —угловая частота колебаний скорости; t — время, переменная слага-
ющая тока на выходе фотоэлемента на основанип (98) будет:
i — cos (cooZ 4- P sin 2 Z),
где o)0 —угловая частота колебаний на контрольном фпльме;
о__ е)о
Р~ 2 ’ Vo '
С целью получения возможности более точного измерения колебаний
скорости производится углубление частотной модуляции (увеличение отно-
3Q vm V х
щения ~ = ЕЛИ коэфпциента частотной модуляции), для чего элек-
трический сигнал на выходе фотоэлемента смешивается с колебаниями
гетеродина: ig = ilq cos угловая частота которых <&д выбирается хотя
и близкой к соо, но несколько большой ее.
Суммарный сигнал
ccs (cd0Z 4 р sin Qt) -f- iig cos <>
108
подводится к модулятору, с помощью которого выделяются колебания
•с разностной частотой и> = со<7— соо. Колебания данного вида могут быть
представлены выражением:
fm = ilrn cos (idZ — p sin 2Z),
где
Рис. 83. Характеристика полосового
фильтра
I в пять-шесть раз оольше .
Ч w wo7
Последние колебания поступают далее на полосовой фильтр, харак-
теристика которого представлена на рис. 83. Полосовой фильтр превра-
щает данные частотно- пли фазо-
модулированные колебания в ам-
плитудно-частотные типа:
if = /с16’;32 cos 2Z cos (cnZ — £ sin Qi),
где S — крутизна кривой (характе-
ристики) фильтра как функции
частоты / = -7^- в рабочей точке А
(см. рис. 83); к± — коэффициент
пропорциональности.
В результате детектирования
(демодуляции) этого сигнала выде-
ляется огибающая А5р2 cos Qt и
измеряется ее амплитуда kSfiQ.
Исходя пз значений данной
амплитуды А:5р2, к и S (извест-
ных пз характеристик конкретного
устройства), находится амплитуда
колебаний угловой частоты скорости
дптся соответственно амплитуда колебаний скорости фонограммы
Электрический сигнал на выходе полосового фильтра можно также
усилить и записать с помощью специального осциллографа. В этом слу-
чае амплитуда модулирующего колебания Тсб’рЗ определяется непосред-
ственно из записи.
р2 и отсюда, зная ю0 и v0, нахо-
гл*
Колебания скорости фонограммы в реальных звуковоспроизводящих
устройствах происходят по сложному закону, т. е. состоят из косинусо-
идальных составляющих колебаний различной частоты (обычно в пределах
от 2 до 200 гц), поэтому определение описанным методом действия всех
составляющих производится путем применения ряда полосовых фильтров.
На рпс. 84 приведены записи действия данных составляющих, характер-
ные для высококачественного воспроизводящего устройства38.
Данный метод измерения колебаний скорости имеет тот недостаток,
что он может быть применен только в том случае, когда тон на фоно-
грамме имеет строго постоянный уровень, ибо колебания уровня сигнала
на пспыта тельном (контрольном) фильме оказывают влияние на измеряе-
мую величину колебаний скорости.
С целью уменьшения чувствительности к изменениям уровня вход-
ного сигнала было предложено39 использовать контур преобразования
частотной модуляции в амплитудную модуляцию в виде двух противо-
фазно включенных контуров. Строгий анализ показывает, что и в этом
случае в значительной степени сохраняется указанный недостаток.
109
Сущность второго метона заключается в том, что к специальному
анализатору подводится исследуемое результирующее колебание скорости
фонограммы в электрической форме и колебание от генератора, частота
которого может плавно изменяться. При частоте колебаний генератора
«ищущего» тона, близкой к частоте той или иной гармонической сла-
гающей колебания скоростп, между этими колебаниями возникают мед-
ленные, так называемые нулевые биения. Данный сигнал с периодом
биений порядка 3 — 5 сек. подается к прибору, отклонения которого
дают возможность определить амплитуду колебания скорости исследуемой
частоты.
Пусть колебание генератора eq = elq cos wZ смешивается с исследуемым
электрическим колебанием e = e1S1 (р) cos (см. формулу 101), угловая
частота которого = w0 -j- Q мало отличается от угловой частоты коле-
баний генератора (о. В результате детектирования образующихся биений
выделяется огибающая биений i — k1J1 (р) cos (w — («Д t, амплитуда кото-
рой Zc1J1(p) измеряется прибором. При установлении ^=1 показания
прибора выражают непосредственно значение функции J1(l3).
Зная Ji(P), по таблицам функций Бесселя находится аргумент данной
функции р и соответственно коэффициент неравномерности скорости фоно-
Vrrt / ГЛ
граммы (<оо и =
— ю0 известны).
В общем случае когда результирующее колебание скоросап фонограммы выра-
жается формулой (103) и генератор настраивается па частоты <о0, ш0 <о0л-22..ч
... <о0 -£ Ql до получения «пулевых» бпений, показание прибора будет прп частоте <о0:
со
яо = к0 П Jo (?z),
1
где П—знак произведения; I порядок измеряемой частоты; при частоте
Я Jo (?l)
тсюда относительное отклонение прибора (на частотах о>0 и
°i _ J°(‘т р A. Jt (ft).
а° т г^Гпт ги! А» ' Jo(^
Jo (н) у Jo (ни
или
(показано Лауфером33).
“I Jo (hi)
Последнее выражение дает возможность, зная с и постоянные аппаратуры к0 и к^
по таблицам функции Бесселя найти аргумент и тем самым определить коэффи-
циент неравномерности скорости движения фонограммы, который будет равен:
Ут =
Уо %
где Qi — частота колебаний скоростп фонограммы, на которую настраивается гене-
ратор.
На рис. 85 и 86 приведены принципиальная схема и фотография
подобного измерителя колебаний скорости фонограммы (разработан Киев-
ским институтом киноинженеров). Данный прибор (см. рис. 85) состоит
из фотоэлектрического устройства (включающего в себя фотоэлемент, уси-
литель, амплитудный ограничитель для поддержания постоянства ампли-
туды напряжения на выходе, оконечный усилитель), вспомогательного
генератора с фильтром и усилителем п анализатора.
110
Рпс. 84. Запись составляющих колебаний скорости фонограммы
в звуковоспроизводящем устройстве
Рис. 85. Принципиальная схема измерителя ко-
лебаний скорости фонограммы (разработанного
Киевским институтом кпноинженеров)
Рис. 86. Фотография измерителя колебаний скорости фонограм-
мы (разработанного Киевским институтом кппоинженеров)
111
Описанные выше методы относятся к измерению колебаний скорости
движения фонограммы непосредственно в звуковоспроизводящей аппара-
туре, ибо они предполагают наличие определенного контрольного фильма.
Получая последний с помощью той илп иной звукозаписывающей аппа-
ратуры, они могут характеризовать суммарные искажения, вносимые
как звуковоспроизводящей, так и звукозаписывающей аппаратурой.
Для определения колебаний скорости движения кинопленки непо-
средственно в звукозаписывающей аппаратуре может быть применен
.Рис. 87а. Периодическое смещение фазы (зуб-
чиков) поперечной фонограммы по отношению
к фазе (зубчикам) другого ее отрезка при
-.наличии колебаний скорости движения кино-
метод фазового сдвига фонограм-
мы (разработанный Лауфером),
сущность которого заключается
в следующем.
На исследуемом звукозапи-
сывающем аппарате записывают-
ся по поперечному методу коси-
нусоидальные колебания (плп
колебания в форме прямоуголь-
ных импульсов). При колебании
скорости кинопленки по гармо-
пленки при записи
нпческому закону vR (/) = v0 4-
-|- vm cos уравнение записан-
ных колебаний па кинопленке
будет иметь впд:
^=Gicos(T+₽sin^r)’
где я —координата вдоль дли-
₽<^>0
= "7Т----• ।
S VO
Полученная после фотогра-
фической обработки записи по-
перечная фонограмма разрезает-
ся на две части, п одна часть
накладывается па другую так,
чтобы фонограммы были совме-
щены друг с другом. При отсутствии колебаний скорости движения кино-
пленки в процессе записи зубчики обеих фонограмм полностью совпадут
друг с другом на всем протяжении отрезков кинопленки. Прп наличии
периодических колебаний скорости будет иметь место периодическое сме-
щение фазы (зубчиков) одной фонограммы по отношению к фазе (зуб-
чикам) другой фонограммы (рис. 87а). Так как
С1)0Ж I о •
Ф = - R sin ----------------------
то разностная фаза или смещение фазы <р2 одной фонограммы по отно-
шению к фазе другой фонограммы определится пз следующего
выражения:
A?==<P2_tF1 = ^ + 2?sin-^sin(-^ + 8) .
Здесь' I — расстояние между двумя участками фонограммы, для которых
определяется разностная фаза i
112
Переменная слагающая разности фаз Да имеет амплитуду:
<?m = 2P Sini^-
При значениях
/= оаГ ;
Згс
2/fo
^к(/; = 0,1,2,3...)
?т ~ макс = 23, т. е. изменяя расстояние Z, можно получить макси-
мальную амплитуду разности фаз <?тМакс- Из рпс. (876), па котором
представлена кривая Да как функция х, следует, что расстояние b между
участками х2 п хг, имеющими наибольшую и наименьшую разности
фаз, может быть определено формулой:
Коэффициент неравномерности скорости движения кинопленки — = —
при максимальной амплитуде разности фаз ат Л1акс = 23 он будет:
Vm ____ макс Q
Го ~ 2 <о0
Подставляя вместо Q величину , а вместо у т макс значении
—— (У < а)0), получим:
'•о
Гт к Ах 7ZUO TzA-r
или в процентах:
. Ю0°о = %,
г’о Ь
Определяя максимальное смещение (амплитуду смещения) фазы
зубчиков Дж и его период Ъ по формуле ^.100%—^^°о, найдем коэф-
фициент неравномерности скорости движения кинопленки Измерение
легко произвести, например, путем проектирования двух участков фоно-
граммы, положенных друг па друга на матовый экран. Получаемый ре-
зультат соответствует случаю идеального воспроизведения записи, про-
изведенной с неравномерной скоростью кинопленки (скорость фонограммы
при воспроизведении постоянна и равна г?0).
8 В. А. Бургоь
ГЛАВА III
СВЕТОМОДУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ЗАПИСИ СИГНАЛА
§ 21. ОБЩАЯ СХЕМА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СВЕТОМОДУЛИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАПИСИ СИГНАЛА
Для получения фотографической фонограммы на кинопленке необхо-
димо устройство, дающее возможность, во-первых, получить на кинопленке
пишущий штрих и, во-вторых, осуществлять изменение (модуляцию) его
длины, освещенности (энергетической освещенности) или ширины соответ-
ственно записываемым колебаниям. Это устройство, именуемое свето-
модулируюшим устройством для записи сигнала, состоит из источника
света, оптической системы и специального прибора—модулятора света.
Модулятор света и источник света чаше всего прелстэвлятот собой
отдельные приборы. Но они также могут быть объединены и в одном
устройстве (например, лампа тлеющего разряда, электроннолучевая
трубка, выполняющие одновременно функции источника п модулятора
света).
Крайними элементами всякого светомодулирующего устройства являют-
ся источник света и пишущий штрих; между ними в зависимости от ков
кретной схемы оптической системы находятся различные оптические
элементы: объективы, лпнзы, зеркальца, диафрагмы (в частности так на-
зываемая механическая щель), заслонки преломляющие, отражающие и
так или иначе ограничивающие своими конечными отверстиями величину
проходящего через них лучистого потока.
Источник света п оптическая система служат для образования пишу-
щего штриха на кинопленке, а функция модулятора света, в том случае
когда он не составляет с источником света одно целое, заключается в воз-
действии его на проходящий постоянный лучистый поток, создаваемый
источником света. В результате этого воздействия происходит изменение
величины лучистого потока, падающего на кинопленку, в форме измене-
ния (модуляции) длины, ширины или освещенности пишущего штриха
в соответствии с электрическим сигналом, поступающим в модулятор
света. Форма данного воздействия определяет собой способ световой
модуляции пли записи.
Пишущий штрих па кинопленке обычно является изображением
диафрагмы так называемой механической щели, имеющей узкий прямо-
угольный вырез; различные способы световой модуляции сводятся в ко-
нечном счете к изменению длины или ширины освещенной части меха-
нической щели пли к изменению ее освещенности.
114
Основными характеристиками светомодулирующего устройства для
записи сигнала являются:
1) световая характеристика светомодулпрующего устройства, пред-
ставляющая собой зависимость величины лучистого или светового пото-
ка, падающего на кинопленку, от напряжения или тока па входе модуля-
тора света;
2) частотная характеристика светомодулпрующего устройства, опре-
деляемая как характеристика зависимости амплитуды переменной соста-
вляющей лучистого пли светового потока, падающего на кинопленку, от
частоты записываемых колебаний (при постоянной амплитуде электриче-
ских колебаний различной частоты на входе модулятора света);
3) чувствительность светомодулирующего устройства, определяемая
величиной отношения изменения лучистого или светового потока, падаю-
щего на кинопленку, к соответствующему изменению электрического
напряжения или тока на входе модулятора света (крутизна световой ха-
рактеристики). Прп поперечной записи, когда освещенность пишущего
штриха сохраняется неизменной, чувствительность светомодулирующего
устройства для записи определяется величиной изменения длины штриха,
а при интенсивной записи—изменением его освещенности при определен-
ном изменении напряжения пли тока.
Первая и третья характеристики являются суммарными характе-
ристиками модулятора света и оптпкоосветптельной системы, объеди-
няющей оптическую систему и источник света, а частотная характери-
стика светомодулпрующего устройства определяется исключительно ча-
стотной характеристикой модулятора света.
§ 22. ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СВЕТОМОДУЛИРУЮЩЕМУ УСТРОЙСТВУ
ДЛЯ ЗАПИСИ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ
На основании условий фотографического процесса звукопередачи
к светомодулирующему устройству для высококачественной записи могут
быть предъявлены следующие основные требования.
1. Пишущий штрих на кинопленке должен иметь ширину, не пре-
вышающую 10—14 [1 при скорости движения кинопленки 456 мм/сек
(24 кадра в секунду). Подобная ширина пишущего штриха на кинопленке
необходима для практически неискаженной передачи колебаний высокой
звуковой частоты.
2. Пишущий штрих на кинопленке должен иметь освещенность,
достаточную для записи сигнала на малочувствительных мелкозернистых
эмульсиях. Для записи на специальных кинопленках чувствительностью
1—1,2 по системе ГОСТ (10—12° X и Д) пишущим штрихом шириной
10 (л освещенность штриха не должна быть меньше 106 лк —5 • 105 лк.
Отношение освещенности пишущего штриха к яркости источника света
может служить мерой геометрической светосилы светомодулирующего
устройства40.
3. Пишущий штрих, падающий на кинопленку, во всех своих участ-
ках должен иметь одинаковую освещенность. Отсюда, в частности, вы-
текает требование резкости края пишущего штриха.
Неравномерная освещенность пишущего штриха оказывает влияние
на фотографический процесс звукопередачи и может приводить к образо-
ванию нелинейных искажений (например, неравномерная освещенность
пишущего штриха вдоль ого длины при поперечной записи).
4. Световая характеристика светомодулирующего устройства долж-
8* 15
на являться линейной в необходимых пределах изменения лучистого пли
светового потока в практическом смысле, т. е. не должна создавать ощути-
мых нелинейных искажений.
5. Светомодулпрующео устройство должно отличаться достаточно
высокой чувствительностью.
6. Светомодулпрующее устройство должно отличаться высокими экс-
плуатационными свойствами, а именно: стабильностью действия (в част-
ности, малой чувствительностью к перегрузке и температурным влия-
ниям), удобствами регулировки и контроля.
Выполнение всех указанных требований зависит от свойств оптико-
осветительной системы и модулятора света.
§ 23. ОСВЕЩЕННОСТЬ ПИШУЩЕГО ШТРПХА
В процессе фотографической записи используется главным образом
видимое излучение, ибо применяемые кинопленки, не чувствительные
к красным и инфракрасным лучам, хотя и чувствительны к ультрафиолето-
вым лучам, но обычная оптическая записывающая система сильно пх по-
глощает. Только некоторые оптические записывающие системы, сделан-
ные из специального стекла, обусловливают сравнительно высокую про-
пускаемость света коротких длин волн.
На этом основании для процесса фотографической заппсп мы в даль-
нейшем ограничиваемся рассмотрением видимых световых величии: свето-
вого потока F. освещенности Е, яркости В, коэффициента светопропуска-
нпя в пределах видимой частп спектра р, хотя более правильно рассмотреть
п в этом случае соответствующие энергетические величины.
Для перехода к этим последним мы должны считать, что F выра-
жает собой лучистый поток, Е — энергетическую освещенность, В — энер-
гетическую яркость, р — коэффициент пропускания лучистого потока.
Полагая, что от источника света исходит пучок лучей одинаковой
яркости В во всех направлениях, выходное отверстие каждого оптиче-
ского элемента светомодулирующего устройства можно рассматривать как
излучающее тело с равномерно распределенной яркостью рВ, где р — коэф-
фициент пропускания оптической системы, включая данный элемент.
Световой поток, излучаемый бесконечно малой площадкой dSh про-
межуточного к-го элемента АкВк и проходящий через бесконечно малую
площадку dSk+t последующего А-;-1-го оптического элемента Ak+iBk±i,
равен (рпс. 88):
dFM = phJriBdSkduk cos ф>., (106)
пли, так как
__ rfSfc-H COS^i
>
inh, k+t
TO
Pk+iB dSk dSiti-i cos cos ф/?ц.(107)
mh,h+l
где — телесный угол лучей, определенный бесконечно малой пло-
щадью к 1-го элемента и расстоянием т между А-м и к 4- 1-м элемен-
тами; ф/г и —углы между осью пучка, составляющей центры Ok
и элементарных площадок А-го и А-)-1-го элементов и нормалями
Nk и Nk.vi к данным площадкам; рк+1 — коэффициент пропускания опти-
ческой системы из А-}-1 элементов.
Распространяя в первом приближении формулу (107) на конечные,
параллельные площадки смежных оптических элементов в виде механи-
116
ческой щели и сферического объектива, которые (площадки) перпенди-
кулярны осп и малы по сравнению с расстоянием между ними, получим:
F = (108)
(109)
(показатели преломления сред предмета и изображения п и п полагаем
равными 1) и, следовательно
pixBS а'2
F = p~BSmo? = -—. (НО)
В данных формулах: /’ — световой поток, выходящий из изображающего
объектива; — площадь механической щели; 50 — площадь входного отве[-
Рпс. 88. Световой поток dF^^, проходящий через элементарную
площадку Л+1-го элемента оптической системы
стия (зрачка) изображающего объектива; hl — расстояние между механи-
ческой щелью и изображающим объективом; р — коэффициент пропускания
оптической системы; R — радиус входного отверстия изображающего объек-
тива; а = п sin U — входное апертурное число в пространстве предметов (U —
половина апертурного угла в пространстве предметов), или, как мы будем
говорить в дальнейшем, сокращенно—входная апертура; а' = п' sin U' —
выходное апертурное число в пространстве изображений (U' — половина
апертурного угла в пространстве изображений), пли сокращенно—выходная
апертура; р — коэффициент увеличения объектива.
Прп равномерном распределении светового потока F ио площади Sx
пишущего штриха освещенность последнего:
тр _pBS0Sm___ r>_ Sm „2 / 1 f I \
или, так как
4- = ?2 (112)
II
а' = ра, (113)
то
EN = pB^. (114)
Таким образом, освещенность пишущего штриха на кинопленке опре-
деляется яркостью источника света В, коэффициентом пропускания опти-
ческой системы р и выходной апертурой (выходным апертурным числом)
а' объектива, образующего пишущий штрих. При полном заполнении выход-
ного отверстия объектива световым пучком (полном использовании выход-
ной апертуры объектива) освещенность пишущего штриха на кинопленке
117
не зависит от параметров п расположения прочих промежуточных опти-
ческих элементов. Что же касается величины светового потока, падаю-
щего на кинопленку в форме пишущего штриха, то он согласно форму-
ле (110) определяется яркостью источника света В, коэффициентом про-
пускания прозрачности р, выходной апертурой (выходным апертурным
числом) а' изображающего объектива, площадью механической щели и
коэффициентом увеличения р объектива.
§ 24. ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ЩЕЛЬЮ
И БЕСЩЕЛЕВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Для получения пишущего штриха на кинопленке применяются опти-
ческие системы двух видов: 1) оптические системы с механической щелью;
2) бесщелевые оптические системы.
Общая схема образования пишущего штриха при использовании оп-
тических систем первого вида показана на рис. 89. Механическая щель
Рис. 89. Схема образования пишущего
штриха при использовании оптической
системы с механической щрлыо (D—ме-
ханическая щель)
D освещается той или иной осве-
тительной системой п изображает-
ся объективом О на кинопленке F
в виде пишущего штриха D' необ-
ходимых размеров. В качестве изо-
бражающего объектива могут быть
использованы как сферические, так
и цилиндрические линзы плп си-
стемы линз.
Изображение механической ще-
ли, создаваемое одной цилиндри-
ческой линзой при расположении
осп цилиндра линзы в горизон-
тальной пли вертикальной плоско-
сти, дает возможность точно огра-
ничить лишь один пз размеров пишущего штриха — его ширину или
длину. Для ограничения обоих размеров пишущего штриха наряду со
сферической системой могут быть использованы две цилиндрические линзы
с взаимно перпендикулярной установкой осей цилиндров (рпс. 90).
В том случае когда цилиндрическая линза устанавливается в не-
посредственной близости к кинопленке, ограничение обоих размеров
штриха может быть достигнуто при применении одной цилиндрической
линзы путем диафрагмирования линзы в . направлении осп цилиндра
и покрытия входного отверстия световым пучком (рис. 91).
Если механическая щель изображается цилиндрическими линзами
с взаимно перпендикулярной установкой осей цилиндров (анаморфотная
оптическая система), то 3^ в формуле (108) равно 4а3ар?г2, где as и со-
действующие входные сагиттальная и меридиональная апертуры цилин-
дрических линз; т —расстояние между механической щелью и изобра-
жающим объективом, состоящим пз двух скрещенных примыкающих
друг к другу цилиндрических линз. В этом случае световой поток F,
падающий на кинопленку в пределах площади пишущего штриха, равен:
• F = ipBSrna.sa.h
(115)
где р — коэффициент пропускания оптической системы; В — яркость ис-
точника света; Sm — площадь выреза механической щели, п соответственно
(114) освещенность пишущего штриха40
EX ~ ipBafsat,
(116)
118
Рип. 90. Изображение механической щели Рпс. 91. Ограничение длины пишу-
двумя цилиндрическими линзами с пер- ' щего штриха диафрагмой D цилин-
пспдпкулярной установкой осей цилин- дрической линзы С
дров: D —механическая щель, С\, С2—ци-
линдрические линзы с взаимно перпенди-
кулярной установкой осей цилиндров:
D'—изображение механической щели
Рис. 92. Освещение механической щели D осветительной си-
стемой съемочного гппа: L—источник света; К—конденсор;
D—механическая щель; О—объектив; F—пленка
Рис. 93. Освещение механической щели D осветительной
системой проекционного типа. Обозначения здесь те же,
что и на рис. 92
119
где а' п а{ — выходные сагиттальная и меридиональная апертуры цилин-
дрических линз.
Для цилиндрической линзы под меридиональной апертурой усло-
вимся понимать апертуру в плоскости, проходящей через ось цилиндри-
ческой поверхности и перпендикулярной плоской грани линзы (пли ей
параллельной), которую будем называть меридиональной плоскостью
симметрии линзы. Сагиттальной апертурой условимся считать апертуру
в плоскости, перпендикулярной меридиональной и проходящей через
середину образующей (или плоскости, ей параллельной). Эту плоскость
будем называть сагиттальной плоскостью симметрии линзы. Апертуры
а3 а,, а' и aj показаны на рпс. 90 (только в этом случае необходимо пред-
положить, что линзы Сг и С2 на рис. 90 непосредственно примыкают друг
К другу).
Освещение механической щели производится оптпкоосветптольными
системами, которые делятся на два основных типа.
1. Осветительная система съемочного типа в виде источника света L
и конденсора К, который изображает источник света в плоскости механи-
ческой щели D (рпс. 92). Обычно в качестве источника света для целей
заппсп применяют низковольтные лампы накаливания со спиральными
нитями. Наличие отдельных витков нптп приводит при использовании
данной осветительной системы со сферической оптикой к недостаточно
равномерной освещенности механической щели по ее длине.
2. Осветительная система проекционного типа, в которой механиче-
ская щель D располагается вблизи конденсора К, изображающего нить
лампы L во входном отверстии объектива О (рис. 93).
Осветительная система проекционного типа в отличие от осветитель-
ной системы съемочного типа обусловливает более равномерную освещен-
ность пишущего штрпха на кинопленке и уменьшает влияние располо-
жения нити лампы па освещенность штрпха. Неравномерная поверх-
ностная яркость нити лампы будет сказываться в большей степени па из-
менении абсолютной освещенности пишущего штрпха в целом, нежели
на изменении освещенности отдельных его участков. Это достоинство
осветительной системы проекционного типа имеет особое значение при
использовании ламп со спиральной нитью п заппсп но поперечному мето-
ду, когда неравномерная освещенность пишущего штрпха может повлечь
за собой образование больших нелинейных искажений.
В случае осветительной системы съемочпого типа для использования по возмож-
ности большего количества света,
(L
1 п
сГ
Рис. 94. Срезание боковых пуч-
ков света, участвующих в обра-
зовании изображения механиче-
ской щели на пленке при освети-
тельной системе съемочного типа
(см. рис. 92)
прошедшего через конденсор, следует стремиться
к тому, чтобы изображение светящейся поверх-
ности лампы не слишком выходило за пределы
выреза механической щели и покрывало бы ее пол-
ностью. Кроме того, необходимо, чтобы по воз-
можности все пучки света, которые дают изобра-
жение источника света в пределах механической
щелп D, попадали в объектив О. Каждая точка
этого изображения образована одинаковыми схо-
дящимися пучками, основанием для которых яв-
ляется выходное отверстии конденсора.
Такие же пучки исходят от каждой точки
механической щелп по направлению к объекти-
ву; например, точки изображения, совпадающие
с крайними точками а и b механической щелп D
(см. рис. 92), образованы пучками cad и cbd. Они
посылают в объектов пучки c1ad1 и c.bd2. Поэто-
му, если объектов расположен так, что его входное
всех падающих па него пучков света, то даваемое
отверстие не обнимает полностью
пм изображение механической щелн не будет иметь равномерную освещенность. При
срезании им боковых пучков (рпс. 94) произойдет уменьшение освещенности концов
оптпческой щели. Приближать для устранения этого явления объектив к механической
J20
щели нельзя, так как его положение обусловливает правильную фокуспрсвку пишу-
щего штриха на пленке. Передвижение же конденсора к источнику света хотя и делает
возможным попадание всех лучей в объектив, но одновременно сопровождается
увеличением изображения светящейся поверхности лампы и у-иепыпением величины
пучков, образующих каждую его точку. Вследствие этого часть изображения источника
света, находящаяся вне пределов выреза механической щели, возрастает и уменьшается
общая освещенность пишущего штриха.
Из сказанного следует, что прп данном способе освещения механической щели
входное отверстие (а следовательно, прп данном фокусном расстоянии п относительное
отверстие) объектива должно быть достаточно большим.
Кроме того, должен быть произведен соответствующий подбор объектива и конден-
сора применительно к тому плп иному типу экспонирующей лампы п по отношению
друг к другу.
Применение осветительной системы проекционного типа при изобра-
жении источника света с уменьшением позволяет использовать объектив
Рис. 95. Схема хода лучей в оптической системе с дополни-
тельной линзой для получения равномерной освещенности
пишущего штриха. Обозначения те же, что и на рпс. 92
с меньшим входным отверстием. Это следует из того, что световой пучок,
попадающий в объектив от всех точек конденсора, имеет наименьшее
сечение в плоскости изображения светящейся поверхности лампы, а по-
следняя как раз в данном случае совпадает с входным отверстием объек-
тива.
Механическая щель при таком способе располагается почти вплот-
ную к конденсору, так как только при этом положении она будет наибо-
лее равномерно освещена. В этом случае можно считать, что каждая точ-
ка механической щели является центром излучения одинаковых пучков
света, имеющих основанием одну и ту же поверхность входного отверстия
объектива.
Если в осветительной системе съемочного типа поставить перед меха-
нической щелью дополнительную линзу Кг (рпс. 95) так, чтобы послед-
няя вместе с конденсором давала изображение светящейся поверхности
лампы во входном отверстии объектива, то, по существу, мы уже будем
иметь осветительную систему проекционного типа. Применение в этом
случае дополнительной линзы Кг даст возможность сосредоточить во
входном отверстии объектива все пучки света, исходящие от точек изобра-
жения светящейся поверхности лампы. Этим самым будет достигнута
более равномерная освещенность пишущего штриха на кинопленке.
Прп применении осветительной системы проекционного типа изобра-
жение источника света должно заполнять по возможности большую пло-
щадь входного отверстия объектива, но не выходить за его пределы.
В противном случае часть света не будет попадать в объектив, что приве-
дет к уменьшению общей освешенностп пишущего штриха на пленке.
Необходимое заполнение входного отверстия объектива изображе-
нием светящейся поверхности лампы может быть произведено соответ-
ствующим выбором конденсора. Диаметр последнего должен быть несколь-
12J
ко больше длины прямоугольной механической щелп, чтобы осветить ее
полностью. Обычно употребляемые экспонирующие лампы имеют светя-
щуюся поверхность в виде спирали с прямолинейной осью, поэтому,
когда их изображение полностью помещается во входном круглом от-
верстии объектива, оно не покрывает последнего целиком.
При использовании той пли иной осветительной системы будем
в дальнейшем под Sm и соответственно понимать фактическую площадь
заполнения механической щели (осветительная система съемочного типа)
или входного отверстия объектива (осветительная система проекционного
типа) изображением источника света.
Если светящаяся поверхность имеет форму спирали лампы, то только
при плотном расположении витков спирали (когда задние частп вптков
плотно закрывают зазоры между передними частями) изображение источ-
ника света будет покрывать сплошь отверстие механической щели или
объектива. В общем случае вместо п 50 можно писать Рщ^и р050,
где рт п р0—коэффициенты заполнения, a Sm и 5()—площади механиче-
ской щели п объектива.
Когда при применении осветительной системы проекционного типа изображение
нити лампы во входном отверстии объектива имеет неравномерную яркость и не запол-
няет его площадь, световой поток равен:
2? = ^- B(G,H)dGdH, (117)
где G и II—координаты системы, связанной с входным отверстием объектива:
В (G, II)—закон распределения яркости на входном отверстии объектива.
Для большего использования светового потока, излучаемого обычно небольшой
светящейся поверхностью лампы, следует применять короткофокусные конденсоры.
Последние могут быть придвинуты ближе к источнику света и прп том же диаметре за-
хватывать лучи света в пределах большего телесного угла (конденсоры с большим отно-
сительным отверстием). Но если круглое входное отверстие объектива в точности пол-
ностью покрывается изображением светящейся поверхности лампы, то поступающий
в пего световой поток не зависит от фокусного расстояния конденсора.
Конденсор состоит из одной или нескольких линз. Применение нескольких линз
имеет целью повышение световой эффективности конденсора за счет уменьшения сфе-
рической аберрации.
Осветительные системы проекционного типа широко используются
в оптических звукозаписывающих (в особенности, когда эти системы слу-
жат для поперечной записи) и звуковоспроизводящих системах.
Осветительная система съемочного типа, прп которой нить лампы
изображается непосредственно в плоскости механической щелп, находит
свое ограниченное применение лишь при интенсивной пли продольной
записи или тогда, когда в оптической системе участвуют цилиндрические
линзы. При интенсивной записи неравномерная освещенность вдоль пишу-
щего штриха не приводит к образованию таких нелинейных искажений,
как в случае поперечной записи. Применяя же цилиндрические линзы,
получаем резкое изображение нити лампы лишь в одной плоскости и раз-
мытое—в другой плоскости, что способствует получению более равно-
мерной освещенности светового штриха на кинопленке. Па этом принци-
пе основано образование светового штриха практически равномерной
освещенности в так называемых бесщелевых оптических системах. В дан-
ных системах ширина светового штриха образуется путем получения изо-
бражения цилиндрическими (пли цилиндрическими в д^омбпнации со сфе-
рическими) линзами нити лампы непосредственно на кинопленке.
Простейшая схема образования светового штриха на кинопленке без
применения механической щели изображена на рпс. 96. В вертикальной
плоскости цилиндрическая линза С2 изображает диаметр спирали L
.лампы на кинопленке F, определяя ширину светового штриха. В горизон-
122
тальяой плоскости цилиндрическая линза Сг дает изображение нити L
лампы в бесконечности, покрывая прп этом пучком света входное отвер-
стие цилиндрической линзы С2. Длина светового штриха определяется
диафрагмой D, находящейся вблизи кинопленки.
В данном случае световой поток, излучаемый светящейся площадкой,
лишь частично проходит через изображающую лпнзу С2 соответственно
Рис. 93. Простейшая бссщслевая оптическая система: L—ис-
точник света; Сг и С2—цилиндрические линзы с взаимно
перпендикулярной установкой осей цилиндров; D—диа-
фрагма; F—пленка
Рпс. 97. Оптическая система из цилиндр Инеской €\ п сферической С2
линз с дополнительной диафрагмой D\ h и k'—средние точки диа-
фрагмы D п ее' изображения на пленке F
входному отверстию последней, и освещенность пишущего штриха в пер-
вом приближении на основании формул (115) и (116) равна:
En = 4^°и<х«2 } (118)
ojv
где Se — используемая площадь светящейся поверхности L источника
света; — действующая меридиональная входная апертура цилиндри-
ческой линзы Сг' as2 — действующая сагиттальная входная апертура
цилиндрической липзы С21 Sy — площадь пишущего штриха.
Некоторым видоизменением является схема, в которой длина свето-
вого штриха ограничивается изображением в горизонтальной плоскости
некоей диафрагмы, переносимым наряду с изображением в вертикальной
плоскости нити лампы на кинопленку. Подобная схема изображена на
рис. 97. В вертикальной плоскости нить лампы изображается сферической
линзой С2 на кинопленке и образует ширину светового штриха. В гори-
зонтальной плоскости нпть лампы фокусируется цилиндрической линзой Ct
123
во входном отверстии сферической линзы С2. В этой плоскости цилиндри-
ческая линза С\ п сферическая линза С2 совместно изображают диа-
фрагму D, находящуюся между нитью и линзой на кинопленке, опре-
деляя этпм изображением длину светового штриха.
Основным недостатком бесщелевых оптических систем является то
обстоятельство, что при их использовании ширина светового штрпха за-
висит не только от параметров оптических элементов и их расположения,
но и от размера, формы и положения нити лампы. Бесщелевые опти-
ческие системы применяются в любительской узкопленочной аппаратуре.
В более совершенной звукозаписывающей и звуковоспроизводящей
аппаратуре используются оптические системы с механической щелью.
Применение механической щелп обеспечивает стабильность размеров
и положения светового штрпха на кинопленке и пх независимость
от источника света.
Применение же цилиндрических линз независимо от механической
щелп выгодно в том отношении, что дает возможность иметь различные
апертуры и масштабы изображений в горизонтальной и вертикальной
плоскостях, а следовательно, лучше использовать источник света, повы-
сить светосилу и сократить габарит оптической системы. Отношение ме-
жду длиной н шириной пишущего пли читающего штрпха колеблется
примерно в пределах от 100 до 500 и даже более. Так, например, ширина
штрпха 0,01 лиг, длина 1.8 мм и отношение их 180; прпширокой
противофазной заппсп, когда длина штрпха 5 мм, а ширина его 0,01 мм,
отношение указанных размеров = 500. По этой причине механическая
щель прп непосредственном изображении ее на пленке объективом должна
иметь размеры, находящиеся в таком же соотношении.
Для повышения освещенности светового штрпха па кинопленке иног-
да устанавливают механическую щель несколько большей ширины и ста-
вят перед объективом цилиндрическую линзу.
Как известно, цилиндрическая линза в плоскости, проходящей через ее оптиче-
скую ось и геометрическую ось цилиндра, действует, как плоскопараллельная пластин-
ка, а в плоскости, перпендикулярной к ней,—как сферическая линза, дающая изображе-
ние. Поэтому прп расположении геометрической оси цилиндра параллельно длине меха-
нической щели цилиндрическая линза будет оказывать действие только па изменение
ширины изображения этой щелп. В результате световой штрих на кинопленке будет
иметь необходимые размеры.
При применении осветительной системы съемочного типа такое употребление
цилиндрической линзы дает возможность использовать большую светящуюся поверх-
ность спирали лампы, длина которой значительно меньше той, которая необходима для
получения только что указанного выше отношения длины к ширине. Кроме того, при-
менение цилиндрической линзы может обусловить получение более пли менее равно-
мерной освещенности светового штрпха даже при неравномерной яркости светящейся
поверхности лампы. Происходит это за счет того, что светящаяся точка изображается
цилиндрической линзой в виде некоторой прямой, параллельной геометрической оси ее
цилиндра; например, если светящаяся поверхность лампы пмет форму еппралп, отдель-
ные впткп которой расположены вертикально, а геометрическая ось цилиндра цилин-
дрической линзы расположена горизонтально, то по указанной причине последняя даст
па-кппоплепке растянутое в линию изображение точки каждого витка, способствуя
этпм самым более равномерному распределению света в пределах светового штриха.
Требования, которые предъявляются к цилиндрической линзе, зави-
сят от того, как располагается геометрическая ось ее цилиндра по отно-
шению к длине механической щели. Пусть, например, цилиндрическая
линза изменяет ширину изображения механической щели, т. е. геометриче-
ская ось ее цилиндра расположена параллельно длине механической
щели. В этом случае ширина ее входного отверстия должна быть сделана
такой, чтобы, с одной стороны, изображение было достаточно резким
124
и свободным от влияния аберраций в направлении своей ширины и, с др\ -
гой—обладало бы по возможности большей освещенностью.
Требование получения высокой резкости изображения механической
щели является важным для неискаженной звукозаписи; поэтому для вы-
полнения его приходится идти па некоторый компромисс за счет второго
требования, а именно: несколько сокращать путем диафрагмирования
ширину входного отверстия цилиндрической линзы, что, конечно, при-
водит к некоторому понижению освещенности светового штриха на кино-
пленке. В этом отношении использование цилиндрической линзы для из-
менения длины изображения механической щелп более выгодно. В по-
следнем случае геометрическая ось ее цилиндра располагается перпенди-
кулярно к длине механической щели; поэтому резкость краев оптической
щели, ограничивающих ее по ширине, уже будет зависеть не от цилиндри-
ческой линзы, а от сферического изображающего объектива. Это дает
возможность использовать большую ширину входного отверстия цилин-
дрической линзы, т. о. повысить освещенность светового штриха.
Указанное преимущество при расположении геометрической оси
цилиндра цилиндрической линзы перпендикулярно к длине механической
щели имеет место главным образом прп интенсивной и продольной записях
и воспроизведении сигнала с фонограммы переменной плотности. В отно-
шении искажений, возникающих прп данных методах записи и воспроиз-
ведения, главное значение имеет ширина светового штриха, а не
распределение освещенности вдоль его длины. Поэтому если даже прп
указанном применении цилиндрической линзы ширина входного отверстия
последней и обусловит несколько неравномерное распределение освещен-
ности вдоль светового штриха, то это не будет иметь большого значения.
Что же касается поперечной записи и воспроизведения сигнала с попереч-
ной фонограммы, то здесь указанное расположение цилиндрической
линзы уже пе имеет такого преимущества. В данном случае нельзя
допускать неравномерной освещенности вдоль светового штриха (или тем
самым нерезкостп концов штриха), так как это повлечет за собой образо-
вание нелинейных искажений.
Отдельные линзы и объективы, применяемые в оптической звукоза-
писывающей системе, играют существенную роль в отношении качества
записи на кинопленке. В особенности это относится к тем из них, которые
дают изображение механической щели на кинопленке в форме пишущего
штриха. Использование простой цилиндрической линзы для изображения
ширины механической щелп на кинопленке обычно пе обеспечивает
высокого качества пишущего штриха. Чаще всего применяют микро-
объективы или фотографические объективы специальной конструкции.
Микрообъективы по сравнению с обычными фотографическими объек-
тивами имеют меньшее фокусное расстояние. При их применении пре-
имущественно используется осветительная система проекционного типа.
В целях получения достаточно высокой светосилы светомодулпрую-
щего устройства выгодно применять объективы по возможности большей
апертуры пли с большим относительным отверстием. Так как физическая
светосила зависит еще от коэффициента пропускания оптической системы,
то для ее увеличения целесообразно использовать и просветленную опти-
ку. Потери на отражение от одной поверхности, в среднем равные 0,05
для обычной оптики, снижаются до 0,004 - 0,005 в случае применения
просветленной оптики.
Кроме того, просветленная оптика дает возможность уменьшить рас-
сеяние света и тем самым повысить резкость изображения.
Для получения изображения высокого качества в пределах достаточно
большого поля объективы прп большой апертуре или относительном от-
125
верстии должны обладать хорошей коррекцией. Обычно запись звука про-
изводится на малочувствительной мелкозернистой кинопленке, которая
обладает относительно высокой чувствительностью к коротким волнам
спектра. Поэтому выгодно иметь наилучшую коррекцию именно в этой
области. За предельное значение можно принять ультрафиолетовую об-
ласть, соответствующую примерно 340—365 шр, однако желательно
также иметь высокую коррекцию по крайней мере до 550 ту.. Иначе гово-
ря, необходимо совпадение плоскостей изображения объектива для этого
диапазона длин воли света. Коррекция изображающих элементов оптики
в данных пределах особенно важна прп оптической системе, предназначен-
ной для записи ультрафиолетовыми лучами плп белым светом.
При записи ультрафиолетовыми лучами используется узкая спектральная полоса
спектра, что выгодно не только в отношении улучшения частотной характеристики
фонограммы, но и для увеличения разрешающей силы самой оптической системы из-за
уменьшения диапазона коррекции хроматической аберрации.
В высококачественных коррегированных объективах фактором, ограничивающим
разрешающую силу объектпва, является дифракция па краях щели. Как известно,
разрешающая сила мпкрообъективов прямо пропорциональна их апертуре п обратно
пропорциональна длине волны света. Поэтому для увеличения разрешающей силы
выгодно использовать при записи свет коротких длин воли, чтобы получить более
совершенное изображение весьма узкого пишущего штриха па кппопленке.
Увеличение апертуры приводит к увеличению разрешающей силы, по одновремен-
но при возрастании диаметра входного отверстия это уменьшает глубину резко изобра-
женного пространства, понижает стабильность фокусировки и увеличивает эффект кри-
визны поля. Кривизна поля изображения при работе объектпва с большим полем зрения
вызывает наибольшие искажения изображения механической щели на кинопленке,
т. о. пишущего штриха. К конденсору и копденсорпым линзам, применяемым в опти-
ческой системе, предъявляются более" простые требования. Правда, для них также-
имеет значение устранение аберраций, но уже не в смысле получения более совершен-
ного изображения, а для увеличения их световой эффективности. Таким образом,
уменьшение сферической аберрации желательно и для конденсора и для конденсорных
линз, диаметр которых в основном определяется размерами отдельных диафрагм.
При использовании коротковолнового света ко всем элементам опти-
ческой системы предъявляется требование по возможности меньшего по-
глощения ими света (большего пропускания), что вызывает необходимость
применения специально рассчитанных линз пз особых сортов стекла.
Фокусное расстояние всех оптических элементов определяется кон-
структивными соображениями. В целях сокращения габарита оптиче-
ской системы выгодно использовать по возможности более короткофокус-
ные конденсорные и изображающие линзы.
Построение и конструктивное оформление оптической системы нс
должны вызывать появления ощутимого случайного (рассеянного) света,
попадающего на кинопленку.
§ 25. ЭКСПОНИРУЮЩИЕ ЛАМПЫ II ИХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Принимая за меру-7 светосилы светомодулирующего устройства L
отношение освещенности пишущего штриха к яркости источника
света, согласно (114) имеем:
L = ^ = />ra'2, (119)
где р—коэффициент пропускания оптической системы; а'—действующая
выходная апертура.
Фотографическая запись колебаний пишущим штрихом шириной 15
на специальных мелкозернистых кинопленках при средних светосиле
светомодулпрующего устройства, равной 0,094 (коэффициент пропуска-
ния р — 0,75; действующая выходная апертура а' — 0,2), и необходимой осве-
126
щенности штриха 7s\r=5-105 лк требует применения источников света
с яркостью порядка 530 сб.
Прп использовании осветительной системы проекционного типа дан-
ный подсчет относится к тому случаю, когда входное отверстие изобража-
ющего объектива целиком покрыто изображением источника света. В этом
случае освещенность пишущего штриха на кинопленке зависит только
от яркости В источника света и выходной апертуры а' объектива и не
зависит от размеров светящегося тела, т. е. от силы света источника,
равной произведению яркости источника света на его площадь.
Наоборот, когда размеры светящегося тела таковы, что они не обеспе-
чивают полного покрытия входного отверстия изображающего объектива,
освещенность пишущего штриха согласно (111) будет зависеть от яркости
и действующей апертуры или в конечном счете от величины изображения
источника света во входном отверстии объектива и тем самым от силы света
фиктивного источника во входном отверстии объектива.
Из сказанного следует, что, придерживаясь требования наиболее пол-
ного использования входного отверстия (апертуры) изображающего объ-
ектива, источник света должен иметь не только ту пли иную яркость, вхо-
дящую в формулу (Ш), но и соответствующие размеры. С точки зрения
потребляемой мощности необходимо стремиться к тому, чтобы при опре-
деленной яркости светящегося тола его размеры были меньше.
Учитывая, что оптическая записывающая или воспроизводящая
система воспринимает излучение источника света лишь в пределах неболь-
шого телесного угла, и следовательно, пе может рационально использовать
излучение светящегося тела сравнительно больших размеров, которое
в то же время требует большой мощности, для записи обычно применяют
маломощные (до 80 вт) низковольтные (6—12 в) лампы накаливания с до-
статочно малыми размерами светящегося тела. Это светящееся тело пред-
ставляется в виде вольфрамовой спирали из довольно толстой нити (спи-
ральная форма уменьшает потери на охлаждение и создает размеры светя-
щегося тела, необходимые для покрытия входного отверстия объектива).
Использование вольфрама для тела накаливания обусловлено его
высокой температурой плавления (примерно 3650° К).
Экспонирующие лампы для записи изготовляют вакуумными и газо-
наполненными. В вакуумных лампах вольфрамовая спираль находится
в баллоне, из которого выкачан воздух, а в газонаполненных лампах—
в баллоне, который наполнен инертным газом (например, аргоном) или
смесью инертных газов. Инертные газы, с одной стороны, препятствуют
распылению (испарению) вольфрамовой спирали и покрытию стопок кол-
бы лампы оседающими частицами вольфрама (в виде черного налета,
уменьшающего световой поток), с другой стороны, они повышают свето-
отдачу лампы, так как позволяют увеличить температуру накала спирали.
Применяемые для записи лампы накаливания мощностью до 80 в?п
создают температуру накала вольфрамовой спирали примерно до 3200° К,
чему соответствует, как это видно из кривой, приведенной па рпс. 98,
яркость ламп до 2100 сб. Световой поток, световая отдача (отношение
между световым и лучистым потоками) или удельный расход (отношение
лучистого потока в ваттах к силе света в свечах), ток и срок службы
ламп зависят от напряжения.
Существует следующая эмпирическая формула для светового потока
вакуумной лампы накаливания с вольфрамовой нитью (по Федорову413):
/’= l,48-105(Z2’8Z-2’6t73’6, (120)
где F — световой лоток (в лм); d и Z — дпаметр и длина нити (в с.и);
[/ — напряжение (в в).
127
Прп небольших изменениях напряжения U от номинального напряже-
ния Uo (не более 10 — 20%) можно считать (по Иванову 436), что значе-
ния соответствующих характеристик п и тг0 подчиняются формуле:
где nQ — физическая величина, относящаяся к той или иной характе-
ристике лампы и соответствующая номинальному напряжению С/Го; п —
она же при напряжении U.
Рис. 98. Кривая зависимо-
сти яркости вольфрама от
температуры (по Форсайту
и Уортспигу)
Рпс. 99. Зависимость светового потока,
световой отдачи, тока п срока службы
экспонирующих ламп накаливания от
напряжения
Коэффициент т пмеет примерно следующие значения для различных
характеристик вакуумных ламп:
Световой поток, или сила света (F).3,6
Мощность (Р) ................ 1,55
Удельный расход (Л).............—2,03
Ток (7)...........................0,58
Срок службы (£)...............от —11,2 до —14,8
Зависимость данных характеристик от температуры Т нити лампы
может быть представлена в форме:
Здесь г — электрическое сопротивление.
Для газонаполненных ламп, потребляющих ток более 2,5 а при рабо-
чей температуре Zo = 295O° К. указанные коэффициенты имеют значение:
и р у о £ р а
0,391 U,113 0,202 0,724 0,254 0,852 -0,0282
Как следует из приведенных данных, с увеличением напряжения
световой ноток лампы довольно сильно возрастает, но срок ее службы
при этом резко сокращается. Срок службы лампы зависит от скоростп
распыления вольфрама с поверхности раскаленной нити. У газонаполнен-
ных ламп распыление, представляющее собой процесс диффузии паров
вольфрама сквозь окружающую нить атмосферу газа, пмеет меньшее зна-
чение, чем у вакуумных ламп.
128
Па рис. 99 приведены примерные кривые зависимости светового по-
тока, световой отдачи, тока п срока службы от напряжения для ламп на-
каливания с вольфрамовой нитью416. Пз этого рисунка следует, что увеличе-
ние напряжения примерно на 50% от номинального приводит к быстрому
перегоранию лампы, а уменьшение напряжения приблизительно на 60% —
практически к полному отсутствию излучения лампы.
Наряду с яркостью и размерами светящегося тела имеет существен-
ное значение для записи также спектральный состав излучения лампы.
При выборе того или иного типа экспонирующей лампы для оптиче-
ской записывающей системы, помимо получения наибольшей яркости и
необходимого спектра излучения (например, коротких длин волн), при за-
данных габаритах необходимо учитывать также степень равномерности
освещенности пишущего штриха на кинопленке, срок службы и потребляе-
мую мощность, а также удобства регулировки расположения лампы, вы-
текающие пз конструкции лампы. В этом отношении большую роль
играют формы п размеры источника света. Лампы, обычно применяемые
для записи звука, имеют нить накала в виде спирали с тесно располо-
женными витками, причем конденсор дает изображение спирали во вход-
ном отверстии объектива пли на зеркальце модулятора света.
С эксплуатационной точки зренпя выгодно иметь размеры псточнпка света боль-
шие по сравнению с темп, которые точно обеспечивают полное покрытие входного
отверстия объектпва или модуляционного зеркальца изображением источника. Это
выгодно потому, что в этом случае имеют место определенные удобства и стабильность
регулировки расположения лампы. Кроме того, входное отверстие объектпва или моду-
ляционное зеркальце должны покрываться пзображеппСхМ лишь центральной части спи-
рали лампы, так как краевые витки последней накаливаются значительно меньше, чем
центральные. Поэтому длина спирали должна превышать ее диаметр не менее чем втрое,
а при применении цилиндрических линз плп узких и длинных модуляционных зер-
калец—еще в большей степени.
Световой поток, излучаемый нптыо накала, повышается с возрастанием диаметра
нити (при постоянной ее длине) и напряжения (см. формулу 120), а срок службы данной
лампы резко понижается с увеличением напряжения (см. формулу 122).
Пить накала выгодно использовать сравнительно большого диаметра, так как
с его увеличением (при постоянной температуре) световой поток п срок службы лампы
возрастают. Чтобы предотвратить чрезмерное охлаждение концов спирали, увеличе-
ние диаметра нити должно сопровождаться увеличением ее длины, хотя это и приводит,
как следует из (120), к некоторому уменьшению светового потока.
Различная температура внешней и внутренней поверхности витков обусловлпвает
их неодинаковую яркость. Так как обычная прямолинейная спираль не представляет
собой поверхности одинаковой яркости
во всех точках, то при ее использовании П/аААААААААЛ (\AAAZl
нельзя получить строго равномерную inNNNNNNNN
освещенность диафрагмы конденсора и t/vuu
пишущего штриха на кинопленке. Для J в o'
устранения данного дефекта, т. е. для
получения более плп менее равномер- Рпс. 100. Прямолинейная и выгнутая спи-
пых освещенности диафрагмы кондеи- ралп экспонирующих ламп
сора и освещенности пишущего штри-
ха на кинопленке, спираль несколько сгибают в горизонтальной плоскости, чтобы
центры витков лежали на некоторой кривой, близкой к дуге окружности (рпс. 100).
Прп малых размерах светящейся спирали требуется большее ее увеличение для
покрытия входного отверстия объектива или модуляционного отверстия, а чем больше
увеличение, тем требуется большая точность при установке. Кроме того, не всегда
большое увеличение может быть достигнуто в той или иной оптической системе. При
пользовании источником света малых размеров возрастает влияние провисания нити
(спирали) и механических вибраций. Увеличение размеров источника света, как уже
указано, вызывает неизбежное увеличение тока и потребляемой электрической мощ-
ности. В этом случае усложняется задача регулировки тока и повышаются требования
к конструкции лампового цоколя; кроме того, нужно принять ряд мер для создания
наилучших условий охлаждения осветительного устройства.
Необходимость потребления по возможности меныпей электрической мощности
(в особенности при использовании аккуму чяторов) имеет существенное значение и по-
этому должно учитываться при выборе того пли иного типа пишущей лампы.
9 в. А. Бургов
129
В звукозаписывающей аппаратуре завода Ленкинап применяются
вольфрамовые лампы накаливания Электролампового завода с выгнутой
спиралью размером 5x1,75 мм2.
Излучательная способность этих ламп при различных режимах ха-
рактеризуется экспериментально определенными значениями (по измере-
ниям Черного28), приведенными в табл. V.
Таблица V
Излучательная способность вольфрамовой лампы накаливания
Электролампового завода,
предназначенной для фотографической заппсп
Ток (а) Напря- жение и (*) Мощ- ность W (вт) Световой поток F (ЛЛ1) Световая отдача т) (лм/вт) Температу- ра К° (градусов Кельвина) Срок службы L (в часах)
6,5 7,4 48 570 11,8 2 890 3 000
7,0 8,6 60 910 12,7 3 060 400
7,5 9,6 72 1320 18,4 3 180 100
8,0 10,8 86 1890 24 3 290 20
Номинальный ток накала лампы 7,5 а.
Относительное спектральное распределение энергии излучения (отно-
сительная спектральная плотность излучения, см. стр. 131) лампы дан-
ного типа при различных температурах (соот-
ветствующих току накала лампы 6,5; 7; 7,5
и 8 а) показано на рпс. 101.
Рис. 102. Экспониру-
ющая лампа К-25
Рис. 101. Кривые относительной световой
энергии, излучаемой вольфрамовой лам-
пой накаливания прп различных темпе-
ратурах (по Черному)
Наряду с данной лампой применяется также аналогичная лампа
К-25 (рис. 102), но с несколько повышенной номинальной мощностью
Данные этой лампы указаны в табл. VI.
Таблица VI
Данные лампы К-25
Напряжение (в) Сила тока («) 1 Световой поток (лм) Световая отдача (лм/вт) Средняя продолжи- тельность горения (в часах)
10,5 7,8 1970 24 25
130
Пример.
Используя прп применении осветительной системы того пли иного типа:
1) вольфрамовую лампу накаливания Электролампового завода;
2) изображающий мпкрообъектив с действующей выходной апертурой, опреде-
ленной размерахмп изображения источника света во входном отверстии
а'=0,20;
3) коэффициент пропускания оптической системы
р = 0,75;
4) ширину пишущего штриха при скоростп движения кинопленки vr = 456 мм]сек
6^=15(1=0,015 мм;
5) специальную мелкозернистую кинопленку, требующую экспозицию порядка
HN=i7 лк-с,
имеем потребную освещенность пишущего штрпха порядка
bN =--
&NVr
17-456
0,015
5-105 ля,
где т—время экспозиции.
Получение этой освещенности ппщущего штрпха требует согласно. (114) яркости
источника света не менее
En _ 5.10s
В ^Pa'g2 0,75-3,14-0,22^'')о° б’
каковая достигается установлением соответствующей температуры и
электрического режима лампы.
Давая характеристику экспонирующим лампам, мы всюду выше
пользовались светотехническими единицами, соответствующими зритель-
ному ощущению глазом человека тех пли иных световых явлений.
Такая общепринятая оценка экспонирующих ламп не является точной,
поскольку прп фотографической записи сигнала воспринимающим орга-
ном является уже не глаз человека, а светочувствительный слой кино-
пленки. Более правильной является оценка экспонирующих ламп энер-
гетическими п фотографическими характеристиками их светового* излу-
чения.
1
Рассмотрим эти характеристики, чтобы выяснить ту связь, которая существует
между энергетическими и световыми величинами, оценивающими энергию по зри-
тельному впечатлению.
Световая энергия, излучаемая лампой накаливания, определяется температурой,
излучательными свойствами материала, геометрическими размерами и формой тела
накала. Рабочая температура тела накала ограничивается температурой плавления
материала и требованием его термической стойкости (в смысле распыления мате-
риала тела накала) в вакууме или газообразной среде. Излучательные свойства тела
накала определяются его физической природой и степенью экранирования частей
раскаленной поверхности ее смежными частями. Вследствие данного эффекта экра-
нирования от формы тела накала зависит величина эффективной поверхности из-
лучения.
У тела накала в форме спирали благодаря экранированию частп его внутренней
поверхности эффективная поверхность излучения будет меньше, чем у тела накала
в форме прямолинейной нити того же диаметра и длины; эффективной поверхностью
излучения последнего будет полная его поверхность.
Лучистый поток, или мощность излучения тела накала с эффективной площади
S (см2), прп высокой рабочей температуре Т и непрерывном спектре излучения в пре-
делах волн от 0 до оо определяется выражением:
со
Ф (Т) = SR (Т) = S г (X, Т) dX (э, сек, плп вт), (123)
0
где В (Т) — мощность излучения с единицы поверхности пли полная энергетическая
светимость (э/см2-сек., плп ет/см2); г (X, Т) — спектральная плотность излучения или
9* 131
спектральная энергетическая светимость (вт/сля3); Т—абсолютная температура тела
накала (в градусах Кельвина); Sr (к,Т) d\ выражает собой лучистый поток в интер-
вале длин волн от X до X-j-(2X при температуре Т. Далее имеем:
r(k,T) = z(K, Т)гачт(к, Т), (124)
где е (X, Т) — монохроматическая испускательная способность тела накала, опреде-
ляемая экспериментальным путем; гачт(к, Т) — спектральная энергетическая свети-
мость абсолютно черного тела.
Как видно пз формулы (124), монохроматическая пспускатсльпая способность
тела представляет собой отношение количества лучистой энергии, испускаемой эле-
ментом поверхности данного тела, к количеству лучистой энергии, испускаемой рав-
ным элементом поверхности абсолютно черного тела при той же температуре и за
тот же промежуток времени. Согласно закону Планка:
С2
'•ачтС- П=С1Х-5(елТ-1)-1 ет/с^,
где Сг = 3,7-10“12 вш/см* и C2 = l,43 c.w°K (К — Кельвина).
Монохроматическая испускательная способность вольфрама характеризуется
экспериментальными данными, приведенными в табл. Vila.
Таблица Vila
Монохроматическая испускательная способность вольфрама
(по данным Орнштейна42)
\ т°к 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
300 0,488 0,486 0,483 0,481 0,478 0,475 0,473 0,470
325 0,476 0,474 0,472 0,470 0,469 0,467 0,465 0,463
350 0,469 0,468 0,467 0,466 0,465 0,464 0,463 0,462
375 0,476 0,475 0,473 0,472 0,471 0,470 0,469 0,468
400 0,479 0,476 0,474 0,471 0,468 0,466 0,463 0,460
425 0,473 0,470 0,467 0,463 0,460 0,457 0,453 0,450
450 0,470 0,466 0,463 0,459 0,456 0,452 0,449 0,445
500 0,459 0,456 0,453 0,450 0,447 0,444 0,441 0,438
550 0,453 0,451 0,448 0,446 0,443 0,441 0,439 0,436
600 0,447 0,445 0,443 0,441 0,438 0,436 0,434 0,432
650 0,440 0,438 0,436 0,434 0,432 0,430 0,428 0,426
700 0,436 0,434 0,431 0,429 0,427 0,425 0,423 0,420
750 0,430 0,426 0,422 0,418 0,414 0,410 0,405 0,401
800 0,418 0,409 0,401 0,392 0,383 0,375 0,366 0,357
900 0,398 0,387 0,376 0,365 0,354 0,342 0,331 0,320
1000 0,375 0,303 0,351 0,339 0,327 0,315 0,302 0,290
1 100 0,345 0,334 0,322 0,311 0,299 0,288 0,276 0,265
1200 0,317 0,308 0,298 0,289 0,279 0,270 0,260 0,251
1300 0,295 0,288 0,280 0,273 0,266 0,258 0,251 0,244
1400 0,278 0,273 0,268 0,263 0,258 0,253 0,247 0,242
1500 0,264 0,261 0,258 0,256 0,253 0,250 0,247 0,244
Монохроматическая испускательная способность вольфрама е (X, Т) в пределах
от 1600 до 3000 °К сравнительно мало зависит от температуры. В зависимости от
длины волны в пределах от Х = 300 m р. до Х = 1 р. она изменяется от 0,46 — 0,49 до
0,29 — 0,37, т. е. при переходе от коротковолнового (ультрафиолетового) излучения
к длинноволновому (инфракрасному) монохроматическая испускательная способность
вольфрама уменьшается. <
Особенно малое изменение монохроматической пспускательной способности
вольфрама имеет место в пределах длин волн от 0,3 до 0,7 р.. Расчетные кривые
зависимости спектральной энергетической светимости вольфрамовой нити г (а, Т) от
длины волны X для различных температур Т (или цветовых температур Тс) приведе-
ны на рпс. 103. На этом же рисунке показаны соответствующие кривые спектральной
132
энергетической светимости абсолютно черного тела гачт (X, Г). Ординаты кривых
г (к, Т) являются произведениями ординат гачт (X, Т) на соответствующие значения
монохроматической пспускательной способности вольфрама, которые приведены
в табл. \ Па.
Повышение температуры накала вольфрамовой нити приводит к довольно рез-
кому возрастанию спектральной плотности излучения и потока лучистой энергии
в видимой части спектра, причем с повышением температуры максимум спектральной
плотности излучения перемещается в область более коротких длин волн. Температура
накала вольфрамовой нити является весьма существенным фактором, от которого
зависят не только спектральная плотность излучения п поток лучистой энергии, но
и экономичность лампы и срок ее службы.
Рпс. 103. Крпвые спектральной плотности излучения абсолютно
черного тела (7, 2, 5, 4t 5, 6) и вольфрамовой нити (7'. 2'.
4', 5', в'). Кривые спектральной плотности излучения рассчитгшы
по формуле Планка (6^ = 3-7 -10~5 эрг. см~2 • сск~* и С2= 1,433 см °К,
Л в см); Т— абсолютная температура еК
В применении к телу накала различают истинную, Цветову го и яркостную тем-
пературы. Яркостная температура определяется температурой абсолютно черного
тела, обусловливающего яркость, равную яркости данного излучателя.
Цветовая температура представляется температурой абсолютно черного тела,
дающего излучение того же цвета, как и у данного излучателя.
Для вольфрама и других металлов яркостная температура ниже, а цветовая
температура выше истинной температуры (табл. VII б).
Таблица VII6
Значения яркостных и цветовых температур (°К) для вольфрама43
Истинная тем- пература . . 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300
Яркостная тем- пера тура . . 1943 2026 2109 2192 2274 2356 2437 2516 2595 2673 2750 2827 2903 '
Цьетовая тем- пература , . 2137 2242 2347 2452 2557 2663 2770 2878 2986 3094 3202 3311 3422
133
Световой поток, обусловливаемый экспонирующей лампой, в пределах длин волн
от Xj до Х2 будет равен:
Л 2
F (Т) = 5 V (X) г (X, Т) dk лм, (125)
Л1
где Xt и Х2—предельные длпны воли в видимой частп, равные в случае всей видимой
полосы Х1=0,4и иХ2=Ю,76у.; V (X) — коэффициент видности монохроматического потока,
равный отношению видимого (светового) потока dF (Т) элементарного пучка лучистой
энергии к энергетическому (лучистому) элементарному потоку dS г (X, Т), переноси-
мому тем же пучком.
Коэффициент впдностп V (X), обусловленный чувствительностью глаза, является
функцией длины волны X и выражается в люменах на ватт.
Максимальное значение коэффициент впдностп имеет прп X = 0,555 (л; прп этой
длине волны он равен 621 лм/вш.
Кривая на рпс. 104 выражает относительные значения V (X) (по отношению
к максимальному значению при Х = 0,555 р) в зависимости от длпны волны X.
Как видно из этой кривой, коэффициент впдностп больше в желто-зеленой
области спектра и меньше в синей и красных областях спектра.
Если прп длине волны X коэффициент видности равен п лм/вш, то физически это
означает, что 1 вт монохроматического света с длиной волны X соответствует зри-
тельному впечатлению, вызываемому световым потоком в п лм.
Обозначая отношение коэффициента видности монохроматического потока V (X)
к максимальному значению коэффициента впдностп Умакс — 621 лм/вт через У\ (X),
Фим. Син Зел. жы Оршж. красн
Длина волны к
Рис. 104. Кривая зависимости
относительного значения ко-
эффициента видности от длп-
ны волны X
можно написать для видимого светового потока, из-
лучаемого вольфрамовой нптыо, следующее выра-
жение:
Я=0,76
F(T) = svMaKC г,(Х)г(к, т)А.
Я=0,4
Световая отдача излучения вольфрамовой нити
при той пли иной температуре, оцениваемая отно-
шением светового потока (в люменах) к полному
лучистому потоку (выражаемому в ваттах), будет
равна:
Л2=0,76
У F (X) г (X, Т) dk
_Л1=ол----------------- _
1 со
J г (X, Т) dk
о
Данная величина определяет световую отдачу излучения идеальной вольфрамо-
вой нити без учета тепловых потерь, которые имеют место в реальной лампе.
Как указано выше, световой поток, излучаемый экспонирующей лампой, еще
недостаточно характеризует ее качество, ибо спектральная чувствительность глаза
не отвечает спектральной чувствительности кинопленки, используемой для записи.
Очевидно, что ваилучшее использование экспонирующей лампы имеет место, когда
спектральный состав ее лучистого потока максимально приближается к спектральной
характеристике кинопленки, применяемой для записи.
В общем случае фотографическое действие экспонирующей лампы определяется
фотоактиннчным энергетическим потоком лучистой энергии, который может быть
п редставлен выражением:
Я2
ФК(Т) = 5 5(Х)г(Х)г(Х, Г) А,
Л1
где S—эффективная площадь тела накала; г (X, Т)—спектральная энергетическая
светимость; S (X)—спектральная чувствительность кинопленки; т (X)—коэффициент
пропускания света с длиной волны X, или спектральный коэффициент пропускания
оптической записывающей системы (включая колбу экспонирующей лампы); Xj и
Х2—крайние длины волн излучения лампы или спектральной чувствительности кино-
пленки.
Произведение т (X) г (X, Т) представляет собой спектральную плотность излуче-
ния, попадающего на фотослой.
134
Если т(Х).г(Х, Т) и S (к) представлены кривыми как функции к, то последний
интеграл имеет смысл площади, ограниченной кривой, получившейся в результате
произведения отдельных частных ординат данных кривых в пределах значений к от Хг
до Х2.
Произведение SS (X) т (X) г (к, 71) Лк выражает собой монохроматический фото-
актиничный поток. Па рис. 105 приведены кривые монохроматических фотоактпнпч-
ных потоков (как функции X), относящиеся к случаю использования для записи
несенсибплизированной кинопленки типа ЗТ и экспонирующей вольфрамовой лампы
накаливания, работающей при температурах 2890, 3060, 3180 и 3290° 28. Кривые,
показанные пунктиром, имеют место при исполь-
зовании специального фильтра для записи ультра-
фиолетовым светом.
§ 26. НЕПОСТОЯНСТВО СВЕТОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАМПЫ ВО ВРЕМЕНИ
КАК ИСТОЧНИК ИСКАЖЕНИЙ
Световое излучение экспонирующей лам-
пы, в том случае когда модуляция свето-
вого потока осуществляется отдельным мо-
дулятором света, должно быть строго по-
стоянным во времени. Непостоянство све-
тового излучения в зависимости от харак-
тера его изменения и метода записи может
оказывать то пли иное влияние на качество
звукопередачи. Так, например, пусть при
периодическом изменении светового излу-
чения с угловой частотой 2 за счет пита-
ния экспонирующей лампы плохо выпрям-
ленным пли даже переменным током экспо-
зиция кинопленки в процессе интенсивной
или продольной заппсп изменяется по за-
кону:
Я0 = Я; + ?/; cos2Z;
где Я' —средняя экспозиция; Я' —ампли-
туда экспозиции.
Тогда экспозиция кинопленки в слу-
чае записи косинусоидального сигнала
с угловой частотой со и коэффициентом мо-
дуляции тп будет:
Рис. 105. Кривые зависимости
монохроматического фотоа кти-
нпчиого потока прп звукозаписи
от длины волны X (по Черному).
Пунктиром показаны кривые
при записи ультрафиолетовым
излучением; 7—7=2890° К (ток
лампы 6,5л); 2—Т= 3060° К (ток
лампы 7л); 3—7=3180е К (ток
лампы 7,5л); 4—7=3290° К
(ток лампы 8л)
Я = Яо (1 + ?п cos wZ) = Я' (1 + m0 cos 2z) (1 J- m cos coZ) =
= Я' £ l-|-7ncosu)Z-|-m0cos2z-j- —°—cos (w-{-2) Z-J-^^cos (w--S) Z ,
где = — коэффициент модуляции мешающих колебаний изменя-
ющегося светового излучения экспонирующей лампы.
Таким образом, в этом случае имеем нелинейные искажения пере-
даваемого сигнала в форме образования побочных тонов с частотами
2, cd 4- 2 и о) — 2.
При поперечной записи периодическое изменение светового излучения
во времени вызовет образование на кинопленке поперечной фонограммы
переменной плотности с аналогичными искажениями.
В целях предотвращения указанных искажений, которые даже при
малом проценте пульсации выпрямленного тока могут оказывать сильное
135
влияние на качество звукопередачи (колебания напряжения на экспони-
рующей лампе не должны быть больше ±0,1%), для питания экспони-
Рис. 106. Образование нелинейных ис-
кажений при смещении рабочей точки
на кривой пропускания копии: IIN—экс-
позиция негатива; тр—коэффициент
пропускания позитива; А и А'—точки,
соответствующие двум значения средней
экспозиции. При смещениям от точки Л
к точке А1 уменьшается уровень и ис-
кажается форма записанного сигнала
рующих ламп обычно используются
аккумуляторы Медленное изменение
светового излучения экспонирующей
лампы при использовании аккумуля-
торов, не будучи компенсированным
установлением надлежащего режима,
также может оказывать неблагопри-
ятное влияние на качество звукопере-
дачп. Так, например, обусловлива-
емое подобным непостоянством свето-
вого излучения уменьшение средней
экспозиции (экспозиции паузы) кино-
пленки прп интенсивной записи при-
водит к смещению рабочей точки на
кривой пропускания копии, следстви-
ем чего может являться образование
нелинейных искажений и уменьше-
ние отдачи фонограммы (рис. 106).
При поперечной записи уменьшение
постоянной освещенности пишущего
штриха вызовет соответствующее по-
нижение плотности негатива фоно-
граммы, чем нарушится оптимальный
режим фотографической обработки как негатива, так и позптпва фоно-
граммы. В этом случае также произойдет увеличение нелинейных искаже-
ний и уменьшение отдачи фонограммы.
§ 27. ТППЫ МОДУЛЯТОРОВ СВЕТА
(КЛАССИФИКАЦИЯ МОДУЛЯТОРОВ СВЕТА)
Для получения световой модуляции, соответствующей записываемым
звуковым колебаниям, применяются различные модуляторы света. Их
классификация приведена на рис. 107 (см. также44).
Модуляторы света можно разделить на три основные группы:
1) модуляторы света электромеханического типа;
2) модуляторы света электрооптического типа;
3) модуляторы света электроннолучевого типа.
Отличительным свойством модуляторов света первой группы являет-
ся наличие в них механической подвижной системы. Модуляторы света
электромеханического типа с подвижной механической системой предста-
вляют собой электромеханические преобразователи типа двигателей,
т. е. приборы, в которых электрическая энергия преобразовывается в меха-
ническую энергию.
К числу подобных приборов принадлежат электромеханические
осциллография и гальванометры различных конструкций.
Модуляторы света электромеханического типа, как электромеханиче-
ские преобразователи типа двигателей, могут быть классифицированы по
принципу преобразования электрической энергии в механическую энер-
гию или по способу получения силы, приводящей в действие механическую
подвижную часть, играющую роль собственно модулятора света. С дан-
ным принципом непосредственно связан характер механической части
и магнитной системы модулятора света. Так, например, электромеханпче-
136
Рис. 107. Классификация модуляторов света
137
ские модуляторы света могут быть разделены на электромагнитные, ма-
гнито-электрические, пьезоэлектрические, электродинамические и другие
типы.
Каждый из этих типов в свою очередь определяет наиболее целесооб-
разные с точки зрения применения в реальных конструкциях виды меха-
нических, магнитных и электрических систем. На практике преимуще-
ственно используются магнито-электрические и электромагнитные модуля-
торы света.
Модуляторы света электрооптического типа не содержат подвижной
механической системы, и их действие основано на определенных электро-
оптических эффектах, которые дают возможность создать модулированный
световой поток. К числу электрооптических модуляторов света относятся,
например, лампа тлеющего разряда, ячейка Керра, дифракционный
ультразвуковой модулятор света. Модуляторы света электроннолучевого
типа используют явление флуоресценции под действием электронной бом-
бардировки. Модулированный по величине пли по положению электрон-
ный поток с помощью люмпнесцирующего слоя превращается в соответ-
ствующий модулированный световой поток. Принципиально возможно
также непосредственное воздействие электронного модулированного пучка
на фотослои.
Модулятор света того плп иного типа вместе с соответствующей опти-
ческой системой образует светомодулирующее устройство. Из числа
названных, за исключением лампы тлеющего разряда и электроннолуче-
вых модуляторов света, все остальные модуляторы света требуют при-
менения отдельного источника света (экспонирующей лампы).
Электромеханические модуляторы света по функциональной роли
механической подвижной части как собственно модулятора света могут
быть разделены на два основных вида.
1. Подвижная механическая часть играет роль заслонки, ко-
торая совершает колебания по закону передаваемого сигнала и изменяет
(перекрывает, модулирует) геометрические размеры светового пото-
ка, дающего изображение на кинопленке в виде пишущего штриха
(рис. 108а).
2. Подвижная механическая часть воздействует на постоянный све-
товой поток таким образом, что приводит во вращательные колебания ма-
ленькое зеркальце, поворот которого изменяет направление отражен-
ного от него светового потока. Этот световой поток в форме ограниченного
светового пятна попадает па механическую щель или во входное отвер-
стие того или иного оптического элемента, и изменение его положения при-
водит к изменению величины светового потока, дающего изображение на
кинопленке в виде пишущего штрпха (рис. 1086).
В обоих случаях прп надлежащем построении оптической системы
поведение механической подвижной частп в значительной степени опре-
деляет характер изменения светового или лучистого потока, падающего
на кинопленку при записи.
Характеристики движения механической подвижной части являются
характеристиками модулятора света, а характеристики изменения свето-
вого или лучистого потока, падающего на кинопленку, представляют
собой характеристики светомодулирующего устройства в целом.
Характеристики светомодулпрующпх устройств с электрооптиче-
скими и электроннолучевыми модуляторами света определяются характе-
ристиками соответствующих физических эффектов (явлений).
На рпс. 109 приведена схема классификации возможных модуляторов
света (световых реле) по физическим явлениям (эффектам), лежащим
в основе действия того или иного модулятора, света.
138
В настоящее время в звуковой кинематографии применяются моду-
ляторы света электромеханического и электрооптического типов. Наибо-
лее широкое распространение получили электромеханические модуля-
торы света.
Модуляторы света электромеханического типа могут быть применены
для осуществления высококачественной как поперечной записи в форме
модуляции длины, так и интенсивной пли продольной записи в форме изме-
нения освещенности или ширины пишущего штрпха. В первом случае
имеет место поперечная фонограмма,
а во втором и третьем случаях—фоно-
Рис. 108а. Схема модуляции свето-
вого потока заслонкой’: S—заслонка;
JD—диафрагма; V и V—плоскости
возможного расположения заслон-
ки; О—объектив; F—кинопленка
грамма переменной плотности.
Рпс. 1086. Перемещение изображения диа-
фрагмы прп вращении зеркальца модулятора
света: а—угол поворота зеркальца; d—вели-
чина смещения изображения одной точки ди-
афрагмы g в плоскости механической щели
AyA2; gi и "2—изображения точки g, соответ-
ствующие двум положениям; и .?2 зеркаль-
ца модулятора; ms—расстояние между зер-
кальцем и механической щелью
Учитывая качество и эксплуатационные достоинства современных
модуляторов света электромеханического типа (зеркальный гальванометр),
целесообразно использование пли специальное построение пх также
и для интенсивной записи.
Использование существующих электромеханических модуляторов
света для получения и интенсивной записи выгодно в том отношении, что
для этой цели могут быть произведены лишь незначительные изменения
в оптической частп имеющейся звукозаписывающей аппаратуры, т. е.
тем самым сохраняется действующий парк аппаратуры.
§ 28. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СВЕТОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ МОДУЛЯТОРОВ СВЕТА
Для оптических систем с механической щелью в случае выполнения
условия прохождения светового .пучка, выходящего из механической щели
целиком через изображающий объектив (что обычно осуществляется путем
установки вблизи механической щелп дополнительной конденсорной лин-
зы, изображающей источник света в пределах входного отверстия объекти-
ва), световой поток, падающий на кинопленку:
F = S0E0 = SmEm, (126)
139
где aVq и Sm — действующие входные отверстия изображающего объектпва
и механической щели; Ео и Ет — освещенности данных отверстий.
Освещенности EQ и Ет равны (см. формулу 1U8):
(127)
= (128)
где /П9 и То —силы света фиктивных источников в механической щели
и во входном отверстии объектива; В — яркость источника; р1 —коэффи-
циент пропускания оптической системы до изображающего объектива;
т — расстояние между механической щелью и объективом.
Отсюда следует, что в общей форме модуляция светового потока,
падающего на кинопленку, может быть осуществлена путем изменения
действующей (освещенной) площади плп освещенности механической щели
или соответственно освещенности или действующей (освещенной) площади
входного отверстия изображающего объектива.
Действительно, из выражения (127) следует, что прп постоянной
яркости В источника света изменение действующей площади Sm механи-
ческой щели означает (прп указанном выше условии непрерывности
световых лучей в оптической системе механическая шель—объектив)
изменение освещенности EQ входного отверстия *У0 изображающего
объектива; аналогично согласно (128) изменение освещенности Ет меха-
нической щели означает изменение действующего входного отверстия
объектива.
Различные способы модуляции отдельных параметров пишущего
штриха по закону передаваемого сигнала сводятся к модуляцпп площади
пли освещенности механической щели или соответственно освещенности
пли площади входного отверстия изображающего объектива или цилин-
дрической линзы.
На рпс. 110 приведена классификация различных способов модуля-
ции с помощью электромеханических модуляторов света.
Данные способы модуляции могут быть осуществлены путем коле-
баний светотеневых пли светоградационных изображений той пли иной
формы, перекрывающих (освещающих) данпые оптические элементы с по-
мощью модуляторов света с подвижным зеркальцем плп заслонкой. Для
образования этих изображений обычно используют коррегпрованные
объективы, причем качество данных изображений, осуществляющих моду-
ляцию, должно быть высоким. Прп применении модуляторов света с по-
движной заслонкой объектив дает непосредственно изображение колеблю-
щейся заслонкп в плоскости механической щели или во входном отвер-
стии другого объектпва. Прп использовании зеркальных модуляторов
света объектив изображает неподвижную диафрагму или оптический клин
переменного пропускания в плоскости механической щели путем отра-
жения светового пучка от зеркальца так, что колебания изображения
диафрагмы или оптического клина по закону передаваемого сигнала в дан
нои плоскости вызываются колебаниями зеркальца вокруг его оси.
Использование подвижных изображений в плоскости механической
щели или изображающего объектива илп цилиндрической линзы вместо
подвижных объектов (заслонок) выгодно в отношении чувствительности
светомодулирующего устройства. Их применение дает возможность полу-
чить большее перемещение изображения по сравнению с перемещением
самого объекта и, кроме того, выгодно в смысле конструктивных удобств
размещения модулятора света в оптической системе.
140
Рис 109 Классификация модуляторов света по физическим явлениям (эффектам), которые принципиально могут быть использованы
для построения модуляторов света
Электрический разряд в газах 5 Электрооптические и магнитооптические модуляторы света
Свечение накаленной нити
«Поющая дуга»
Двойное лучепреломление в электрическом поле (явление Керра)
Двойное лучепреломление в магнитном поле (явление Коттона и Мутона)
Вращение плоскости поляризации при отраже- нии света от намагниченного зеркала (явление Керра)
Вращение плоскости поляризации в магнитном поле (явление Фарадея)
Расщепление спектральной линии в электриче- ском поле (явление Штарка) ——
Расщепление спектральной линии в магнитном поле (явление Зеемана)
Дифракция света в среде, через которую про- ходят ультразвуковые волны (явление Дебая— Сирса)
Фотографическая фонограмма Механические модуляторы света
Подвижные диафрагма, заслонка, диск, оптические сирены
Движущийся (колеблющийся) двулучепрело- мляющий клин на пути поляризованного свето- вого потока
— Модуляторы света
Двойное лучепреломление при механической деформации среды
Система струн (или камертонов) с зеркальцами
—
Преобразование переменного электрического сигнала в переменное магнитное поле и изме- нение последним положения механического модуляционного элемента (электромагнитный принцип)
Электромеханические модуляторы света
Движение проводника с переменным током в магнитном поле постоянного магнита (магнито-электрический принцип)
Движение проводника с переменным током под влиянием магнитного поля, создаваемого другим проводником с постоянным током (электродинамический принцип)
Изменение размеров специального элемента (кристалла) под влиянием переменного электри- ческого напряжения (электрострикционный принцип)
Изменение размеров магнитного элемента под
влиянием приложенного переменного магнит-
ного поля (магнитострикционный принцип)
Способы модуляции параметров пишущего штриха
с помощью электромеханических модуляторов света
Рис. 110. Классификация различных способов модуляции параметров
пишущего штриха с помощью электромеханических модуляторов света
Зависимость между перемещением изображения, осуществляющим
модуляцию того или иного параметра пишущего штриха, и отклонением
подвижной механической частп модулятора света в виде привода зер-
кальца пли заслонки, выражает собой оптико-механическую связь, су-
ществующую в данной светомодулирующей системе. Отношение данных
значений может быть названо коэффициентом оптико-механической
связи С. Коэффициент оптико-механической связи определяет собой
чувствительность собственно оптической системы светомодулирующего
устройства.
Прп использовании подвижной модуляционной заслонки коэффици-
ент оптико-механической связи С равен увеличению, создаваемому объ-
ективом, изображающим данную заслонку.
141
При применении модуляционного зеркальца в соответствии с обозна-
чениями на рпс. 1086 и так как при повороте зеркальца на угол а отра-
женного луча изменяется па 2а коэффициент оптико-механической связи
C = ^ = 2ms. (129)
Если в случае заслонки коэффициент оптико-механической связи С
представляет собой отвлеченное число, то в случае зеркальца он является
именованным числом, имеющим размерность, например, мм/рад. Для того
чтобы и в случае зеркального модулятора света это было бы отвлеченное
число, можно принять за коэффициент оптико-механической связи С
зависимость между перемещением изображения, осуществляющим моду-
ляцию, и отклонением подвижкой механической части зеркального моду-
лятора света в виде привода зеркальца (например, якоря, ленточки),
совершающего не вращательное, а прямолинейное движение.
В зависимости от формы и относительного расположения в оптиче-
ской системе подвижных изображений диафрагм могут быть получены
различные виды световой модуляции и соответственно фонограмм на кино-
пленке.
Общим принципом модуляции освещенности En пишущего штриха
согласно формуле
гдебх—площадь штриха, является пзмепопие освещенности или действую-
щей площади входного отверстия любого элемента оптической системы
(механическая диафрагма, входное отверстие объектива и т. д.) при усло-
вии сохранения неразрывности путей световых лучей от этого оптического
элемента до пишущего штриха и равномерного распределения их по пло-
щади последнего.
Зависимость освещенности пишущего штриха ла кинопленке от уров-
ня электрического сигнала (напряжения или тока) на входе модуля-
тора света выражает световую характеристику светомодулпрующего
устройства, а отношение освещенности прп отсутствии модуляции (запись
без шумопонижения), плп так называемой освещенности паузы, к яркости
источника света может служить мерой светосилы светомодулпрующего
устройства.
Общий принцип модуляции п указанные закономерности могут быть
также отнесены к оптическим системам с цилиндрическими линзами,
в частности к бесщелевым оптическим системам, в которых ширина
пишущего штриха определяется изображением непосредственно источни-
ка света.
Общим принципом модуляции длины плп ширины пишущего штриха
является соответствующее изменение (по длине или ширине) действующей
площади механической щели, изображаемой объективом па кинопленке.
Модуляция длины пишущего штриха может быть также осуществлена путем
изменения действующей длины (меридиональной апертуры) цилиндриче-
ской линзы, находящейся вблизи кинопленки и изображающей на ней
(по ширине) механическую щель. Во всех этих случаях имеет место изме-
нение (модуляция) светового потока, падающего на кинопленку, и соот-
ветственно площади изображения, так что освещенность последнего
сохраняется постоянной, лишь изменяются его размеры (длина пли
ширина).
Запись сигнала звуковой частоты путем модуляции освещенности
пишущего штриха с помощью электромеханических модуляторов света.
142
ее фотографическая обработка и последующее воспроизведение составляют
так называемый интенсивный фотографический метод звукопередачи.
Данный метод (разработанный Бурговым45) может быть осуществлен
путем модуляции освещенности пишущего штрпха различными способами.
§ 29. СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ ПИШУЩЕГО ШТРПХА
ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ДЛИНЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЩЕЛП
Этот способ заключается в преобразовании изменения длины осве-
щенной части механической щелп (подвижным световым пятном от моду-
ляционного зеркальца или изображением подвижной диафрагмы) в изме-
нения освещенности пишущего штрпха посредством цилиндрических линз.
Последние превращают падающие па них гомоцентрические элементар-
ные пучки в выходные астигматические пучки и тем самым создают дефо-
кусировку в форме растягивания в линию изображения точки с достаточно
равномерным распределением освещенности изображения механической
щелп (т. е. пишущего штриха) в направлении его длины. Каждая элемен-
тарная по длине механической щелп световая площадка изображается
цилиндрической линзой в плоскости пленки в виде некоторой элементар-
ной полоски.
Совокупность площадок, расположенных по длине механической
щели, обусловливает совокупность элементарных световых полосок на
пленке, наложенных друг на друга, вследствие чего освещенность изобра-
жения приобретает значение функции длины освещенной частп меха-
нической щелп.
Для получения этого результата необходимо, чтобы световой поток,
исходящий из каждой точки механической щелп, целиком покрывал вход-
ное отверстие цилиндрической линзы; полное покрытие по длине необ-
ходимо для получения надлежащей длины пишущего штриха, а по ширине—
для использования большего входного отверстия цилиндрической линзы
в целях достижения большей освещенности пишущего штриха. Выпол-
нение этого требования облегчается установкой вблизи механической щели
дополнительной конденсорной линзы, изображающей источник света
(или модуляционное зеркальце) во входном отверстии цилиндрической
линзы с полным его покрытием.
Пусть элементарные световые пучки, исходящие из отдельных элементарных пло-
щадок d$dy механической щели, связанной с системой координат г/, покры-
вают в виде световых пятен равномерной яркости все входное отверстие Ас Dc цилин-
дрической линзы; тогда освещенность d EN растянутого изображения элемента a^d^
механической щелп (aN—длина пишущего штрпха) будет па основании (111) опреде-
ляться формулой (рпс. 111):
_pBd?dyAcDc
dEN-------d7ayn2 . (130)
где р—коэффициент пропускания оптической системы, включая изображающую
линзу; В—яркость источника света. Выражая dEN через освещенность Ет механи-
ческой щелп, согласно равенству
р __P\BACDC
т~~ т2 ’
где /?]—коэффициент пропускания оптической системы до изображающей линзы
(см. формулу 128), получим:
dEN = (131)
d^aN 7
ро =-^--коэффициент пропускания изображающей линзы .
143
Предполагая, что механическая щель является удаленньш объектом, имеем
(см. рпс. 111):
aN^Ac, (132)
т. е. в этом случае длина пишущего штриха может считаться равной длине выход-
ного отверстия цилиндрической линзы; диафрагма, примыкающая к цилиндрической
линзе, может служить для ограничения длины пишущего штриха. Кроме того
с?3_ т ___ as
dl~ f с
(133)
и приближенно (полагаем высоту цилиндрической линзы малой по сравнению с рас-
стоянием т):
Dc 2asm = 2a'sfct (134)
где /с — фокусное расстояние цилиндрической линзы; as и а' — входная и выходная
Рпс. 111. Схема к выводу основных
соотношений при способе модуляции
освещенности пишущего штриха путем
изменения действующей длины (площа-
ди) механической щели
сагиттальные апертуры цилиндрической
линзы.
На основании (132), (133) и (134) фор-
мулу 130 можно переписать в виде:
2рВа'dy 2пВаа
dEN =----7Г~ =^-±dy. (135)
,п Тс
Согласно (131) и (133) dEN можно
также определить выражением:
dEN = РоЕп^п dy (136)
fcaN
Следовательно, для конечной (сум-
марной) действующей длины ад равномерно
освещенной части механической щели осве-
щенность пишущего штриха:
ад
тр _ С РоЕтпт у.Ро^ттад
или согласно (135) (интегрируя dEN в пределах от у = 0 до у = ад):
En = 2?ga^ag = (137)
т fc
Выделяя постоянную начальную освещенность, определяемую половиной
длины ат механической щелп (освещенность «паузы» прп записи без шумопониже-
ния), и член, выражающий модуляцию освещенности пишущего штриха, посредством
изменения действующей (освещенной) длины Дат механической щелп, имеем:
а
__ат , <
а_—4-Да
т
п
_ pBa'sam 2рВа'Дат
Е кт —-------1----------
т т
(138)
Выражая Аат через закон g(t), где t — время колебаний механического модуля-
ционного элемента и коэффициент оптпко-мехаппческоп связи С (см. стр. 141),
и вводя, кроме того, оптический коэффициент Q, связывающий перемещение изобра-
жения диафрагмы с изменением действующей длины механической щели (Лат —
= Сд (0 Q)> получаем:
„ , . pEa’sam 2pBa’sCg (Z) Q
en^ = —
(139)
т
При использовании этого способа модуляции светомодулпрующая система
в направлении хода световых лучей до цилиндрической линзы принципиально строится
так же, как и для получения поперечной записи сигнала.
144
Линейная световая характеристика достигается перекрытием механической щели
подвижным изображением некоторой диафрагмы в виде светового пятна равномерной
освещенности, имеющим прямолинейный плп зубчиковый край.
Крутизна линейной световой характеристики, принимаемая за чувствительность
светомодулирующей системы, равна:
Hzs = —, (140)
Ди т
где = (и— напряжение или ток, подводимые к модулятору света)—чув-
ствительность модулятора света.
Оптический коэффициент Q, представляющий собой отношение изменения дей-
ствующей длпны механической щели к перемещению изображения диафрагмы, зависит
от формы изображения диафрагмы, его расположения и движения относительно меха-
нической щелп.
Рис. 112. Различные виды подвижных изображений
диафрагм, перекрывающих механическую щель
Для диафрагмы с многозубчиковым краем, изображение которой движется в
направлении ширины механической щелп (рпс. 112, а)
<?=ntgy ,
где п—число модулирующих краев диафрагмы.
Для диафрагмы с прямолинейными модулирующими краями, перпендикулярны-
ми длине механической щели и одновременно движущимися в противоположных на-
правлениях вдоль ее длины (рис. 112, 6)
Q = n = 2.
Для диафрагмы того же типа, но с одним модулирующим краем, расположен-
ным под углом 6/2 к ширине механической щели (рис. 112, в)
Q=tg|.
Чем больше угол 0, образованный модулирующими краями диафрагмы, и число
модулирующих краев п, тем меньше будет потребное перемещение изображения
диафрагмы в плоскости механической щели (или ее промежуточного изображения),
необходимое для достижения определенной величины модуляции освещенности пишу-
щего штриха, т. е. тем меньше будет потребный оптический рычаг и выше чувстви-
тельность светомодулпрующей системы. Изменение действующего модулирующего
угла может производиться заменой одной диафрагмы другой или поворотом диафраг-
мы вокруг горизонтальной оси.
Поскольку за чувствительность светомодулирующей системы принято отношение
изменения освещенности пишущего штриха к изменению уровня электрического сиг-
нала, она, очевидно, не зависит от длины механической щели.
Светосила светомодулирующей системы в соответствии с определением на стр. 115
п на основании (138) равна:
Т _Pas п
ь — — - — —— ат
г! т
(141)
Как следует из формул (140) и (141), при применении зеркального модулятора
света, в том случае когда входное отверстие цилиндрической линзы полностью по-
W в. А. Бургов
145
крывается световым пучком, ни чувствительность Ws, ни светосила L светомодулиру-
ющей системы не зависят от площади модуляционного зеркальца.
Неравномерное распределение освещенности в направлении ширины
механической щелп р оказывает влияние лишь па равномерность осве-
щенности пишущего штрпха в направлении его ширины и не вызывает
неравномерной освещенности вдоль пишущего штриха.
Для получения линейной световой характеристики необходимо, чтобы
сохранялось постоянное значение освещенности по длине механической
щелп и изменение длины ее освещенной частп являлось бы линейной
функцией записываемого сигнала.
Следовательно, равномерность распределения освещенности по длине
механической щелп приобретает при данном способе модуляции важное
значение, так как нарушение ее приводит к нелинейной световой харак-
теристике. Последняя, не будучи скомпенсирована в процессе фотографи-
ческой обработки, обусловит нелинейные искажения в процессе воспро-
изведения сигнала с фонограммы.
Может представиться необходимость получения нелинейной световой
характеристики по заданному закону, например для компенсации кривизны
характеристики фотографического процесса передачи (позитив-
ная запись)* или Ър==] (Нх), где, ту и тр—коэффициенты пропускания
негатива и позитива, а II —экспозиция негатива или лимитирующей харак-
теристики для предотвращения резких изменений мгновенных уровнен
сигнала при перемодуляцпи (когда эту роль не выполняет фотографическая
характеристика). В этом случае можно оперировать указанными выше
факторами: изменением длины освещенной части механической щели как
функции записываемого сигнала и распределением освещенности в напра-
влении длины механической щели.
Прп линейной характеристике самого модулятора света изменение
длины освещенной части механической щели определяется формой, рас-
положением и направлением движения теневого или светового (равномер-
ной освещенности) изображения, перекрывающего механическую щель.
Распределение освещенности в направлении длины механической щели
определяется распределением освещенности внутри самого светового пятна,
его расположением и направлением движения по отношению к механи-
ческой щели пли в случае теневого изображения диафрагмы—неизменяю-
щпмся распределением освещенности внутри самой механической щелп
по ее длине45.
§ 30. СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ ПИШУЩЕГО ШТРПХА
ПУТЕМ ПЕРЕКРЫТИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЩЕЛП ПОЛУТЕНЬЮ
Данный способ заключается в перекрытии механической щелп свето-
градационным пятном (полутенью), имеющим переменную освещенность
в направлении ширины щелп и колеблющимся в данном направлении по
закону записываемого сигнала.
На рис. ИЗ представлена схема оптической системы с механической
щелью 3, покрытой полутенью 2, и изображающим объективом 4. При
установке вблизи механической щели 3 конденсорной линзы 7, изображаю-
щей источник света во входном отверстии объектива 4 и частичном покры-
тии последнего, изменение освещенности вертикальных элементов меха-
нической щелп сопровождается изменением площади данного изобра-
* Шумопонижение при позитивной записи не должно нарушать коррекцию нели-
нейности фотографической характеристики ту=/
146 ‘ '
женин пли тем самым действующего отверстия изображающего объ-
ектива (см. стр. 140).
Вследствие конечной ширины механической щели, перекрываемой
полутенью, модуляция освещенности относится к бесконечно узким эле-
ментам механической щели и пишущего штрпха. Модуляция освещенности
бесконечно узкого элемента пишущего штрпха обусловливается изме-
нением освещенности, соответствующей бесконечно узкой частп механи-
ческой щели. Изменение освещенности по ширине механической щелп
при колебании светового пятна зависит от распределения освещенности
внутри последнего, начального его расположения и перемещения отно-
сительно механической щелп.
Отличительной особенностью этого способа модуляции является то,
что благодаря конечной ширине механической щели в каждый данный
момент не пмеет места одинаковая освещен-
ность всех точек щелп, расположенных в на-
правлении ее ширины. Конденсорная линза
7, примыкающая к механической щелп 3, со-
бирает световой поток, проходящий через
механическую щель в пределах входного от-
верстия изображающего объектива 4 (напри-
мер, в виде изображения источника света);
поэтому распределение освещенности по ши-
рине пишущего штриха на кинопленке 5
происходит, как и на механической щели, по
закону изменения освещенности внутри полу-
тени, перекрывающей механическую щель.
Линейная световая характеристика дости-
гается при использовании светового пятна
с изменением освещенности по линейному
закону, т. е. пропорционально координате р
Рпс. 113. Схема к выводу ос-
новных соотношении при спо-
собе модуляции освещенности
пишущего штриха путем пе-
рекрытия механической щели
полутенью
полутени, и неполным покрытием входного
отверстия объектива изображением источника света, поскольку модуляция
осуществляется изменением площади изображения во входном отверстии.
В этом случае освещенность EN (у, t) локального бесконечно узкого элемента
пишущего штрпха, соответствующего координате 7 (координате р механической щелп)
и времени t (см. рис. ИЗ)
En (7, t)=P^Em Д1акс ( h+^-.^ + pok2Em макс^ =
— Pok2R (Zcy + hQ) -j- pJ&RCq (t).
(142)
В выражении (142) pQ — коэффициент пропускания изображающего объектива;
к—линейное уменьшение изображающего объектива; Ет макс—максимальная осве-
щенность механической щели полутенью; Ло— начальное (установочное) расстояние
между осями абсцисс двух систем координат, из которых одна ур связана с полу-
« , тч макс
тенью, а другая ут—с механической щелью; hs—высота полутени; R = —t-----------
ns
градпепт полутени (изменение освещенности на единицу длины); Zr(=p; С—коэффициент
оптико-механической’связи; q (t) — закон колебании механического модулирующего
элемента модулятора света.
Первый член выражения (142) определяет освещенность элемента пишущего*
штриха при отсутствии модуляции, т. е. когда q(t) = O. Так как согласно (128)
р _______Р^^е макс
макс ^2 ’
где Pi—коэффициент пропускания оптической системы до изображающего объективау.
В—яркость источника света; Se макс —максимальная площадь изображения тела
10* 147.
накала (источника света) во входном отверстпи объектива; т—расстояние между
механической щелью и объективом, то
е1 ,\ в макс ( k'( + 7г0 Л Рк2В$е максРУ^
Е^’ *)=------J +--------------------------
(р = рор1—коэффициент пропускания оптической системы).
В частности, при прямоугольной форме источника равномерной яркости (напри-
мер, в виде модуляционного зеркальца, являющегося перенесенным источником света),
когда приближенно
с
е макс_,
^2 4as макс at макс
и
СЯ (0_
as макс' ]г& аз эфф1 '
Cl’ О 4k~pBas макс o-t макс 4“ ^Ж2рВа8 эфф at макс
= макс at макс 4“ ^Р Bas эфф at макс (144)
В последней формуле:
азмакс и азмакс—максимальные входная п выходная сагиттальные апертуры (опре-
деленные высотой изображения источника света) изображающего объектива; as
и а' —тоже действующие сагиттальные апертуры изображающего объектива;
at макс п а1макс — максимальные входная и выходная меридиональные апертуры (опре-
деленные шириной изображения источника света) изображающего объектива.
Пз формул (143) и (144) следует, что чувствительность светомодулирующей
системы
ТТ7 dE^ ^pBas макса1 максР^м п/~\
Ws = ;---------- (14а)
s du hs к '
Лт/ dq(t) \
( —чувствительность модулятора света J .
_ ку 4~ hn 1 .....
При ———-=-^‘ из (144) получаем освещенность центрального локального эле-
/is Z
мента пишущего штриха при отсутствии модуляции:
^No ~ 2РВ*з макс at макс*
и соответственно определяем светосилу светомодулирующсй системы:
2Pas макс at макс' (146)
Получение полутени в плоскости механической щели может быть
осуществлено следующими способами.
А. В плоскости механической щели изображается оптический клин
с переменным коэффициентом пропускания в направлении ширины шели.
Подобный оптический клин может быть получен, например, путем исполь-
зования фотографического градационного изображения па прозрачной
основе с переменной плотностью в одном направлении. Прп использова-
нии оптических клиньев характеристика определяется законом измене-
ния коэффициента пропускания клиньев по их высоте и масштабом их
изображения в плоскости механической щели.
Для получения линейной световой характеристики коэффициент про-
пускания оптического клина должен являться линейной функцией его
координаты по высоте. Отношение максимального и минимального коэф-
фициентов пропускания, которое практически можно получить, опреде-
ляет предельный диапазон модуляции освещенности пишущего штриха,
.148
равный 10 1g _^акс дб, trq ъмакс и хмин — максимальный и минимальный
тЛ1ин
коэффициенты пропускания клина. Для фотографических клиньев суще-
ственное ограничение диапазона обусловливает вуаль светочувствитель-
ного материала.
Та или иная необходимая нелинейность световой характеристики может
быть достигнута не только соответствующей градацией пропускания
оптического клина, но и в некоторых случаях использованием его дефо-
кусировки в плоскости механической щели; в частности, таким путем
при наличии линейной градации пропускания оптического клина может
быть получена квадратичная световая характеристика.
Б. Между источником света и механической щелью устанавливается
заслонка с прямолинейным краем, производящая виньетирование лучей
Рис. 114. Схемы, поясняющие способы образования полутени в плоскости
механической щели: 1—источник света или его изображение; 2—заслонка
илп ее изображение; 3—полутень в плоскости механической щелп
в направлении ширины механической щели 46» 47; так как заслонка уда-
лена от механической щелп, то в плоскости последней образуется по-
лутень (рпс. 114, а).
Если в выходном отверстии линзы, изображающей заслонку, распо-
лагается изображение источника света, то механическая щель может
также располагаться между линзой и изображением заслонки (рис. 114,6).
В случае использования промежуточной изображающей системы для
виньетирующей заслонки и источника света полутень в плоскости механи-
ческой щели может быть получена как прп расположении изображения
заслонки между изображением источника света и механической щелью,
так и прп нахождении изображения источника света между изображе-
нием заслонки и механической щелью (рис. 114,в).
Рис. 114. поясняет возможные способы образования полутени в пло-
скости механической щели. Во всех случаях высота полутени связана
с высотой источника света пли его изображения формулой:
h _т0
Н п0 “
Что касается распределения освещенности внутри полутени, опреде-
ляющего в конечном счете световую характеристику системы, то она
зависит от формы источника света, распределения яркости по светящейся
поверхности источника, формы заслонки (илп ее изображения) и располо-
жения последней относительно источника света (илп его изображения).
Для получения полутени с одинаковой освещенностью точек, лежа-
щих в направлении длины механической щелп, необходимо, чтобы винье-
тирование светового пучка заслонкой происходило лишь в направлении
ширины щели; для этой цели устанавливают заслонку с прямолинейным
краем, параллельным длинным сторонам механической щели.
149
В случае применения источника света прямоугольной формы равно-
мерной яркости и заслонки с горизонтальным краем, параллельным
длинным сторонам механической щелп и верхней и нижней сторонам источ-
ника света, изменение освещенности внутри полутени будет являться
линейной функцией ее координаты п происходить в направлении ширины
механической щелп. В этом случае световая характеристика представится
прямой, крутизна которой (при определенной высоте источника света)
зависит от расстояния источника света до заслонки: в случае уменьшения
этого расстояния уменьшается наклон характеристики, а высота полутени
увеличивается и наоборот.
Практически прп применении источника света неравномерной ярко-
сти (например, спирали лампы) требуются специальные меры для полу-
чения линейной световой характеристики.
Нелинейная световая характеристика светомодулпрующеп системы в форме
нелинейности полутени может быть получена по тому или иному заданному закону
вариацией форм и относительного расположения источника света и заслонки48. Ввиду
необходимости получения равномерной освещенности пишущего штриха в направлении
его длины метод изменения действующей формы источника света дает большие возмож-
ности для получения необходимой световой характеристики. Изменение действующей
формы светящейся поверхности источника света может быть осуществлено, например,
установкой перед источником света плп его изображением диафрагмы с вырезом опреде-
ленной формы илп, например, в случае применения модуляционного зеркальца, на
котором изображается источник света,—изменением действующей формы зеркальца.
В последнем случае высота полутени будет зависеть и от высоты зеркальца.
Вид световых характеристик прп различных формах источника света и заслонки
может быть определен, исходя пз следующего общего положения: освещенность любой
точки полутени определяется силой света Ze, излучаемого частью светящейся по-
верхности источника, видимой пз данной точки (рис. 115).
Рис. 115. Схема для определения частп
поверхности источника света, видимой
из точки а полутени
Рис. 116. Схема образования полуте-
ни при изображении многозубчиковой
диафрагмы цилиндрической линзой;
1 — диафрагма; 2 — цилиндрическая
линза, 3—полутень; 4—механическая
щель
В. Между механической щелью и источником света устанавливается
механическая диафрагма, имеющая вырез, ширина которого изменяется
по высоте. Этот вырез (1 на рис. 116) изображается в плоскости механиче-
ской щели цилиндрической линзой, ось цилиндра которой параллельна
ширине выреза и длине механической щели (входное отверстие цилиндри-
ческой линзы покрыто светом). Благодаря отсутствию фокусировки изобра-
жения в направлении длины механической щели оно представляется в виде
полутени с изменяющейся освещенностью только в направлении ширины
механической щелп.
150
Для получения равномерной освещенности достаточно широкой полу-
тени (в направлении ширины полутени) целесообразно использовать диаф-
рагму с многозубчпковым вырезом, равномерно освещенную источником све-
та17. В этом случае линейное распределение освещенности по высоте полутени
достигается, когда зубчики имеют форму прямоугольных или равнобедрен-
ных треугольников, основания которых параллельны длинным сторонам
механической щелп и осп цилиндра цилиндрической линзы.
Высота полутени будет зависеть от высоты зубчиков и линейного
увеличения цилиндрической линзы, а крутизна распределения освещен-
ности по высоте полутени—от отношения основания зубчиков к их
высоте и увеличения, обусловленного цилиндрической линзой. Чем
больше высота зубчиков и увеличение, тем больше высота полутени;
чем больше отношение основания к высоте зубчиков (т. е. чем больше
угол, образованный модулирующими краями изображения диафрагмы)
и чем меньше увеличение, тем больше крутизна распределения освещен-
ности по высоте полутени.
Нелинейная световая характеристика по тому или иному заданному
закону может быть достигнута приданием соответствующей формы зубчи-
кам диафрагмы.
§ 31. СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ОСВЕЩЕННОСТИ ПИШУЩЕГО ШТРИХА
ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ АПЕРТУРЫ ИЗОБРАЖАЮЩЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
ЛИНЗЫ ПЛП ИЗОБРАЖАЮЩЕГО ОБЪЕКТПВА
поясняющая способ моду-
п ищущего штриха
Данный способ основан на перекрытии по высоте подвижным изобра-
жением диафрагмы входного отверстия цилиндрической линзы, фокуси-
рующей на кинопленке другую диафрагму (или модуляционное зеркаль-
це), освещенную изображением
источника света (рис. 117). Ко-
лебания изображения диафраг-
мы приводят к колебанию дей-
ствующей сагиттальной аперту-
ры цилиндрической линзы и со-
ответственно к модуляции све-
тового потока, проходящего че-
рез цилиндрическую линзу.
Использование цилиндриче-
ской линзы дает возможность
добиться более равномерной ос-
вещенности по длине пишущего
штриха при неравномерном рас-
пределении яркости по поверх-
ности источника света. Изобра-
жение, даваемое цилиндриче-
ской линзой, определяет ширину
пишущего штриха на пленке,
т. е. точно ограничивает лишь
один из размеров пишущего
штриха. Ограничение обоих размеров прямоугольного пишущего штриха
может быть достигнуто использованием двух цилиндрических линз с вза-
имно перпендикулярной установкой осей цилиндров или в том случае,
когда цилиндрическая линза находится в непосредственной близости
к пленке, — диафрагмированием линзы в направлении оси цилиндра и
покрытием входного отверстия световым пучком.
Рпс. 117. Схема,
ляцип освещенности
путем изменения апертуры изображающей
цилиндрической линзы: 1—диафрагма (или
модуляционное зеркальце), освещенная источ-
ником света; 2—цилиндрическая линза; 3—пи-
шущий штрих
151
Модуляция освещенности пишущего штриха по линейному закону
осуществляется изображением заслонки с прямолинейным краем, парал-
лельным осп цилиндра линзы, движущимся в перпендикулярном направ-
лении к осп цилиндра. Боковые стороны этого изображения могут также
выполнять функцию диафрагмы, ограничивающей длину штрпха.
Освещенность EN(t) пишущего штриха как функция времени t при использова
нии данного способа модуляции определяется аналогично (111) формулой:
pBSeSc _ipBSeas^at _2pBSeatas 2pBSeatCq (t)
N ~ SNm2 SN ' SN + mSN
(147)
В последней формуле (см. также рис. 117): р—коэффициент пропускания опти-
ческой системы; В—яркость источника света; Se — площадь выреза диафрагмы илп
модуляционного зеркальца, освещенного изображением источника света; Sc—дей-
ствующая площадь входного отверстия цилиндрической линзы, приближенно выра-
жаемая в формуле (147) через апертуры линзы; т — расстояние между диафрагмой и
цилиндрической линзой; SN—площадь пишущего штриха; as и at—входные сагит-
тальная и меридиональная апертуры цилиндрической линзы; ач э05д9—входная дей-
ствующая сагиттальная апертура цилиндрической линзы; С—коэффициент оптико-
механической связи; q (z)— закон колебаний механического модуляционного элемента.
Перемещение изображения заслонки диафрагмы приводит к изменению высоты
входного отверстия цилиндрической линзы (сагиттальной апертуры as).
dEff
Чувствительность светомодулпрующей системы TFS — , но dq du, где
WM—чувствительность модулятора света, поэтому на основании (147) получаем:
2pBSeatCWM
И» — ---------
S^m
(148)
пли, так как (см. рис. 117)
Sq — псЪе,
SN = aN bN,
be
bjy fc
где ае и Ъе—длина и ширина изображения источника света (выреза диафрагмы);
и —Длина и ширина пишущего штрпха; /с—фокусное расстояние цилиндри-
ческой линзы
[у —
S ~ fem
Освещенность пишущего штрпха при отсутствии модуляции
__ 2pBSeatas _ pBaeas _ pBaea's
SN fs m
(149)
(a'— выходная сагиттальная апертура цилиндрической линзы) и соответственно свето-
сила светомодулпрующей системы
j __ 2pSeu.ias _paea's (150)
$N in ‘ k '
Та пли иная необходимая нелинейность световой характеристики прп линейном
перемещении изображения с прямолинейным краем может быть достигнута лишь
тогда, когда это изображение па краю пли по всей высоте является градационным
световым пятном илп полутенью с. изменением освещенности в перпендикулярном
направлении к оси цилиндра линзы.
Подобное пятно можно получить дефокусировкой или виньетированием изобра-
жения диафрагмы с прямолинейным пли многозубчиковым краем (характеристи-
ка по квадратичному закону) пли изображением специальных оптических клиньев
с распределением пропускания по определенному закону во входном отверстии
линзы 45.
152
Примером светомодулирующей системы с модулятором света заслоночного типа
(См. стр. 176), служащей для получения интенсивной записи путем изменения апер-
туры изображающей цилиндрической линзы, является хроникальное светохмодулиру-
ющее устройство, разработанное Ленинградским заводом Кинап (Мелик-Степанян,
Мацкевич, Гершгорпн). Схема оптической системы данного устройства приведена
на рпс. 118. Источник света 1 изображается в горизонтальной плоскости конденсо-
ром 2 во входном отверстии цилиндрического объектива 7. Цилиндрическая линза 3
совместно с конденсором 2 создает в вертикальной плоскости изображение источника
света 1 в плоскости заслонки 4 модулятора света, уменьшая при этом его размер по
высоте и повышая тем самым освещенность изображения. Цилиндрическая линза 5
изображает в вертикальной плоскости заслонку 4 с 23-кратным увеличением во вход-
Рис. 118. Схема оптической системы хроникального светомодулиру-
ющего устройства для интенсивной записи, разработанного Ленин-
градским заводом Кинап. Все размеры в мм
ном отверстии 8 цилиндрической линзы 9. Цилиндрический двухлпнзовый объектив 7
в горизонтальной плоскости изображает диафрагму, лежащую в плоскости заслонки,
па кпноплепке, ограничивая этим изображением длину пишущего штрпха.
Короткофокусная цилиндрическая линза 9 изображает в вертикальной плоско-
сти (в масштабе 1 : 45) механическую щель 6 (шириной 0,45 мм), находящуюся вблизи
линзы 5, определяя этим изображением ширину пишущего штрпха на кинопленке
(0,01 мм). Колебания заслонки 4 в вертикальной плоскости в процессе записи вызы-
вают колебания действующей сагиттальной апертуры цилиндрической линзы 9 и
соответствующие колебания освещенности пишущего штрпха на кинопленке 10.
§ 32. СПОСОБЫ МОДУЛЯЦИИ ДЛИНЫ
ИЛИ ШИРИНЫ ПИШУЩЕГО ШТРИХА
Модуляция длины или ширины пишущего штрпха гможет быть до-
стигнута путем перекрытия механической щелп подвижным изображе-
нием диафрагмы. Форма, расположение и направление движения изобра-
жения диафрагмы должны быть таковы, чтобы изменение ее положения
обусловливало пропорциональное изменение длпны или ширины осве-
щенной части механической щели и соответственно длпны или ширины
пишущего штрпха на кинопленке (рис. 119 а).
Возможно перекрытие освещенной механической щели теневым изо-
бражением диафрагмы или изображением выреза последней в форме по-
движного светового пятна, освешаюшего щель.
Колебания данного светового пятна по закону передаваемого сиг-
нала обусловливают колебаний длины или ширины, т. е. площади осве-
153
щенной части механической щели, и соответственно освещенности вход-
ного отверстия изображающего объектива.
Зависимость светового потока, падающего на кинопленку (или длины
пли ширины пишущего штриха), от напряжения пли тока на входе
модулятора света выражает собой световую характеристику, а отношение
Рис. 119а. Форма, расположение п направле-
ние движения изображения диафрагмы р при
различных видах модуляции длины (б, в, д)
и ширины (а) пишущего штриха (механиче-
ской щелп Q)
д
соответствующих изменений дан-
ных величин — чувствительность
светомодулпрующего устройства.
В общем случае па основании
(108) световой поток F, падающий
на кинопленку, будет:
эфф
Рпс. 1196. Схема к выводу величины светово-
го потока, падающего на кинопленку при мо-
дуляции длины пишущего штриха
где р—коэффициент пропускания оп-
тической системы; В — яркость источ-
ника света; <S0— площадь входного
отверстия изображающего объектива;
эфф—действующая (освещенная)
площадь механической щелп; т—рас-
стояние между механической щелью
и объективом.
Из рис. 1196 находим:
с
Sra эфф = ТО ГЖС + ЪтС<1 W Q =
= —^k* + bmCq (0 Q=k^Na^t
где С—коэффициент оптико-механи-
ческой связи (стр. 141); q (z)— закон
колебаний механического модулиру-
ющего элемента модулятора света в
зависимости от времени z; Q—опти-
ческий коэффициент (стр. 145);
—площадь механической ще-
ли; З^макс—максимальная площадь пишущего штриха; к—линейный коэффициент
увеличения изображающего объектпва; Ът—длина плп ширина механической щели;
эфф—действующая площадь пишущего штриха.
Таким образом, световая характеристика определяется выражением:
pBS0SN макс к2 pBSGbmCq (z) Q
F=------—-----m2
2т2
(151)
пли
p — Р^^^эфф (152)
m2
, _&N макс . бщCq (Z)Q
^эфф— 2 + k2
Первый гчлен в формуле (151) представляет световой поток, падающий на
кинопленку—на площадь пишущего штриха, при отсутствии модуляции длины или
ширины пишущего штриха.
Постоянная в процессе записи освещенность пишущего штриха и светосила
(сто. 117) светомодулирующего устройства соответственно равны:
= (153)
1 с т
~2 ^макс
г ,2
(154)
154
где р—коэффициент пропускания оптической системы; В — яркость источника света;
а'—выходная апертура объектива.
Чувствительность светомодулирующего устройства, определяемая крутизной
световой характеристики, выразится формулой:
AF pBSobmCWMQ 2 ъ
=--------------=рпВа
(155)
где —чувствительность модулятора света.
В случае применения цилиндрической линзы, изображающей по ширине меха-
ническую щель на кинопленке и расположенной вблизи последней, модуляция длины
пишущего штрпха также может быть достигнута путем перекрытия входного отвер-
стия цилиндрической линзы (в меридиональном направлении) подвижным изображе-
нием диафрагмы.
Примером может служить оптическая спстема, схема которой представлена на
рис. 120. Цилиндрическая линза 7 изображает па пленке 8 механическую щель 6,
Примером может служить оптическая спс
рис. 120. Цилиндрическая линза 7 изображает
примыкающую к зеркальцу 5 модулятора
света. Входное отверстпе линзы 7 при коле-
баниях модуляционного зеркальца перекры-
вается подвижным теневым изображением ди-
афрагмы 3, создаваемым линзой 4. Диафрагма
Л освещается источником 1, свет которого
предварительно проходит через конденсор 2.
Для подобного случая использования ци-
линдрической линзы световой поток, падаю-
щий на кинопленку (световая характеристи-
ка), согласно (111) будет:
9фф Dc__pBSmasAc
F= “ т
। 2pBSrnaS)Cq (t) Q
m
•СЭСрф
Рпс. 120. Схема оптической системы
для модуляции длины пишущего
штриха входного отверстия цилин-
дрической линзы (в меридиональном
направлении) подвижным изобра-
жением диафрагмы: 1—экспонирую-
щая лампа; 2—конденсор; 3—ди-
афрагма; 4—ахроматическая линза;
5—зеркальце гальванометра, 6—ди-
афрагма; 7—цилиндрическая линза;
8—пленка
(156)
где *4Csso0=-f- + c9WQ’T- е- Асэфф~ Дей-
ствующая освещенная длина входного отвер-
стия цилиндрической линзы; А?—длина вход-
ного отверстия цилиндрической линзы; Dc—
высота входного отверстия цилиндрической
линзы; т—расстояние между механической
щелью и цилиндрической линзой; Sm—пло-
w ' Вс
щадь выреза механической щели; as = 2^ —
входная сагиттальная апертура цилиндрической линзы; Q—оптический коэффициент,
связывающий перемещение изображения заслонки с изменением освещенной длины
цилиндрической линзы и равный в данном случае 1.
Чувствительность светомодулирующего устройства
&F ^pBSmasCW^Q
Ws = --=------------— . (157)
Ли m ' '
Освещенность пишущего штриха
p __ В __ pBSmDc __2pBSma.s__ 2pBa'sam
SN~ m2by bNm m ' '
(by—ширина пишущего штриха; az — выходная сагиттальная апертура цилиндри-
ческой линзы; ат—длина механической щели), и светосила светомодулирующего
устройства
у 8^771
т
(159)
Во всех случаях при модуляции длины или ширины пишущего штриха имеет
место оптическое совмещение изображений заслонки-маски и механической щели на
кинопленке.
155
II р и м е р.
В отечественной звукозаписывающей аппаратуре системы Шорина, применяв-
шейся для получения поперечной записи путем модуляции длины пишущего штриха,
была использована оптическая система, схематически изображенная на рис. 121 10>49.
Основное назначение ее заключается в том, чтобы совместить изображения механиче-
ской щелп п подвижной заслопкп в форме ленточки осциллографа в плоскости кино-
пленки и получить нужные размеры и равномерную освещенность пишущего штриха.
Конденсор 2 (фокусное расстояние 17мм, диаметр 10 мм) дает изображение све-
тящейся спиралеобразной нити лампы 1 (лампа ГОЗ 12 в 30 ет) в плоскости входного
отверстия микрообъектпва 4 (апохромат с кратностью 20 и апертурой 0,65), равномер-
но освещая прп этом диафрагму с вырезом 3, ширина которого может регулироваться
и который имеет форму щелп с параллельными сторонами. Мпкрообъектпв 4 пзобража-
ет диафрагму 3 в уменьшенном виде в
плоскости ленточки 5 осциллографа;
ширина ленточки 0,17 мм. Микрообъек-
тпв 6 (апохромат с кратностью 20 и
апертурой 0,65) изображает ленточку
5 и диафрагму 3 в плоскости киноплен-
ки 10. Этот мпкрообъектпв 6 при выве-
денной ленточке освещает входное отвер-
стие цилиндрической ахроматической
линзы 9 (фокусное расстояние 4,56 мм;
7^
Г
Толстые стрелки показывают
возможные направления регулировки
Изображения
ленточки
Направления
колебаний
изображений
^ленточки
направление
движения
кинопленки,
Пишущие щтрихи
Рпс. 121. Оптическая система звукозаписывающего аппарата Шо-
рина, применявшегося для получения поперечной записи
относительное отверстие 1 : 2), находящейся вблизи кинопленки. Цилиндрическая
линза 9 изображает по высоте механическую щель 7 на кинопленке, определяя этпм
изображением ширину пишущего штрпха. Максимальная длина пишущего штриха
определяется диафрагмой цилиндрической линзы.
Таким образом, мпкрообъектпв 4 дает оптическое совмещение плоскостей диафраг-
мы 3 и ленточки 5 и играет роль осветителя по отношению ко второму мпкрообъекти-
ву 6; последний оптически совмещает плоскости лепточкп и кинопленки и одновременно
играет роль осветителя по отношению к диафрагме 7. Цилиндрическая линза 9 дает
оптическое совмещение диафрагмы 7 и плоскости кинопленки 10.
Микрообъективы 4 и 6 совершенно одинаковы и расположены симметрично по от-
ношению к ленточке (расстояние между ленточкой и передней поверхностью каждого
из объективов 0,7 мм), поэтому лучи света, исходящие из изображения диафрагмы
в плоскости ленточки, полностью попользуются микрообъектпвом 6 (телесный угол
светового пучка, посылаемого микрообъектпвом 4, соответствует апертуре второго
микрообъектпва 6).
Применение цилиндрической линзы 9 в данной оптической системе дало возмож-
ность применить диафрагму 3 с вырезом, ширина которого значительно превышает ши-
рину пишущего штрпха, и тем самым получить высокую освещенность пишущего штри-
ха. Без цилиндрической линзы прп одинаковых н симметрично расположенных отно-
156
сительно ленточки объективах размеры выреза диафрагмы 3 должны равняться
размерам пишущего штриха, ибо насколько уменьшает изображение данной диафрагмы
микрообъсктпв 4, настолько мпкрообъектив 6 его увеличивает.
Цилиндрическая линза 9 устанавливается так, что геометрическая ось цилиндра
перпендикулярна к краю кинопленки. Благодаря цилиндрической линзе образующееся
в плоскости диафрагмы 7 изображение спирали лампы практически не создает нерав-
номерной освещенности пишущего штриха.
Ленточка 5 осциллографа своей длиной располагается перпендикулярно к гео-
метрической оси цилиндра цилиндрической линзы и параллельно направлению движе-
ния кинопленки.
Специальная призма 8 служит для получения удвоенного изображения ленточки
осциллографа на кинопленке («оптический удвоитель»). Его примененпе повышает
чувствительность светомодулпрующего устройства вдвое; применение «оптического
удвоителя» равносильно применению в данном случае 40-кратных микрообъективов
и улучшает качество записи за счет уменьшения необходимой амплитуды колебаний
ленточки.
Оптический удвоитель с изображающим микрообъектпвом 6 и ленточкой 5 осцил-
лографа показан отдельно на рис. 121. Он состоит из призм А и В\ по поверхности
abed они склеены друг с другом канадским бальзамом, образуя полный оптический кон-
такт, а по поверхности cdef разделены воздушным промежутком. Направленный микро-
объективом 6 и проходящий через диафрагму 7 пучок света, попадая в призму удвои-
теля, делится в ней на две части по обе стороны от центральной линии de. Часть свето-
вых лучей, попадающая па поверхность оптического контакта двух призм, проходит
внутрь призмы и, отражаясь от ее задней грани, дает изображение участка ленточки 5 на
пленке. Лучи, попадающие на поверхность cdef призмы А, разделенной от соответству-
ющей поверхности призмы В воздушным промежутком, претерпевают полное внутреннее
отражение и направляются вверх призмы А. Здесь они подвергаются двоекратпому
отражению—сначала от поверхности ghef, затем от kbch. После отражения от послед-
ней поверхности они идут вниз и образуют второе изображение ленточки а осциллогра-
фа на пленке.
Рассматривая ход лучей в оптическом удвоителе, видим, что в отношении диафраг-
мы 7 его действие будет такое, как будто мы имеем две диафрагмы 7, и 7,,, которые
находятся в одной плоскости и расположены так, как показано па рис. 121. Эти две
диафрагмы изображаются цилиндрической линзой на пленке, которая сокращает
только пх ширину. Благодаря указанному устройству оптического удвоителя второе
изображение диафрагмы 7 является обратным первому п по отношению к нему распола-
гается на пленке без всякого сдвига в направлении длины звуковой дорожки.
В оптическом удвоителе оптическая длина хода лучей I и II, участвующих в обра-
зовании изображений ленты осциллографа 5' и 5" (см. рис. 121), одинакова. Это обеспе-
чивает получение двух изображений ленточки в одной фокальной плоскости, а следо-
вательно, и одинаковую пх резкость при фокусировке объектива. В оптическом смысле
все устройство удвоителя эквивалентно плоскопараллельной пластинке, которая уста-
новлена перпендикулярно к падающим на нее лучам.
Таким образом, оптический удвоитель дает два изображения ленточки осцилло-
графа па пленке, которые перекрывают соответствующие им части пишущего штриха.
При правильней установке удвоителя обе части пишущего штриха всегда располагают-
ся симметрично относительно осевой липни звуковой дорожки. Ленточка устанавли-
вается так, чтобы при отсутствии модуляции два ее изображения перекрывали половину
длины пишущего штриха.
Изображения ленточки осциллографа являются перевернутыми на 180° по отно-
шению друг к другу; поэтому при прохождении по ленточке модуляционных токов они
совершают колебания в противоположном направлении. В результате па пленке обра-
зуется двусторонняя поперечная запись.
При использовании данного светомодулирующего устройства модуляция в 100%
достигается прп амплитуде колебаний ленточки (максимальная ширина записи на кино-
пленке 1,8 мм):
1 Я
2/1 = 2".2»20 = 0,0225 мм’
Пример.
Для модуляппп ширины пишущего штриха и получения фонограммы переменной
плотности за границей (в США) широко применяется светсмодулнрующее устройство
с заслоночным модулятором света в виде ленточного осциллографа специальней кон-
струкции, известного под названием светового клапана (стр. 175). Оптическая
система современного светомодулпрующего устройства Вестерн Электрик с трехленточ-
вым светсгым клапаном (j азр абстаннего Франком, Кунингзмсм и Паглпаруло50),
служащим как для обычней, таки прстивефазпей записи, схематически представлена на
рис. 122. Экспонирующая лампа 1 имеет тело накала в виде спирали длиией8,5 ммн
высотой 1,14 мм и работает при режиме 7,5 а 8,8 в. Конденсор 2 состоит из асферической
157
(несферической) и торической* линз и характеризуется увеличением в горизонтальной
плоскости, равным двум. Источник света по высоте изображается конденсором в плос-
кости механической щели, образованной ленточками светового клапана 3, а по его дли-
не—за этой плоскостью, создавая тем самым равномерную освещенность щели ленточек.
Сферический объектив-ахромат 4 (скорректированный прп 400 и 480 ту.) с умень-
шением 2,2 : 1, а совместно с цилиндрической линзой 5, находящейся вблизи киноплен-
ки (радиус цилиндра 0,76 мм),—с уменьшением 4,4 : 1 в вертикальной плоскости дает
изображение щелп ленточек 3 шириной 25 р. на кинопленке 6. Колебания ленточек
вызывают колебания ширины пишущего штрпха па кинопленке п тем самым—образо-
вание фонограммы переменной плотности.
Рпс. 122. Схема оптической си-
стемы светомодулирующего ус-
тройства Вестерн Электрик: 1—
экспонирующая лампа; 2—кон-
денсор; 3—механическая щель,
образованная ленточками; 4—
объектив; 5—цилиндрическая лин-
за; 6—пленка; 7—специальная
диафрагма для противофазной за-
писи; 8—модулятор света («све-
товой клапан»)
Все указанные способы модуляции того илп иного параметра пишу-
щего штрпха со значительной легкостью и удобством могут быть осуще-
ствлены при использовании зеркального модулятора света. Применение
модулятора света с колеблющимся зеркальцем также выгодно с точки
зрения качества модуляции и стабильности регулировки.
По сравнению с модуляторами света с подвижной заслонкой моду-
ляторы света с зеркальцем имеют значительно большие эксплуатацион-
ные удобства и технические возможности (например, в смысле получения
различных видов фонограмм), которые вытекают из использования непо-
движных точно вырезанных дпафрагм-заслонок и достижения подвижности
их изображений за счет колебаний модуляционного зеркальца.
§ 33. СВЕТОМОДУЛПРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
С ЗЕРКАЛЬНЫМ МОДУЛЯТОРОМ СВЕТА*1
Схема образования подвижного изображения диафрагмы на механи-
ческойщелис помощью модуляционного зеркальца изображена па рис. 123.
Источник света 1 и коденсор 2 освещают диафрагму 3. Линза 4 дает изобра-
жение диафрагмы в плоскости механической щели 7 путем отражения изо-
бражающего пучка от модуляционного зеркальца 5, Модуляционное зеркаль-
це 5 может колебаться вокруг как горизонтальной, так и вертикальной осей.
Схема, изображенная па рисунке, представляет собой горизонтальное
сечение (разрез) оптической системы, так что 7 выражает собой длину ме-
ханической щели, поэтому колебания зеркальца вокруг горизонтальной оси,
совпадающей с плоскостью чертежа, вызовут колебания изображения
диафрагмы 3 поперек (в направлении ширины) механической щели 7.
Наоборот, при колебаниях зеркальца вокруг вертикальной осп (перпенди-
кулярной плоскости рисунка) изображение диафрагмы 3 будет колебаться
по длине механической щели 7. В первом случае путем соответствующего
выбора диафрагмы 3 можно осуществлять как модуляцию длины, так и моду-
ляцию ширины освещенной части механической щели 7. В последнем слу-
чае—только модуляцию длины освещенной частп механической щели. Объек-
* Под торической поверхностью понимается поверхность, образованная враще-
нием дуги круга вокруг оси, лежащей в плоскости этой дуги.
158
тпв 8 изображает механическую щель 7 в форме пишущего штриха на кино-
пленке 9, которая на рпс. 123 движется вниз (перпендикулярно плоско-
сти рисунка). В результате на кинопленке будет иметь место модуляция
того пли иного параметра пишущего штриха, которая в соединении с дви-
жением кинопленки обусловит образование записи того пли иного вида.
Линза 4, изображающая диафрагму> обычно располагается между диафраг-
мой и зеркальцем или устанавливается в непосредственной близости к зер-
кальцу, соответственно преломляя световые лучи, падающие на моду-
ляционное зеркальце и отраженные от него (автоколлпматорная система).
Расположение линзы между маской
и зеркальцем обычно связано с примене-
нием коррегпрованной ахроматической
линзы и модуляционных зеркалец с на-
ружным отражательным слоем. (При ис-
пользовании зеркальца с внутренним
отражательным слоем целесообразно
применение вблизи его автоколлиматор-
ной линзы, обусловливающей парал-
лельность падающих и отраженных лу-
чей, плп в целях повышения качества
оптического изображения—оптической
системы, состоящей пз двух отдельных
коррегированных лпнз-объектпвов.)
Модуляционное зеркальце является одно-
временно оптическим и механическим подвиж-
ным элементом. Прп изображении источника
света на модуляционном зеркальце в случае
Рис. 123. Схема образования по-
движного изображения диафрагмы
на механической щелп с помощью
модуляционного зеркальца: 1—ис-
точник света; 2—конденсор; 3—ди-
афрагма; 4—линза; 5—модуляцион-
ное зеркальце; 6—линза; 7—меха-
ническая щель; 8—объектив; 9—ки-
нопленка
неполного покрытия светом входного отвер-
стия цилиндрической линзы (по высоте) плп
объектива (прп способах модуляцпп освещенности пишущего штрпха путем пзмепеппя
действующей длины механической щели п путем перекрытия механической щели
полутенью) освещенность пишущего штриха зависит от площади зеркальца. С этой
точки зрения выгодно иметь достаточно большую площадь зеркальца, а в случае сфери-
ческого изображающего объектива—круглую или квадратную его форму.
Целесообразность использования зеркальца тех плп иных размеров и формы
определяется конструкцией зеркального гальванометра и схемой оптической системы.
Увеличение размеров зеркальца вызывает возрастание его массы, что неизбежно при-
водит к ухудшению частотной характеристики модулятора, поэтому модуляционное
зеркальце должно пметь по возможности большую площадь прп допустимом своем
весе п высокую отражательную способность.
С точки зрения достижения минимального момента пиерцпп (что важно в смысле
обеспечения надлежащей частотной характеристики п чувствительности модулятора све-
та) наивыгоднейшей является вытянутая прямоугольная форма зеркальца, у которого-
длинные стороны идут параллельно осп вращения. Такая форма зеркальца хорошо по-
крывается изображением спирали лампы п наиболее полно используется прп подобной
же форме входного отверстия изображающего объектива (в виде, например, цилиндри-
ческой линзы).
Выгодность применения большого зеркальца еще обусловлена количеством
создаваемого им рассеянного света. Зеркальце большой площади уменьшает отно-
сительную величину случайного (блуждающего) света, обусловливаемого отраже-
нием от краев зеркальца; в результате повышается резкость изображения па ки-
нопленке.
, В настоящее время применяют преимущественно зеркальца наружного покрытия,
обычно имеющие стеклянную основу, па которую нанесен специальный сплав (напримерг
покрытие стекла алюминиевым сплавом методом катодного распыления). Эти зеркальца
отличаются от зеркалец с внутренним серебрением тем, что пе дают вторичных изобра-
жений за счет покровпогр стекла п обладают лучшей отражательной способностью
коротковолнового излучения (например, ультрафиолетового).
Качество изображения во многом зависит также п от состояния отражательной
поверхности зеркальца, в частности ее плоскопараллельностп (прп испытании интер-
ференционным методом отступление от плоскопараллельностп не должно превышать
1/3 длины волны натриевого пламени).
Л5&
Наплучшие результаты получаются, если отражательный слой имеет достаточную
сохранность, обладает стойкостью к механическим повреждениям, не подвергается кор-
розии, короблению под влиянием нагрева п т. д. Поэтому наружная отражательная
поверхность зеркальца обычно подвергается специальной обработке.
Для создания наибольшей световой эффективности оптикоосвети-
тельная система в виде источника света и конденсора должна давать изо-
бражение нити лампы на зеркальце, полностью покрывая своим изобра-
жением всю площадь зеркальца.
В дальнейшем изображение зеркальца вместе с нитью лампы пере-
носится во входное отверстие объектива или, как это имеет место в бесщеле-
вых оптических системах, высота изображения спирали па зеркальце, огра-
ниченная высотой зеркальца, фокусируется непосредственно на кинопленке.
Ввиду необходимости изображения нити лампы на зеркальце и одно-
временно получения равномерной освещенности изображения диафрагмы
в плоскости механической щелп или во входном отверстии объектива
(линзы) освещение диафрагмы осуществляется по принципу проекцион-
ной осветительной системы.
Обычно изображающая линза фокусирует диафрагму в плоскости
механической щели, которая в свою очередь изображается объективом на
кинопленке.
Для того чтобы весь световой поток, проходящий через механическую
щель, попадал в объектив, непосредственно у механической щелп устана-
вливается еще одна конденсорная линза 6 (см. рис. 123), изображающая
зеркальце во входном отверстии объектива. Зеркальце, являющееся
фиктивным источником света, и конденсорная линза 6 составляют другую
осветительную систему проекционного типа, служащую для получения
равномерной освещенности пишущего штриха.
При использовании данной оптической системы неравномерную осве-
щенность имеют следующие оптические элементы: нить лампы (светпмость),
зеркальце гальванометра и входное отверстие объектива; равномерную
освещенность имеют: вырез диафрагмы, механическая щель, пишущий
штрих на кинопленке.
Схема оптической системы, приведенная па рис. 120, может быть с успехом исполь-
зована в случае малых (узких) модуляционных зеркалец.
Цилиндрическая линза 7 изображает модуляционное зеркальце 5, ограниченное
по высоте диафрагмой 6, непосредственно па кинопленке 8, определяя этпм изображени-
ем ширину пишущего штриха (длина пишущего штриха ограничивается диафрагмой
данной цилиндрической линзы).
Диафрагма 6', примыкающая к зеркальцу и играющая роль механической щелп
(функцию которой может выполнять окно модулятора света), введена для получения
большей стабильности пишущего штрпха па кинопленке и предохранения из-
менения (модуляции) его ширины при колебаниях зеркальца.
Применяя в той пли иной оптической системе неподвижные диафрагмы
с различными вырезами (пли оптический клин переменного пропускания)
и изображая их через подвижное зеркальце на механическую щель илп
во входное отверстие изображающего объектива пли линзы, можно осу-
ществлять различные способы световой модуляции п получать разнообраз-
ные виды фонограмм на кинопленке.
Некоторые виды фонограмм, образующиеся на кинопленке в зави-
симости от вида применяемых диафрагм, расположения и направления
движения их изображений по отношению к механической щели (см. рпс. 123}
или входному отверстию цилиндрической линзы (см. рпс. 120), показаны на
рис. 119а.
Оптическая система с механической щелью, изображенная на рис. 123,
может считаться наиболее типичной для зеркальных модуляторов света.
При ее использовании крутильные колебания модуляционного зеркальца
160
совершаются вокруг горизонтальной оси установки, следствием чего
является перемещение изображения выреза диафрагмы поперек механи-
ческой щели.
В Этом случае перемощение изображения диафрагмы обычно является не про-
стым движением ио прямой, а сложным вращательным движением одновременно во-
круг двух точек. При любом положении зеркальца изображение выреза диафрагмы лежит
на поверхности конуса, осью которого является ось вращения зеркальца, а вершиной—
точка пересечения последней с плоскостью механической щели. Сказанное вытекает из
теория зеркал: в том случае когда плоскость, проведенная через падающий и отражен-
ный лучи, по сохраняется перпендикулярной любой плоскости, проходящей через ось
вращения зеркальца, отраженный луч описывает круговую коническую поверхность.
Указанный характер перемещения изображения поясняет схема, приведенная па
рис. 124. На этой схеме: z2, z3—модуляционное зеркальце в трех различных его
положениях; ррх—ось вращения зеркальца; ВСХ, ВС.2, ВС3—отраженные лучи, соответ-
ствующие отдельным положениям зеркальца; D—механическая щель; р—точка пере-
сечения осп вращения зеркальца с плоскостью механической щели; —угол, образован-
Рпс. 124. Оптическая схема, поясняющая характер движения изобра-
жения диафрагмы в плоскости механической щели
ный осью зеркальца с плоскостью изображения; С{, С2, С'—изображения точки С диа-
фрагмы прп трех различных положениях зеркальца, лежащие на поверхности конуса,
имеющего ось Вр и вершину />;
Изображение диафрагмы, как это показало па рпс. 124, можно рассматривать как
изображение линзой О'некоего мнимого объекта Сх или С2, или С", расположенного
по другую сторону зеркальца. Эффект перемещения изображения диафрагмы в плоско-
сти механической щели при кручении зеркальца равносилен тому, как если бы зер-
кальца вообще не было, а объект Сх вместе с линзой О' вращался па соответствую-
щий угол вокруг оси ррх, являющейся в обычных условиях осью вращения зеркальца.
При записи угловое отклонение зеркальца очень мало (обычно порядка 0,5°); поэтому
можно считать, что изображение диафрагмы движется в плоскости механической
щели вокруг точки р.
Подобное движение в несколько преувеличенном виде для М-образного выреза
диафрагмы, обусловливающего двустороннюю поперечную запись звука (фонограмму),
показано па рис. 124, гдеб’6’1—механическая щель. В случае поперечной записи эффект
вращения изображения диафрагмы вокруг некоторой точки может привести к тому, что
амплитуды отдельных записей на фонограмме будут иметь неодинаковое значение. Для
обычной поперечной фонограммы без шумопонижения это неравенство амплитуд записей
не имеет значения; но в случае специальных фотографических методов звукопередачи
(записи с шумопонижением, противофазной записи) оно может повлечь за собой образо-
вание нелинейных искажений. Указанный эффект практически может быть устранен
соответствующим весьма точным начальным азимутным расположением (поворотом)
изображения диафрагмы (поворот в применяемой оптической системе светомодулирую-
щего устройства производства завода Ленкинап порядка 1°).
При колебаниях зеркальца вокруг вертикальной оси и том же размещении эле-
ментов оптической системы изображение диафрагмы перемещается в плоскости механи-
ческой щели по поверхности цилиндра, а не конуса. При этом указанной выше компен-
сации не требуется. Подобный случай имеет место, например, при использовании опти-
ческой системы, показанной на рнс. 120, для поперечной записи, когда модуляционное
зеркальце колеблется вокруг вертикальной осп и перемещение изображения заслонки-
диафрагмы происходит в направлении длины цилиндрической линзы.
В том случае когда светомодулирующее устройство с зеркальным
модулятором света используется для поперечной записи (в оптической
И В. А. Бургов
161
системе, изображенной на рпс. 123, применяются диафрагмы, создающие
многозубчиковую или двустороннюю фонограмму), за его чувствитель-
ность можно принять величину изменения длины пишущего штриха
на кинопленке кДа^ па единицу напряжения в модуляторе света, т. е.
W — к1ат
s Ди ’
где — величина изменения длпны освещенной частп механической
щели прн изменении напряжения Ди; к — линейное уменьшение изобра-
жающего объектива.
При применении многозубчиковой диафрагмы
Дато= <Zntg-| ,
где d — величина перемещения изображения диафрагмы поперек механи-
ческой щели; п — количество пишущих краев многозубчпкового выреза
диафрагмы; 6 —угол между пишущими краями, пли согласно (129)
d = 2ma, Дат = 2mnz tg .
Кроме того, отношение изменения угла поворота модуляционного зеркальца
к напряжению Ди представляет собой чувствительность модулятора
света W м, поэтому
Ws = 2mnkWM tg ~ , (160)
т. е. чувствительность светомодулирующего устройства определяется сле-
дующими основными факторами:
1) чувствительностью зеркального модулятора света
2) расстоянием механической щели до зеркальца т\
3) углом, образованным пишущими краями выреза маски с перпен-
дикуляром к механической щелп у (см. рпс. 112);
4) числом пишущих краев п (факторы третий и четвертый опреде-
ляют вид выреза диафрагмы);
5) линейным уменьшением объектива к (к < 1).
При постоянных значениях Wт и к простая замена одной диа-
фрагмы другой уже даст возможность изменить чувствительность свето-
модулпруюшего устройства. Так, например, в случае замены диафрагмы
с прямоугольным вырезом диафрагмой с треугольным или М-образным
вырезом прп сохранении неизменным положения механической щели
W. о, 0 тт
имеем возрастание чувствительности в р— =Ztg-y раз. Чем больше
S1 Z
угол 6 и число пишущих краев диафрагмы /г, тем меньше будет ампли-
туда колебаний изображения диафрагмы в плоскости механической шели,
необходимая для достижения определенной глубины световой модуляции.
Чувствительность свотомодулирующего устройства зависит от линейного умень-
шения, создаваемого объективом, я не зависит от длины механической щели. Это
вытекает из того, что чувствительность мы определяем как абсолютную величину
изменения длины Пишущего штриха па кинопленке па единицу напряжения. Что же
касается потребляемой мощности свотомодулирующего устройства, то максимальное
ее значение, соответствующее 100% модуляции, наоборот, зависит от длпны механи-
ческой щели и не зависит от к.
В том случае когда входное. отверстие объектива пе покрыто целиком изобра-
жением модуляционного зеркальца, световой поток, проходящий через механическую
щель п объектив, согласно (108) равен:
/' = q \
So ) ’
162
Где q—площадь модуляционного зеркальца; — расстояние между модуляционным
зеркальцем и механической щелью.
Следовательно, освещенность пишущего штрпха
pBS.,.q
C-v~ ’ (162>
где —площадь пишущего штриха.
, - •• ат
Учитывая, что отношение длины механической щелп к ее ширине j— и пронз-
ит
ведение длины пишущего штриха на его ширину —постоянные величины,
прп также постоянных р, В, имеем:
<1бз)
. рВат
где новая постоянная A=-i— .
Из формулы (163) следует, что в указанном случае площадь зеркальца и поло-
жение механической щели по отношению к зеркальцу играют большую роль в осве-
щенности пишущего штрпха. Чем больше площадь зеркальца и чем ближе она на-
ходится к механической щелп, тем больше освещенность пишущего штриха.
При приближении механической щелп к зеркальцу, помимо уменьшения вели-
чины тх в формуле (163), может иметь место также увеличение Ът, а следовательно,
п ат в том случае, если объектив сохраняет постоянное положение, ибо прп удале-
нии механической щели от объектива необходимо увеличить ее размеры, чтобы полу-
чить ту же величину пишущего штриха па кинопленке. Таким образом, с точки
зрения светового потока, падающего па кинопленку, или освещенности пишущего
штриха (при указанном выше условии неполного покрытия входного отверстия объ-
ектива изображением зеркальца) выгодно устанавливать механическую щель по воз-
можности ближе к зеркальцу и, не изменяя положения изображающего объектива,
соответственно увеличить ее размеры. Однако надо иметь в виду, что приближение меха-
нической щели к зеркальцу приводит к понижению чувствительности светомодулиру-
ющего устройства прп поперечной записи и к увеличению мощности, потребляемой
модулятором света. Действительно, как это следует из формулы (129), уменьшение рас-
стояния между механической щелью и зеркальцем вызывает необходимость увеличе-
ния амплитуды колебаний зеркальца для получения одной и той же (в обоих случаях)
величины модуляции. В этом отношении определенную роль играют также число
пишущих краев п и угол между ними 0. Чем больше п и 6, тем ближе может быть
установлена механическая щель для получения определенной глубины модуляции
прп одной и той же амплитуде колебаний зеркальца.
Выгодность использования диафрагм, вырезы которых характеризуются больши-
ми значениямип и 0, можно проиллюстрировать следующим теоретическим сравнением.
Амплитуда колебаний изображения диафрагмы в плоскости механической щелп
для достижения определенной глубины модуляции имеет неодинаковое значение для
различных диафрагм. Это различие в амплитудах колебаний изображений диафрагм
может быть компенсировано соответствующим изменением расстояния механической
щели от зеркальца. Если для диафрагмы с прямоугольным вырезом это расстояние
принять за едийицу, то для диафрагмы, дающей двустороннюю запись звука, оно будет
1 .. V 1 т,
-----— , или воооще для мпогозуочпковоп диафрагмы . Квадрат этих величин
2tg%- "tg-T
определит соотношение между освещенностями механической щелп (имеющей постоян-
ные размеры) при употреблении различных диафрагм. Из этого следует, что при установ-
лении положения механической щелп необходимо считаться с двумя факторами?величи-
ной светового потока, падающего па кинопленку, и чувствительностью светомодулпрую-
щего устройства. Так как оба этих фактора действуют в противоположном друг другу
направлении, то при решении поставленной задачи в каждом отдельном случае при-
ходится пдтп па компромисс. Особо существен первый фактор, поскольку он должен
обеспечить требуемую экспозицию кинопленки.
При определении местоположения механической щелп, или, иначе говоря, вели-
чины mXi необходимо исходить отEn, т. е. от той освещенности кинопленки, которая
необходима для получения нужной фс тографической плотности.
На основании сделанных выводов понятны преимущества замены диафрагмы
с прямоугольным вырезом диафрагмой с вырезом в форме треугольника, расположен-
ным на прямоугольном основании, или с М-образпым вырезом. Эта замена имела место
в процессе развития светомодулпрующей системы с зеркальным гальванометром. При-
менение данных диафрагм дало возможность (при сохранении той же чувствительности
И* 16&
светомодулирующего устройства) приблизить механическую щель к зеркальцу, что
обусловило достаточно эффективное увеличение освещенности пишущего штриха прп
звукозаписи.
Аналогичное уменьшение расстояния механической щелп от зеркальца (вместе
с увеличением ее размеров) имело место и при переходе от записи белым светом к записи
ультрафиолетовым светом. В этом случае несколько понизилась чувствительность свето-
модулирующей системы, зато удалось получить требуемую освещенность пишущего
штриха. Благодаря повышению освещенности пишущего штриха стало возможным
уменьшить его ширину и тем самым повысить качество записи. (Необходимо также учи-
тывать потери иа поглощение и рассеяние света, которые приводят к весьма ощутимо-
му уменьшению проходящего светового потока.)
§ 34. ПОСТРОЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ЗЕРКАЛЬНОГО МОДУЛЯТОРА СВЕТА
Основными данными для расчета оптической системы зеркального модулятора
света являются: 1) размеры пишущего штриха на кинопленке (длина, ширина); 2) раз-
меры зеркальца: 3) размеры светящейся нити лампы; 4) чувствительность модулятора
света; 5,) характер выреза применяемой диафрагмы. Помимо этого, исходя пз конструк-
тивных соображений, определяются расстояния от зеркальца до пленки и от лампы до
зеркальца с учетом реальной возможности использования данных расстояний в опти-
ческой системе.
Прежде всего надо выбрать изображающий объектив. Выбор необходимой кратно-
сти (номинального линейного увеличения или уменьшения) микрообъектива произво-
дится с учетом: 1) заданного расстояния между зеркальцем и пленкой и 2) характера
выреза применяемой диафрагмы.
Слишком большая и слишком малая кратности объектива в равной мере непригод-
ны. Первая вызывает увеличение длины оптической системы, что невыгодно по чисто
конструктивным соображениям; вторая обусловливает необходимость сокращения
расстояния между объективом и конденсорной линзой, стоящей у механической щели,
вследствие чего уменьшается изображение нити лампы в плоскости входного отверстия
микрообъектива. Следовательно, мы должны уменьшить расстояние между зеркальцем
п механической щелью, т. е. приблизить зеркальце к щели. Хотя это и выгодно по свето-
техническим соображениям, но практически использовать подобное сближение зер-
кальца и механической щелп можно лишь при наличии достаточной чувствительности
модулятора света п определенного типа выреза диафрагмы; этого могут также не
допустить п размеры самой конструкции. Кратность определяет положение объектива
между пленкой и зеркальцем. По положению объектпва и его кратности находят место-
положение механической щели и ее размеры, а также расстояние механической щелп
от пленки.
Конденсорная липза, стоящая у механической щели, должна давать изображение
зеркальца во входном отверстии мпкрообъектива, равномерно освещая механическую
щель. Площадь изображения зеркальца во входном отверстии объектива определяет его
используемую светосилу. Необходимо стремиться к тому, чтобы изображение зеркальца
покрывало по возможности большую площадь входного отверстия объектпва. Зная рас-
стояния входного отверстия микрообъектива и зеркальца до механической щели, можно
найти необходимое фокусное расстояние конденсорной линзы.
Изображающая линза должна быть установлена как можно ближе к зеркальцу,
что выгодно с точки зрения чувствительности прибора, ио одновременно она должна
давать изображение диафрагмы, стоящей у конденсора, в плоскости механической щелп.
Кроме того, диаметр линзы и ее расстояние от зеркальца ограничиваются требованием,
чтобы линза не перекрывала световой пучок, отраженный от зеркальца. Исходя из всех
указанных выше обстоятельств, определяются параметры изображающей линзы. Зная
расстояние механической щели до зеркальца и расположение изображающей лппзы,
можно установить необходимые размеры выреза диафрагмы, стоящей у конденсора.
Конденсор и изображающая линза вместе изображают светящуюся нить лампы
па зеркальце, причем изображение должно полностью покрывать всю поверхность
зеркальца. Поскольку известны размеры зеркальца и спирали лампы, а также расстоя-
ние от лампы до зеркальца, условие покрытия зеркальца изображением спирали
определяет положение п фокусное расстояние конденсора. Для получения равномерной
освещенности диафрагмы, изображение которой получается в плоскости механической
щели, необходимо устанавливать диафрагму по возможности ближе к конденсору. Сле-
довательно, положение конденсора определяет также п расположение диафрагмы
в оптической системе. Диаметр конденсора должен быть достаточно большим, чтобы
покрыть вырез указанной диафрагмы.
Как было сказано выше, изображение нити лампы должно покрывать всю поверх-
ность зеркальца; крайние части светящейся спирали лампы* обычно обладают меньшей
164
яркостью, чем средняя часть; поэтому такое требование отпосптся главным образом
к изображению средней частп спирали на зеркальце. Поскольку это изображение соз-
дается конденсором и изображающей линзой, постольку участие их в образовании
изображения может быть различным.
Теоретически возможен, например, случай, когда изображение спирали образует-
ся почти исключительно конденсор ом, т. е. когда оно находится поблизости от зеркаль-
ца и изображающая линза установлена так близко от зеркальца, что изображение нити
лампы получается в его плоскости. Однако изображающая линза практически распола-
гается в некотором отдалении от зеркальца и, следовательно, в известной мере участвует
в образовании изображения спирали па зеркальце. В этом случае конденсор должен
давать изображение нити лампы па сравнительно большом расстоянии от зеркальца,
чтобы посредством изображающей линзы изображение могло быть перенесено па зер-
кальце. Чем ближе изображающая линза передвигается к зеркальцу, тем большее уча-
стие в образовании изображения принимает конденсор и тем более высокой апертурой
должна она обладать, чтобы пропустить весь свет, идущий от конденсора. Наоборот,
прп приближении к конденсору линза может иметь сравнительно невысокую аперту-
ру, что выгодно с точки зрения аберраций.
Основное условие построения оптической системы применительно к тому пли
иному модулятору света, по существу, сводится к тому, чтобы получить на кипой ленке
резкий пишущий штрих по возможности меньшей ширины и достаточно большой равно-
мерно распределенной освещенности. Так как с шириной штриха связано время экспо-
зиции. то ее сокращение может быть произведено лишь до известного предела, опреде-
ляемого величиной необходимой экспозиции кинопленки; дальнейшее уменьшение ши-
рины штриха, где нет еще влияния дифракции, становится возможным лишь при усло-
вии одновременного повышения его освещенности.
Освещенность штриха зависит от величины светового потока, сконцентрированного
в пределах его площади: чем больше этот поток, тем большей будет освещенность штрп-
ха. Равномерная освещенность штрпха при звукозаписи в большей степени зависит от
подбора и расположения оптических элементов.
Примеры.
Для поперечной и интенсивной записи лабораторией звукозаписывающей аппа-
ратуры Ленинградского завода Кинап (под руководством Мелпк-Степаняпа) создан
ряд светомодулирующих систем с зеркальными модуляторами света. Отдельные
оптические записывающие устройства для получения интенсивной записи с помощью
зеркальных модуляторов света разработаны Ленинградским институтом киноинженеров
(под руководством Бургова). Заграничными наиболее высококачественными светомо-
дулпрующимп системами с зеркальными модуляторами света являются системы «Эуро-
корд» (немецкая) и РКА (американская).
Рассмотрим в качестве примеров некоторые из указанных светомодулирующих
систем.
На рис. 125а прпведепа оптическая схема светомодулирующей системы для попе-
речной записи 1Р-1 разработки Ленинградского завода Кинап. Накаливаемая вольфра-
мовая спираль экспонирующей лампы 1 (лампа 7,8 а 10,5 в производства электролампо-
вого завода) изображается конденсором 2 и сферической ахроматической линзой 4 на
модуляционном зеркальце 5, полностью покрывая поверхность последнего. Изобра-
жение нити лампы в плоскости зеркальца в дальнейшем переносится конденсорпой
линзой 6’ во входное отверстие объектива 10. Вблизи конденсора расположена диафраг-
ма 5, изображаемая линзой 4 в плоскости механической щели 7. Мпкрообъектпв 10
дает уменьшенное изображение освещенной механической щелп в виде пишущего штри-
ха шириной 0,008 мм и длиной до 2,5 мм в плоскости кинопленки 11.
Вблизи механической щелп расположена заслонка 8, являющаяся подвижной
частью магнито-электрического шумопонижающего устройства. Изменением выреза
диафрагмы 3 осуществляются различные виды поперечной записи (двусторонняя, мно-
гозубчиковая, противофазная).
Так как в данной оптической системе благодаря применению поворачивающей
призмы 9 ось вращения модуляционного зеркальца перпендикулярна плоскости нахо-
ждения падающего и отраженного лучей, движение изображения пишущей диафраг-
мы 3 в плоскости механической щели происходит по поверхности цилиндра.
Оптическая система служит для записи как белым светом, так и отфильтрованным
ультрафиолетовым светом (она специально рассчитана с целью использования ультра-
фиолетового излучения). Световое излучение в ультрафиолетовой частп обеспечивается
той же экспонирующей лампой (с колбой из специального стекла) и выделяется с по-
мощью фильтра, устанавливаемого вблизи изображающего объектива 10.
На рпс. 1256 и 125в приведены кривые спектрального пропускания оптической
системы и фильтра, используемого для записи ультрафиолетовым светом.
Данная оптическая система со специальными изображающим объективом и моду-
лятором света с увеличенной площадью зеркальца дает возможность получать попереч-
ную фонограмму того пли много вида (например, противофазную) шириной 5 мм.
165
Свстомодулпрующес устройство с зеркальным магнито электрическим модулято-
ром света «Эурокорд» имеет оптическую систему, схема которой приведена на рпс. 12617.
Конденсор 2 изображает светящуюся спираль экспонирующем лампы 1 па моду-
ляционном зеркальце 5 и равномерно освещает диафрагму 3.
Линза 4 изображает диафрагму 3 в плоскости механической щелп 7 (через приз-
му 6), которая вместе с подвижной шумопонижающей заслонкой 11 фокусируется
объективом 8 па плепке 9. Конденсорная линза 10 обеспечивает необходимое покрытие
изображением зеркальца входного отверстия объектива 8. Колебания изображения
М-образного выреза диафрагмы 3 в плоскости механической щели обусловливают
поперечную запись звука.
Для осуществления интенсивной заппсп с помощью электромеханических (зер-
кальных) модуляторов света Ленинградским институтом кппоппжеперов и Лсппнград-
Рис. 125а. Опти-
ческая схема све-
том одул пру ющей
системы для попе-
речной записи 1 Р-1
разработки Ленин-
градского завода
Кинап
Рнс. 1256. Кривые спектрального пропускания
оптической системы. Сплошная линия отве-
чает середине, а пунктирная—краю лпнз
оптической системы
Рпс. 125в. Кривые спектрального пропускания
фильтра (стекла ФС-2) для заппсп ультрафи-
олетовым светом
ским заводом Кинан разработаны оптические записывающие устройства, обусловли-
вающие различные способы модуляции освещенности пишущего штрпха.
I. Способ модуляции путем изменения действующей длины механической щели
Примером светомодулпрующей системы, использующей способ модуляции осве-
щенности пишущего штрпха путем изменения действующей длины механической щелп,
является система с оптическим записывающим устройством, разработанным Ленинград-
ским институтом кппоппженеров (расчет произведен Гальперном). Это устройство
создано с целью использования без всяких переделок светомодулпрующпх систем типа
СМ (т. е. существующего парка звукозаписывающей аппаратуры) производства Ленин-
градского завода Кинап наряду с поперечной записью также и для интенсивной заппсп.
Такая постановка задачп, а также требование получения высокого качества пишущего
штрпха и достаточно высокой светосилы предопределили оптическую схему и конструк-
цию устройства. Все изменения в оптической частп светомодулирующей системы ти-
па СМ, предназначенной для поперечной записи, произведены в пределах только одного
изображающего тубуса, показанного на рис. 127 пунктиром, с сохранением габарита
последнего. Переход от поперечной заппсп к интенсивной осуществляется путем
простой замены одного тубуса другим.
В данной оптической системе сохранены неизменными все элементы до изобра-
жающего тубуса и, кроме того, конденсорная линза 10 и механическая щель 7 в преде-
лах тубуса. Таким образом, модуляция длины освещенной части механической щели,
.166
Рис. 126. Схема оптической
системы светомодулпрующего
устройства «Эурекорд»: 1—экс-
понирующая лампа; 2—кон-
денсор; 3—диафрагма; 4—лин-
за;/»—модул я цио н ное зс р кал ь-
це; 1 6—призма; 7—механиче-
ская щель; 8—объектив; 9—
пленка; 10—конденсорная лин-
за; 11—шумопонижающая за-
слонка Все размеры в мм
Рис. 127. Оптическая
схема светомодулпрую-
щей системы для интен-
сивной записи звука,
разработанной ЛИКИ
(Ленинградским инсти-
тутом JJ кппоипжсперов):
1—экспонирующая лам-
па; 2—конденсор; 3—ди-
афрагма с М-образпым
вырезом; $4—изобража-
ющая сферическая (ах-
роматическая) линза;
5—зеркальце гальвано-
метра; 6—заслонка шу-
мопонижения; 7—пер-
вая механическая щель;
8—микрообъектнв; 9—
кинопленка; 10—коп-
денсорпая линза; 11—
линза; 12—изображающая цилиндрическая липза; 13—конденсорная линза;
14—вторая механическая щель; 15—тубус изображающей системы
197
трансформирующаяся в дальнейшем в модуляцию освещенности пишущего штрпха,
сохраняется такой же, как и прп поперечной записи звука. В частности, шумопонижсг
нпе по методу смещения рабочей точки на кривой пропускания копии осуществляется
движением крыльев-заслонок 6 электромеханического шумопонижающего устройства
без всяких изменений. Прп установленном накале лампы покрытие механической щелп
теневыми изображениями заслонок во время «паузы» вызывает необходимое смещение
рабочей точки от центра в нижнюю часть прямолинейного участка кривой пропускания
копии. Таким образом, можно визуально контролировать исходные рабочие условия
и самый процесс интенсивной записи (например, по наблюдению изображения маски
в плоскости механической щелп и иа контрольном экране) совершенно так же, как и при
поперечном методе записи.
Оптическая система тубуса иа схеме, приведенной на рис. 127, построена с таким
расчетом, чтобы введенная дополнительная механическая щель 14, изображаемая в на-
туральную величину двумя мпкрообъектпвами 8, освещалась пучками света, вершины
Рпс. 128. Оптическая 'схема светомодулп-
рующей системы для поперечной записи:
1—экспонирующая лампа; 2—конденсор;
3—диафрагма; 4—ахроматическая изобра-
жающая линза; 5—зеркальце гальваномет-
ра; 6—шумопонижающие заслонки; 7—ме-
ханическая щель; 8—мпкрообъектив; 9—
пленка; 10—кондепсорная линза
которых совпадают с точками освещен-
ной части механической щели 7. Это по-
ложение обусловливает пропорциональ-
ность светового потока, проходящего
через механическую щель 14, или соответ;
ственио освещенности пишущего штрщ
ха и площади освещенной частп механи-
ческой щели 7. Кондепсорная линза 10 п
линза 11 изображают модуляционное
зеркальце 5 в натуральную величину в
плоскости дополнительной механической
щели 14. Цилиндрическая линза 12 (осу-
ществляющая указанную выше транс-
формацию изменений освещенной пло-
щади механической щели 7 в пропорци-
ональные изменения освещенности до-
полнительной механической щели 14)
совместно с линзой 11 изображает меха-
ническую щель 7 в плоскости дополни-
тельной механической щели 14 с умень-
шением по ширине в три раза. (По сооб-
ражениям, связанным с точностью юсти-
ровки, механическая щель 7 значительно
расширена по сравнению со случаем
поперечной записи.) Дополнительная
механическая щель 11 размером 0,015x2.54 мм введена в оптическую систему с целью
достижения высокого качества изображения механической щели па плевке.
Два одинаковых мпкрообъектива (по типу такие же, какие используются в свето-
модулпрующей системе СМ для поперечной записи) применены с целью сохранения
постоянных размеров изображающего тубуса и в то же время получения в натуральную
величину изображения дополнительной механической щели па пленке.
Дополнительная механическая щель располагается в главной фокальной плоско-
сти первого микрообъектива так, что пучок лучей, исходящий пз осевой точки механи-
ческой щели, по выходе из пего будет параллельным. Это положение габаритно не свя-
зывает расположение второго микрообъектива. Кондепсорная лив за 13 обеспечивает
расположение изображения механической щели 7 (по длине, как зрачка) линзами 11
и 13 и микрообъективом в плоскости диафрагмы 14 (расположение этого изображения по
ширине не имеет существенного значения ввиду малой ширины механической щели 7).
Данная оптическая система обеспечивает высокое качество пишущего штриха и произ-
водимой ею интенсивной записи на кинопленке.
Указанное построение оптической системы по сравнению с оптической систе-
мой, применяющейся прп поперечной записи, сохраняет геометрическую свето-
силу (светосилу, определенную выходной апертурой изображающей системы) всего
устройства в целом. Для уменьшения световых потерь па отражение и нежелательных
рефлексов все оптические элементы изображающего тубуса подвергнуты «просветле-
нию».
II. Способ модуляции путем перекрытия механической щелп полутенью
Способ модуляции освещенности пишущего штриха в частном виде получения
полутени с помощью виньетирующей заслонки (практически разработанный американ-
скими инженерами Диммиком и Захтлебеном17»46) реализован в светомодулпрующем
устройстве РКА (RCA) с зеркальным гальванометром электромагнитного типа (кон-
струкции Диммика53). Оптическая система данного устройства является модернизацией
Оптической светомодулирующей системы (созданной Дпммнком) для поперечной запи-
си, схема которой представлена на рис. 12847. В этой оптической системе (рнс. 129)
168
для получения модуляции освещенности пишущего штриха путем перекрытия механи-
ческой щели полутенью (в указанной частной модификации) произведены следующие
изменения.
Между изображающей линзой 4 п конденсором 2, ближе к линзе 4, помещается
виньетирующая заслонка 6 с горизонтальным краем, дающая полутень в плоскости
механической щели 7. Виньетирующая заслонка одновременно является подвижной
частью электромагнитного шумопонижающего устройства. Заслонка располагаетая
от изображающей линзы 4 па расстоянии, меньшем ее фокусного расстояния, и поэтому
линза образует ее мнимое изображение в сторону конденсора 2. Диафрагма с Al-образ-
ным вырезом заменяется диафрагмой 3 с прямоугольным вырезом, изображение которо-
го в плоскости механической щели 7 резко ограничивает полутень. Максимальная
используемая высота полутени ограничивается допустимым углом отклонения зеркаль-
ца 5 площадью 3,17x2,54 льи2. Если считать, что максимальная допустимая амплитуда
колебаний изображения диафрагмы при *йоперочной записи имеет значение 1,8 лш, то
Рпс. 129. Схема оптической светом одулпрующей систе-
мы для интенсивной записи, путем перекрытия меха-
нической щелп полутенью: 1—экспонирующая лампа;
2—конденсор; 3—диафрагма с прямоугольным вырезом;
4—изображающая ахроматическая линза; 5—зеркальце
гальванометра, колеблющееся вокруг горизонтальной
осп: 6—виньетирующая заслонка; 7—механическая
щель, 8—микрообъектнв: 9—пленка (направление ее дви-
жения указано стрелкой); 10—конденсорная липза;
11—ограничивающая заслонка
высота полутени равна 3,6 мм, для чего виньетирующая заслонка устанавливается па
расстоянии 30,7 мм от изображающей линзы 4, фокусное расстояние которой равно
38,7 мм. (При данном расположении виньетирующей заслонки перемещение ее перпен-
дикулярно оптической осп для осуществления шумопонижения при отсутствии модуля-
ции равно 0,9 мм и прп 50% модуляции—0,45 мм.) Максимальная мгновенная освещен-
ность механической щели полутенью и соответственно максимальная освещенность
пишущего штриха иа кинопленке прп данном способе модуляции имеют значения, рав-
ные освещенности таковых при поперечной записп звука.
Прп этом способе модуляции создаются нелинейные искажения при передаче
сигналов малых уровней (записываемых с шумопонижением по методу смещения)
в силу конечной ширины механической щелп и зависимость световой характеристики
от формы и распределения поверхностной яркости тела накала экспонирующей лампы.
Кроме того, прп его использовании возникают эксплуатационные трудности установле-
ния надлежащих рабочих условий и контроля записи.
III. Способ модуляции путем изменения входного отверстия изображающего
объектива
Примерами светомодулпрующих устройств, осуществляющих модуляцию осве-
щенности пишущего штриха путем изменения входного отверстия изображающего
объектива, являются светомодулирующие устройства 2Л-38 и 1Р-3 разработки Ленин-
градского завода Кппап и светомодулирующее устройство для интенсивной записи,
разработанное Ленинградским институтом кнпоппжеперов, которое может быть исполь-
зовано как для обычной записи, так и для заппси с оптическим шумопонижением
(см. § 87). Схема оптической системы светомодулпрующего устройства 2Л-38 приве-
дена на рис. 130.
В этой оптической системе осветительная часть от лампы 1 до зеркальца 5 прин-
ципиально такая же и отдельные элементы имеют то же назначение, как и в случае
рптической системы светомодулпрующего устройства 1Р-1 (см. стр. 165).
169
Рпс. 130. Оптическая система светомодулпрующего устройства для интенсив-
ной записи 2Л-38 разработки Ленинградского завода Кинап. Зеркальце вра-
щается вокруг горизонтальной оси, лежащей в плоскости рисунка. Пленка
движется перпендикулярно плоскости рисунка вниз: 1—экспонирующая лам-
па; 2—конденсор: 3—диафрагма; 4—изображающая ахроматическая линза;
5—зеркальце; 6—подвижная заслонка шумопонижающего устройства; 7—ци-
линдрическая линза: 8—диафрагма; 9—конденсорная линза; 10—механическая
щель; 11—заслонка для изменения ширины записи: 12—объектив. Все размеры
в мм
----------------------------------210.5
Рис. 131. Оптическая система светомодулирующего устрой-
ства с зеркальным гальванометром 1Р-3 разработки Ленин-
градского завода Кинап: 1—экспонирующая лампа; 2—кон-
денсор; 3—диафрагма; 4—ахроматическая линза; 5—зер-
кальце гальванометра, колеблющееся вокруг горизонталь-
ной осп: 6—конденсорная линза; 7—диафрагма-окно; 8—ме-
хани1еская щель; 9—объектив; 10—цилиндрическая линза:
11—пленка, движущаяся вниз пеппепдпкулярно плоскости
рисунка. Все размеры в мм
170
Диафрагма 3 имеет прямоугольный вырез, частично перекрываемый подвижной
заслонкой 6 шумопонижающего устройства. По длине диафрагма 3 изображается лин-
зой 4 в плоскости механической щели 10. Цилиндрическая линза 7 совместно с ахрома-
тической линзой 4 дает изображение диафрагмы 3 по ее высоте в плоскости дополни-
тельной диафрагмы 8. Диафрагма 8 изображается линзой 9 во входном отверстии мн-
крообъектива 12, который фокусирует механическую щель 10 в плоскости кинопленки.
Колебания зеркальца 5 вызывают модуляцию высоты освещенной части изображе-
ния выреза диафрагмы 3 па диафрагме 8 и соответственно модуляцию освещенности
механической щелп 10 и модуляцию площадп входного отверстия (по высоте) микро-
объектива 12. Регулируемая заслонка 11 служит для изменения ширины записи (шири-
ны фонограммы переменной плотности).
Данная оптическая система обусловливает пишущий штрих па кинопленке шири-
ной 10 р. и характеризуется достаточно высокой светосилой.
Схема оптической системы светомодулпрующего устройства 1Р-3 приведена на
рпс. 131. В этой оптической системе осветительная часть от лампы 1 до зеркальца 5
принципиально также не изменена, и отдельные элементы этой частп имеют то же
назначение, что и в предыду-
щих описанных модификациях
оптической системы рассматри-
ваемого типа. Отличие начи-
нается с того, что ахромати-
ческая линза 4 дает резкое
изображение диафрагмы 3 (име-
ющей прямоугольный вырез)
в плоскости широкого прямо-
угольного окна 7 изобража-
ющей частп оптической систе-
мы. К данному окну непосред-
Плеика
Рис. 132. Оптическая система светомодулпрующего устройства ЛИ КII для ин-
тенсивной записи: 1—экспонирующая лампа, 2—-конденсор; 3—диафрагма;
4—изображающая ахроматическая линза; 5—зеркальце (вращаемое вокруг
горизонтальной осп): 6—рефлектор; 7—цилиндрическая линза; 8—копдснсор-
ная линза; 9—механическая щель; 10—объектив; 11—цилиндрическая линза
(для получения более равномерной освещенности зеркальца). Все размеры в мм
ствеппо примыкает конденсорная линза 6, которая изображает модуляционное
зеркальце 5 вместе со спиралью лампы в плоскости механической щелп 8. Сфери-
ческий объектив 9 изображает диафрагму 7 (с прямоугольным вырезом площадью
3,8x15,2 мм2) па кинопленке, определяя этпм изображением длину пишущего штриха
или ширину записи, равную 2,5 мм. Цилиндрическая линза 10 вместе со сферическим
объективом 9 изображает механическую щель 8 па кинопленке по высоте, определяя
этпм изображением ширину пишущего штрпха (13 р.). Благодаря применению цилиндри-
ческой линзы в плоскости кинопленки 11 оптически совмещаются изображения ширины
дпафрагмы-окпа 7 п высоты механической щели 8, создаваемые сферическим объекти-
вом 9 и цилиндрической линзой 10. Колебания изображения диафрагмы 3 в плоскости
окна 7 приводят к изменению освещенной площадп (высоты) последнего и к соответ-
ствующим колебаниям действующей высоты входного отверстия пли сагиттальной апер-
туры цилиндрической линзы. Шумопонижение осуществляется с помощью подвижных
заслонок, расположенных за окном 7 и приводимых в движение (смещаемых) электро-
магнитным механизмом. В данном светомодулирующем устройстве используется
специальный зеркальный модулятор света (магнито электрического типа) с модуля
ционным зеркальцем, имеющим размеры 6,5x1,25 мм2.
Схема оптической системы светомодулпрующего устройства с оптическим шумо-
понижением Ленинградского института кпноннженеров (расчет произведен Юхтано-
вым и Солодовым) в той се частп, которая служит для модуляции освещенности основ-
ного пишущего штриха, приведена на рпс. 132.
Экспонирующая лампа 1 вместе с рефлектором 6 п копдепсором 2 равномерно
освещает диафрагму с прямоугольным вырезом 3, которая изображается ахроматической
171
линзой 4 через модуляционное зеркальце 5 в плоскости входного отверстия цилиндри-
ческой линзы 7, ось цилиндра которой расположена в горизонтальной плоскости.
При отсутствии записи (в момент «пауз») входное отверстие цилиндрической лин-
зы 7 наполовину своей высоты перекрыто изображением выреза диафрагмы 3 (прямо-
угольным световым пятном). Цилиндрическая линза 7 в вертикальной плоскости (со-
вместно с конденсорной линзой 8) дает изображение модуляционного зеркальца 5 во
входном отверстии микрообъектива 10, который изображает па кинопленке механиче-
скую щель 9 в виде пишущего штриха. Прп колебаниях модуляционного зеркальца
происходит изменение действующей сагиттальной апертуры цилиндрической линзы 7
и соответственно—модуляция освещенности основного пишущего штриха на кинопленке
§ 35. ОБЩИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ МОДУЛЯТОРОВ СВЕТА
Модуляторы света электромеханического типа с подвижной механи-
ческой системой с точки зрения входа могут быть рассматриваемы как
электрические системы, а с точки зрения выхода—как механические системы.
Электрическая система модулятора света представляется в виде про-
водника (или ряда проводников), имеющего ту или иную форму и характе-
ризующегося активным п реактивным
электрическими сопротивлениями. К за-
жимам этого проводника подводится на-
пряжение, изменяющееся со звуковой ча-
стотой. Ток, протекающий по проводнику,
прп наличии соответствующей магнитной
Рис. 1336. Схема' ка-
тушечного модулято-
ра света втяжного
типа
Рпс. 133а. С сема катушечного
модулятора света поворотного
типа
системы создает силу, действующую на механическую подвижную систе-
му, и приводит ее в движение. 1
В звуковом кино для целей фотографической записи звука ныне
преимущественно используются магнито-электрические и электромагнит-
ные модуляторы света как наиболее отвечающие основным техническим
требованиям (см. классификацию модуляторов света, стр. 137). В маг-
нито-электрических модуляторах света колебания механической системы,
передающие сигнал, возникают в силу взаимодействия магнитного
поля электрического проводника с током записываемого сигнала с по-
ляризующим постоянным магнитным полом. Электрические проводники
имеют форму катушки с тем плп иным количеством витков или натя-
нутой петли, пли металлической лепточкп (например, из дюралюминия).
Катушка жестко связывается с механической подвижной системой в форме
упругой поворотной рамки (модулятор поворотного типа, рпс. 133а)
или зажатого одним концом стержня (модулятор втяжного типа, рпс. 1336),
приводящих во вращение модуляционное зеркальце. Петля служит для
укрепления на ной модуляционного зеркальца (рпс. 134) плп, так же как
и натянутая ленточка, для модуляции света по типу заслонки (рпс. 135).
Как в том, так и другом случае электрический элемент выполняет одно-
172
временно функцию механической подвижной системы модулятора света.
В электромагнитных модуляторах света роль механической системы,
приводящей в движение зеркальце или непосредственно модулирующей
световой поток, играет ферромагнитный якорь.
Якорь приводится в движение благодаря воздействию на него моду-
лированного магнитного потока
Якорь обычно пмеет форму пластины пз кремнистой стали плп 45 %
пермаллоя. В зависимости от типа магнитной системы якорь или заделы-
вается одним или двумя своими концами и работает на изгиб, или упруго
закреплен побочными устройствами. Примером последнего случая являет-
ся расположение якоря в. виде ферромагнитной площадки на упругой
металлической ленте, закрепленной ио концам и работающей на скручи-
вание. Модуляционное зеркальце может быть укреплено как непосредствен-
но па самом якоре, так и на побочном, связанном с ним механическом эле-
менте; это зависит от того, какое движение совершает якорь. Если магнит-
ная система построена так, что якорь совершает крутильные движения,
то он может служить непосредственной опорой зеркальца. В других
Рис. 134. Схема петлевого зеркаль-
ного модулятора света
Рпс. 135. Принципиальная схема
ленточного осциллографа как моду-
лятора света: 1—ленточка; 2—изо-
бражающие объективы
системах вводится дополнительный механический элемент, совершающий
крутильные колебания под влиянием поперечных колебаний якоря и являю-
щийся опорой зеркальца (например, в зеркальном гальванометре разра-
ботки Ленинградского завода Кинап или в зеркальном электромагнитном
гальванометре РКА (RCA)). Наличие промежуточной механической связи
между якорем и зеркальцем иногда бывает выгодным с точки зрения чув-
ствительности модулятора света, так как дает возможность повысить по-
следнюю использованием механического рычага.
В целях достижения практически прямолинейной частотной харак-
теристики в пределах диапазона частот колебаний от 50 до 8000—9000 гц
механическая подвижная система должна являться колебательной системой
с частотой собственных колебаний порядка 8000—9000 гц.
Механическая и магнитная системы модулятора света конструи-
руются с расчетом получения:
1) указанной частоты собственных колебаний, определяющих пре-
дельное значение тех частот, которые при наличии соответствующего демп-
фирования могут быть переданы без ощутимых искажений;
2) определенной величины ейлы, необходимой для достижения требуе-
мой амплитуды колебаний модуляционного элемента или якоря при мини-
мальном электрическом токе, т. е. получения ио возможности большей чув-
ствительности модулятора света;
3) малых нелинейных искажений (прп максимальной модуляции коэф-
фициент гармонических искажений не. должен превышать 2°о).
173
Примеры.
Примером электромеханического модулятора света с подвижным зеркальцем
является зеркальный гальванометр магнито-электрического типа 4Д-1 Ленинградского
завода Кпнап (разработанный Мслпк-Степапяпом). Принципиальная схема и фотогра-
фия данного модулятора света приведены на рис. 136 и 137.
К обеим сторонам якоря в виде пластины из немагнитного материала 1 (зажатой
в пижнсй своей части) примыкают легкие модуляционные катушки 2. Эти катушки жест-
ко связаны с якорем и располагаются в воздушном кольцеобразном зазоре, который
образован с обепх сторон якоря проходящим через него сквозным магнитным стерж-
Рис. 136. Принципиальная схема магнито-элек-
трического зеркального гальванометра 4Д-1
Рис. 137. Магнито-электрический
зеркальный гальванометр 4Д-1
Рис. 138. Частотная характеристика магнито-электрического
зеркального гальванометра 4Д-1
нем 3 п окружающими стержень магнитными рамами. Стержень и рамы являются
полюсами постоянного магнита, вследствие чего при прохождении тока в модуляцион-
ных катушках последние перемещаются в том или ином, всегда одинаковом (что дости-
гается соответствующим соединением катушки) направлении, вызывая изгиб свобод-
ного конца якоря. Верхний свободный конец якоря входит в паз опоры 4 с модуляцион-
ным зеркальцем 5, поэтому поперечное его смещение обусловливает соответствующий
поворот модуляционного зеркальца.
Данный модулятор света содержит модуляционное зеркальце площадью 3,2 х
X 2,5 мм2, характеризуется достаточно хорошей частотной характеристикой в диапа-
зоне до 9000 (рис. 138) и имеет малые нелинейные искажения, указанные в табл. \ I1L
Таблица VIII
Частота ' Вторая гармоника (%) | Третьи гармоника (%)
1000 0,4 0,2
2 000 0,8 0,45
3 000 0,55 0,35
174
Электрическая мощность, потребляемая гальванометром на частоте 1000 гц, рав-
на примерно 500 мет.
Примером модулятора света магнито-электрического типа, подвижной механиче-
ский элемент которого выполняет функцию заслонки, является ленточный осциллограф.
Принципиальная схема его устройства приведена на рис. 135. Между полюсами постоян-
ного магнита перпендикулярно направлению магнитных силовых линий расположена
металлическая ленточка 7, сделанная из немагнитного материала. По ленточке прохо-
дит ток звуковой частоты; благодаря взаимодействию этого тока с постоянньш магнит-
ным полем ленточка совершает колебания в направлении, перпендикулярном магнит-
ным силовым линиям и току.
Для изображения ленточки в плоскости пленки в толще магнитов делаются выре-
зы, которые используются и для изображающих объективов 2. Через эти вырезы в на-
Рис. 110. Рамка с ленточкой (мо-
дулятор света системы Шорина)
Рпс. 139. Магнитное ярмо модулятора све-
та ОСМ-3: 7—стальное тело (цилиндриче-
ской формы); 2—обмотка возбуждения;
5—объектив; 4—полюс; 5—рамка с лен-
точкой
правлении магнитных силовых линий пропускается световой поток. Ленточка перекры-
вает изображение механической щели необходимых размеров. В качестве подвижной
системы используется иногда не одна, а несколько ленточек.
Наиболее типичными представителями светомодулпрующей системы рассматри-
ваемого типа являются ленточный осциллограф системы Шорина и модулятор света,
известный под названием светового клапана, который применяется за границей (США)
для фотографической записи звука посредством модуляции ширины пишущего штрпха.
Отечественный модулятор света системы Шорина10 состоит из двух основных ча-
стей: магнитного ярма и рамки, несущей ленточку. Магнитное ярмо, схематически пред-
ставленное на рис. 139, состоит из стального тела цилиндрической формы 7, играющего
роль магпитонровода, обмотки возбуждения 2 и двух объективов 3, утопленных
в вырезах полюсов 4. В средней части ярма расположена коробка, в которую
со специальным направляющим входит рамка с ленточкой 5.
Ленточка 7 в рамке (рпс. 140) натягивается и укрепляется посредством двух
зажпмов 2. Опа прижимается к двум порожкам 5, расстояние между которыми, опреде-
ляющее рабочую длину ленточки, равно 19,5 мм. Натяжение ленточки, имеющее зна-
чение порядка 30—50 а, контролируется специальным индикатором. Когда рамка встав-
ляется в коробку, ленточка занимает точное положение в воздушном зазоре между
полюсами магнита, отстоящими один от другого на 0,3 мм. В плоскости ленточки
изображается диафрагма с прямоугольным вырезом. Ленточка сделана из дюралюминия
и имеет размеры: толщину 0,01 мм, ширину 0,17 мм. Напряженность магнитного поля
в воздушном зазоре, где расположена ленточка, порядка 15 000—18 000 гс.
Световой клапан Вестерн Электрик принципиально имеет следующее устройство
(рис. 141). Между полюсными наконечниками 7 магнитного ярма (из пермендура),
которые через оперные плиты связаны с постоянными магнитами (из альнико), разме-
щаются натянутые на специальной арматуре (до собственной частоты порядка 10 000 гц)
дюралюминиевые ленточки 2. Полюсные наконечники имеют внутренние полости (в фор-
175
Ъ1е раструба) о для пропускания света па лепточкп. При прохождении по ленточкам
тока звуковой частоты ленточки совершают колебания в противоположном друг к дру-
гу направлении и изменяют ширину (высоту) выреза специальной диафрагмы, который
изображается на кинопленке. Световой клапан может быть также использован для
получения поперечной записи звука (модуляции длины пишущего штриха на кино-
пленке)52. На рис. 142 изображен поперечный разрез светового клапана, применяюще-
гося для поперечной записи звука.
Примером магнито-электрического модулятора света заслоночного типа с электри-
ческой системой в форме катушки является хроникальный модулятор света с механиче-
Рис. 144. Принци-
пиальная схема све-
тового клапана: 1—
полюсные наконечни-
ки; 2—лепточкп;
3—раструбы для про-
пускания света
Рпс. 142. Поперечный
разрез светового клапа-
на, применяющегося для
поперечной записи зву-
ка: 7—постоянный маг-
нит; 2—полюспыо пако-
печпики; 3—конденсор;
4—лепточкп; 5—объек-
тив
! направление
колебаний
катушки ।
Рис. 143а. Пластина с жестко свя-
занной катушкой (хроникальный
модулятор света)
Рис. 1436. Механическая система хроникаль-
ного магнито-электрического модулятора света
ской системой, схематически показанной на рис. 143а (предложен Мелпк-Степаняпом
и разработан Мацкевичем). Данный модулятор света служит для осуществления интен-
сивной записи по способу модуляции освещенности пишущего штрпха путем изменения
апертуры изображающего объектира.
Механическая система модулятора света представляется в виде пластины, зажа-
той одним краем и работающей па изгиб. С данной пластиной жестко связана катушка,
которая, как это показано па рис. 1436, входит в кольцевой зазор магнитной системы.
При прохождении по ней тока звуковой частоты она колеблется вдоль зазора, вызывая
тем самым соответствующие колебания жестко связанной с ней пластины В. Колебания
верхней крайней частп А пластины модулируют высоту выреза диафрагмы (см. схему
па рис. 118) и том самым величину проходящего через нее светового потока.
176
Рис. 144. Схема электромагнитного зеркального гальванометра
с демпфирующей трубкой
Рпс. 145. Частотная характеристика электромагнитного зер-
кального гальванометра РКА (RCA) при использовании элек-
трической и механической коррекций
Рис. 14G. Нелинейные искажения в
электромагнитном зеркальном гальва-
нометре РКА (RCA) при частоте 1000 гц
(при 2000 гц и 100% модуляции при-
мерно в два раза больше)
12 в. А. Бургов
177
В качестве примера электромагнитного модулятора света с подвижным зеркаль-
цем, применяемого в кинопромышленности, можно привести современный зеркальный
гальванометр РКА (RCA, разработан Диммиком53,543). Его устройство видно из принци-
пиальной схемы, приведенной па рпс. 144. Между двумя полюсными наконечниками
П-образной формы 1 зажат в нижней своей части (между немагнитными прокладками 7 )
якорь 6, имеющий форму пластины и сделанный из железо-никелевого сплава (45%
пермаллоя). Верхняя часть якоря располагается между двумя отростками полюсных
наконечников, изготовленных из железо-кобальтового сплава (пермендура). Свободный
конец 2 якоря (несколько выступающий над уровнем полюсных наконечников) имеет
форму лезвия ножа и входит в выемку полуцилипдрической опоры 5, на которую при-
клеено зеркальце (наружного покрытия) 4 площадью 3,17x2,54 лии2. Опора 5 удержи-
вается в надлежащем положении, прижимаясь к якорю посредством металлической
ленточки <3, которая средней своей частью приклеена к опоре, а концы ленточки припая-
ны к державке 9. К полюсным наконечникам примыкают два постоянных магнита 10, сде-
ланных из альнико. Во внутренней полости полюсных наконечников находится модуля-
ционная катушка 8, которая окружает якорь, ноне соприкасается с ним. В модуляцион-
ную катушку 8 поступают токи звуковой частоты от усилителя заппсп. Прохождение
переменного тока по модуляционной катушке вызывает периодическое изменение
напряженности магнитного поля в воздушных зазорах 11 и 12 между якорем 6 и полюс-
ными наконечниками 1 (длиной 0,25 мм). Это изменение всегда происходит так, что если
в одном воздушном зазоре напряженность поля возрастает, то в другом уменьшается
и наоборот. В результате этого на свободный конец якоря действует разностная (диф-
ференциальная) сила, приводящая его в движение. Под влиянием этой силы якорь
совершает поперечные колебания, которые обусловливают крутильные колебания
опоры 5 с зеркальцем 4. Модулятор света потребляет мощность 1,25 вт (прп 100% моду-
ляции) п имеет частотную характеристику (полученную в результате электрической
и механической коррекций), изображенную на рис. 145. Нелинейные искажения, воз-
никающие в модуляторе света, выражены кривыми, приведенными на рпс. 146.
§ 36. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ МОДУЛЯТОРА СВЕТА
Чувствительность 1У. электромеханического модулятора света к по-
стоянному току пли току низкой звуковой частоты может быть выра-
жена отношением отклонения механического модуляционного элемента а
(в линейных или угловых единицах) к соответствующему току г, т. е.
^=4. (164)
При воздействии силы F (постоянной или звуковой частоты) а = ~ ,
где 8 — упругость механической системы, поэтому
= Д = (165)
Отношение 9Л механической силы F к току i называется коэффи-
циентом электромеханической связи.
Формула (165) относится к простейшей механической колебательной
системе с сосредоточенными постоянными (масса, упругость).
Угловая частота собственных колебаний такой системы
».=/£. («б).
где т — масса или момент инерции (в последнем случае 5 — упругий момент).
Таким образом, чувствительность модулятора света
Wi = • (167)
Из формул (166) и (167) следует, что одновременное достижение
необходимой частоты собственных колебаний механической подвижной
системы и высокой чувствительности модулятора света требует макси-
178
мально возможного уменьшения массы и увеличения коэффициента
электромеханической связи.
Произведение плп /о^о ГДе /0““частота, может служить кри-
терием добротности конструкции модулятора света. Согласно (166) для
получения необходимой частоты собственных колебаний можно изме-
нять как массу т (или момент инерции), так и упругость 5 (или упру-
гий момент) механической системы. Увеличение упругости невыгодно
с точки зрения чувствительности модулятора света.
В магнито-электрических модуляторах света сила F (в динах), дей-
ствующая на проводник при прохождении по нему тока, равна:
F = O,l#/f, (168)
где 77 — напряженность магнитного поля, в котором находится провод-
ник (в эрстедах); / — активная длина проводника в магнитном поле
(в см); г —ток (в амперах).
В случае модулятора света втяжного типа с катушкой (см. рис. 1336)
F имеет значение силы, действующей по оси катушки, а I = 1п является
общей длиной провода катушки. Для модулятора света поворотного
типа с прямоугольной катушкой (см. рис. 133а) F есть сила, действующая
на каждую из боковых активных сторон катушки, причем
I = law,
где 1а — длина активной стороны; ^ — количество витков катушки.
Вращающий момент равен: D = O,1HU-2R, где R — ширина прямо-
угольной катушки (рамкп).
При применении в качестве электрической и механической колеба-
тельной системы модулятора света натянутой металлической ленточки
или петли (ленточный или шлейфовый осциллограф) F есть сила, дей-
ствующая на ленточку, а Z — длина ленты, находящейся в магнитном
поле. Таким образом, коэффициент электромеханической связи модуля-
тора света магнито-электрического типа равен:
ЗЛ = 0,1Я/ дн/а, (169)
а его чувствительность к постоянному току или току низкой звуковой
частоты
jy ОДЯ£. (170)
В электромагнитных модуляторах света сила, действующая на якорь
(в динах), согласно формуле (176) (см. стр. 183)
F = 2ру0 = 2p]tSBrB0, (171)
где — переменный магнитный поток (в мкс); — постоянный ма-
гнитный поток (в мкс); S — площадь поперечного сечения полюсных на-
конечников (в см2); Вг и BQ — переменная п постоянная магнитные ин-
дукции (в гауссах); р и к — коэффициенты пропорциональности.
Так как (в практических единицах), а к = , то послед-
нее равенство можно переппсать в виде:
г ОДдФ’ошг*
F ~ I
(172)
откуда коэффициент электромеханической связп
3ft = — = z Он/а
(173)
12* 17»
ж чувствительность электромагнитного модулятора света
• (174)
1 /и)2/П 4 '
Коэффициент р равен 1 для простейшей магнитной системы и 2 —
для двойной дифференциальной магнитной системы модулятора света.
Таким образом, двойная дифференциальная магнитная система отличается
от простой магнитной системы вдвое большим коэффициентом электро-
механической связи, и модулятор света с ее использованием имеет вдвое
большую чувствительность.
С точки зрения искажений в электромеханических модуляторах света
выгодно иметь по возможности меньшую величину максимального откло-
нения механической системы а, что достигается соответствующим построе-
нием оптической записывающей системы путем использования достаточно
большого значения коэффициента оптико-механической связи (см. стр. 141).
Переменная сила действующая на проводник или якорь для
получения необходимой амплитуды его колебания а, должна обеспечивать
выполнение условия:
F = ©Jm = 0, iHli (магнито-электрпчсская система),
или
F = и)2??га = (электромагнитная система).
Чувствительность электромеханических модуляторов света в общем
случае благодаря наличию механической колебательной системы является
функцией частоты; только на низких частотах ее можно считать не зави-
сящей от частоты. В особенности эта зависимость проявляет себя при
приближении к частоте резонанса и малом затухании механической колеба-
тельной системы. В этом случае чувствительность сначала повышается с
возрастаппем частоты, приобретает максимальное значение при резонансе
механической подвижной системы и затем быстро уменьшается. Таким
образом, чувствительность завпсит от частотной характеристики механи-
ческой колебательной системы.
§ 37. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ МОДУЛЯТОРАМИ СВЕТА,
И УСЛОВИЯ ЛИНЕАРИЗАЦИИ
В модуляторах света магнито-электрического типа (например, в лен-
точных осциллографах) преимущественное значение приобретает механиче-
ская нелинейность, т. е. нелинейность, вносимая механической системой,
а в модуляторах света электромагнитного типа—нелинейность, обусло-
вливаемая магнитной системой.
В том случае когда механическая подвижная система представлена
в виде зажатого одним концом стержня (пластины) с жестко связанной
с ним катушкой, нелинейные искажения обусловливаются механическими
свойствами подобной системы и характером распределения действующих
на нее сил.
При применении механической системы в виде натянутой ленточки
или петли механическая нелинейность возникает вследствие нагревания
ленточки (пли ленточек петли) проходящим по пей током звуковой частоты,
а также в результате сравнительно большого отклонения ленточки по от-
ношению к ее длине. В обоих случаях происходит изменение длины ленточ-
ки при ее колебаниях, вследствие чего изменяется натяжение ленточки
380
и образуются нелинейные искажения. Кроме того, нелинейные искажения
могут возникать в силу кручения ленты при ее колебаниях.
В целях уменьшения нелинейных искажений, порождаемых указан-
ными выше факторами, ленточки делают из материала, имеющего малую
плотность и малое электрическое сопротивление, и, кроме того, ограничи-
вают амплитуду колебаний ленточки путем соответствующего построения
оптической системы, например путем применения изображающих микро-
объективов большой кратности.
Малая плотность материала ленточки дает возможность уменьшить
массу и соответственно натяжение (упругость) ленточки для получения
заданной частоты собственных колебаний. Следствием является уменьшение
величины тока, необходимого для получения определенного отклонения,
что понижает пагрев ленточки и уменьшает возможность обрыва ленточки
при больших модуляциях. Уменьшение электрического сопротивления
также приводит к уменьшению нагрева ленточки и к снижению нелиней-
ных искажений.
Материал, применяемый для ленточки осциллографа, прп известных
ее размерах должен обеспечить возможность' настройки на требуемую
частоту. Для уменьшения нелинейных искажений (уменьшения тока и со-
ответственно нагрева ленточки) обусловленная материалом чувствитель-
ность модулятора света должна быть по возможности большей, а потребляе-
мая электрическая мощность (при постоянных отклонении и частоте
настройки) меньшей.
С этой точки зрения сравнительное качество различных материалов, которые мог} т
быть использованы для ленточек осциллографа, поясняет табл. IX. Как следует лз
данной таблицы, наплучшпм материалом из указанных для ленточек является дюралю-
миний, который наряду с достаточно большим сопротивление^м на разрыв ймеет малую
плотность (алюминий имеет значительно меньшее сопротивление на разрыв, что не дает
возможности настроить изготовленную из него ленточку на требуемую высокую
частоту).
Таблица IX
Сравнительное качество различных материалов
для ленточек осциллографа
Материалы Плот- ность Р (г/сл13) Удельное электри- ческое сопротив- ление (сш/СЛ1), умножен- ное на 106 (г-106) Сопро- тивление на разрыв с (а/сл12) Относитель- ная потреб- ляемая элек- трическая мощность прп постоян- ном откло- нении Относительное значение макси- мальности частоты настройки /Л1а~с* / 2 макс _ \. /1 макс с 1^2 '
Алюминий 2,7 3,0 1,94-10» 0,6 0,69
Фосфористая бронза Медь (твердотяну- 8,9 2,2 12-10» 4,86 0,97
тая) Дюралюминий (леп- 8,93 1,8 4,6-10» 4 0,59
та) 2,8 4,6 4,1-10» •1 L
Серебро 10,5 1,6 3-10» 4 0,43
На рис. 147 приведены практические амплитудные характеристики
двух ленточек, сделанных из дюралюминия и фосфористой бронзы, из кото-
рых первая колеблется в воздухе, а вторая—в вазелиновом масле. Фосфо-
* Под максимальной частотой настройки fMCLKC понимается та максимальная
частота собственных колебаний ленточки, при которой ленточка еще не разрывает-
ся. Следовательно, fMCLKC зависит от сопротивления па разрыв, а пе от упругости.
181
ристо-бронзовая ленточка при прочих равных условиях потребляет боль-
ший ток и характеризуется большим электрическим сопротивлением,
вследствие чего имеет худшую амплитудную характеристику.
Источниками магнитной нелинейности в электромагнитных модуля-
торах света являются:
1) непостоянство и циклическое изменение магнитной проницаемости
отдельных элементов магнитной цепи прп их перемагничивании пере-
менным током (нелинейность начальной кривой намагничивания и магнит-
ный гистерезис);
2) перераспределение (изменение) магнитных потоков в воздушных
зазорах вследствие относительно больших амплитуд колебаний якоря;
5
Б
Ток
•мДмпер
Рис. 147. Амплитудные характе-
ристики дюралюминиевой I и
фосфорпстобронзовой II лент
3) квадратичная зависимость между
силой и магнитным потоком (для простых
магнитных систем);
4) неравенство поляризующих магнит-
ных потоков в воздушных зазорах между
якорем и полюсами вследствие недоста-
точно точной центрировки якоря.
Все эти факторы имеют тем меньшее
значение, чем меньше амплитуда колеба-
ний якоря по сравнению с воздушными за-
зорами, переменная магнитодвижущая си-
ла (вызванная прохождением тока по ка-
тушке) по отношению к постоянной магни-
тодвижущей силе (обусловленной постоян-
ным магнитом), величина всего магнитного
сопротивления по отношению к магнитно-
му сопротивлению воздушного зазора.
Как показывает опыт, отношение амплитуды колебаний якоря к дли-
не воздушного зазора и переменной магнитодвижущей силы к постоянной
магнитодвижущей силе не должно быть более 1 : 15.
Поясним сначала на конкретных примерах действие последних трех факторов-
Пример.
В случае простейшей магнитной системы, показанной на рис. 148, суммарная
сила F (в динах), действующая на якорь со стороны двух полюсов, может быть
выражена формулой:
к к
^=4-(^o+^i)2=4
о о
2
Z/5 + g/5+y -Ц-)
^п^п/
2
1+^1
(175)
где ХГ0 и — постоянный и переменный магнитные потоки (в мкс); Мо и М1 —
постоянная и переменная магнитодвижущие силы (в гильбертах); S—площадь попе-
речного сечения полюсных наконечников (в см2); I—длппа воздушного зазора при
начальном положении якоря (в см); g—отклонение якоря (в см); 2 .^-сУммар-
ное магнитное сопротивление элементов (7, 2, 3 и 4) (см. рис. 148); к—коэффициент
пропорциональности равный J .
Непостоянство и циклическое изменение магнитной проницаемости отдельных
элементов магнитной цепи представляется соответствующим изменением магнитного
сопротивления этих элементов (lk—длппа; —площадь поперечного сечения;
hA
Hk—коэффициент магнитной проницаемости элементов).
182
Перераспределение магнитных потоков в воздушном зазоре вследствие относи-
тельно больших амплитуд колебаний якоря выражается в изменении воздушного
. 1 S
сопротивления: — у .
Квадратичная зависимость между силой и магнитным потоком обусловливает
в данном случае также квадратичную зависимость между механической силой и пере-
менной магнитодвижущей силой.
Рис. 148. Простая маг-
нитная система с враща-
тельным движением яко-
ря: 1 и 3—полюсные на-
конечники; 2—постоян-
ный магнит; 4—якорь;
Z/2—ширина отдельных
воздушных зазоров при
начальном положении
якоря
Рис. 149. Двойная диф-
ференциальная магнит-
ная система: 1 и 3—по-
люсные наконечники;
2—постоянный магнит;
4—якорь; Z/2—ширина
отдельных воздушных
зазоров при начальном
положении якоря без
смещения
Как следует из формулы (175), соответствие между механической силой, дей-
ствующей на якорь F, н переменной магнитодвижущей силой (обусловленной
прохождением тока по модуляционной катушке) будет тем больше (а нелинейные иска-
жения тем меньше), чем меньше значения
у 1п
м0 ’ s!l u —ijs~
При выполнении условий линеаризации
М^М0, g^l ц
п
т. е., полагая, что сам магнитный материал также практически не является источ-
ником магнитной нелинейности, имеем:
+ «76)
В случае двойной дифференциальной магнитной системы, изображенной
на рис. 149, при наличии некоторого углового смещения якоря от нейтрального
положения магнитные потоки в воздушных зазорах, окружающих тот или иной сво-
бодный конец якоря, будут равны:
щ/7_______7И0—7Иг____________________ЛТр-МЛ_______
. л . А . у " _£__£__А. ‘
SrA p.nSn S 5 unSn
183
На этом основании можно написать следующее общее выражение для силы,
действующей на якорь (учитывая также некоторое смещение якоря от нейтрального
положения):
к '
5
р—Jl (\Yf2_________W"2'
iS’
Mp + Mj
g __ А
S S S
к_
S
Mp-M,
1+^1 I
Д70
1+г/1+д<г+у_51 '
. (177)
_ kM%S
I2 '
2
2
л
Л/о
где A—начальное линейное смещение концов якоря от нейтрального положения61 .
Формула (177) поясняет источники магнитной нелинейности в случае дифферен-
циальной магнитной системы.
Нелинейные искажения в данном случае будут тем больше, чем больше отноше-
g A \ i ln / j о тт
ния , -у- , -у п > —/ 1/S. Прп отсутствии предварительного смещения якоря
Ж о / t —' р-п*Ь п /
(А = 0) нелинейные искажения представляются в форме почетных гармоник (симметрич-
ных искажений). При выполнении условий линеаризации g Z, А I и V --п ~
jind п 6
(как это следует из формулы (177), для двойной дифференциальной магнитной системы
не требуется дополнительного условия МХ<^М2) имеем:
(1ге>
5
т. е. в двойной дифференциальной магнитной системе переменная сила вдвое пре-
вышает переменную силу, имеющую место в простой магнитной системе.
Двойная дифференциальная магнитная система имеет еще то преимущество перед
простой магнитной системой, что в пей вдоль якоря не проходит постоянный (поля-
ризующий) магнитный поток, а через постоянный магнит—переменный магнитный
поток. Это дает возможность применить для постоянных магнитов п якоря различные
магнитные материалы и тем самым уменьшить нелинейные искажения, порождаемые
магнитным материалом.
Из формул (176) и (178) видно, что в отношении величины переменной механи-
ческой силы выгодно, чтобы произведение магнитных потоков и Ф*о (пли соответ-
ственно индукции В} п Во) было бы по возможности большим. Следовательно, для
одновременного выполнения условия 1Г0 (что необходимо с точки зрения нелиней-
ных искажений) и получения по возможности большей чувствительности модулятора
света необходимо стремиться к тому, чтобы Ч."о имело по возможности большее
значение.
Влияние самого магнитного материала (первого из указанных выше
факторов) на величину нелинейных искажений обусловлено том, что
магнитная система того или иного электромагнитного модулятора света
содержит отдельные звенья, магнитная проницаемость которых является
функцией индукции в соответствующей части цепи.
Благодаря непостоянству магнитной проницаемости зависимость
между магнитным потоком и магнитодвижущей силой по является липой-
ной. Кроме того, данная зависимость неодинакова при намагничивании
отдельных элементов магнитной цепи постоянным по направлению ма-
гнитным полем и прп циклическом перемагничивании — переменным магнит-
ным полем. Как известно, циклическое перемагничивание происходит
за счет прохождения токов звуковой частоты в модуляционной катушке,
сердечником которой являются якорь или полюсные наконечники. При
периодическом намагничивании и размагничивании токами звуковой
частоты якоря и полюсных наконечников, а в некоторых случаях
и самого постоянного магнита (магнитная система без разделения пото-
ков) действительное значение переменной индукции как функции напря-
женности намагничивающего поля определяется кривыми циклов пере-
184
магничпвания данных звеньев в магнитной цепи. Эти кривые в пределах
того или иного цикла перемагничивания имеют замкнутую петлеобразную
форму п, как известно, именуются кривыми гистерезиса. Подобные кри-
вые для различных циклов перемагничивания (т. е. для различных ампли-
туд напряженности магнитного поля) показаны на рис. 150.
Данные кривые указывают, что при болыгом значении амплитуды
напряженности перемагничивающего поля индукппя, соответствующая
максимальным мгновенным значениям амплитуды, изменяется очень мало,
т. е. налицо насыщение магнитного материала.
В том случае когда отдельные элементы магнитной системы (полюс-
ные наконечники, якорь) подвергаются действию не только переменного,
но и постоянного поляризу-
ющего поля, гистерезис при-
водит к образованию так на-
зываемых частных циклов.
На рис. 151 показаны част-
ные циклы перемагничивания
при неравных положительных
и отрицательных амплитудах
напряженности и различных
амплитудах индукции при од-
ной и той же напряженности
поляризующего поля546, а на
рис. 152 — то же при различ-
ной напряженности поляри-
зующего поля.
Частные циклы перемаг-
ничивания в виде петель ги-
Рис. 150. Кривые циклов перемагничивания
стерезиса, смещенных отно-
сительно осей координат, будут иметь место и в случае наличия постоян-
ной слагающей тока в катушке и в случае постоянной слагающей магнит-
ного поля, обусловленной самой магнитной системой.
К первому случаю может быть отнесено, например, прохождение-
поляризующего потока вдоль якоря при звукозаписи с шумопонижением
посредством смещающего тока в модуляционной катушке.
К последнему случаю относятся, например: 1) наложение поляри-
зующего поля постоянных магнитов на полюсные наконечники и якорь;
2) прохождение части поляризующего потока вдоль якоря в дифферен-
циальной магнитной системе с разделением потоков вследствие недоста-
точной центрировки якоря.
Нелинейные искажения, вызванные гистерезисной петлей, тесно-
связаны с кривизной ее отдельных ветвей, т. е., иначе говоря, с непо-
стоянством магнитной проницаемости в том пли ином рабочем диапазоне:
чем более постоянной является проницаемость, тем меньше искажения
и потери. Если проницаемость практически постоянна в широком диа-
пазоне напряженности магнитного поля, то отдельные ветви близки
к прямой, а гистерезисная петля сильно стянута; поэтому искажения
и потери будут малы.
Нелинейные искажения, вносимые гистерезисной петлей при сину-
соидальном изменении напряженности магнитного поля, проявляются
в форме образования нечетных гармоппк, величина которых возрастает
с увеличением амплитуды напряженности поля. Аналогичные искажения
возникают и при насыщении отдельных звеньев магнптопровода пере-
менным магнитным потоком. Прп наличии постоянного (поляризующего)
поля также возникают четные гармоники.
185
Наложение дополнительного большого поляризующего магнитного
поля с использованием обычных магнитных материалов приводит к неко-
торому насыщению материала п тем самым к увеличению нелинейных
искажений и уменьшению чувствительности. Воздушные зазоры между
якорем и полюсными наконечниками играют в этом смысле положитель-
ную роль. В некоторых случаях целесообразно несколько размагнитить
постоянные магниты, используемые в той или иной конструкции для пони-
жения поляризующего магнитного поля, увеличения чувствительности
прибора п уменьшения нелинейных искажений.
Так как сила, действующая на якорь, определяется величиной пере-
менного магнитного потока, то с точки зрения искажений важно, чтобы
кривая изменения потока по составу гармоник и их относительному
значению была бы одинакова с кривой электродвижущей силы.
Рис. 151. Частные циклы перемагни-
чивания с различными амплитудами
напряженности и индукции, но прп
постоянной напряженное!и поляри-
зующего поля
Рпс. 152. Частные циклы перемагничи-
вания с различными амплитудами на-
пряженности и индукции, по прп раз-
личной напряженности поляризующего
поля Н2 Н3...—постоянные напря-
женности поляризующего коля)
Дифференциальное уравнение, относящееся к электрической цепи
модулятора света (в впде модуляционной катушки, обнимающей якорь
или полюсные пакопечнпки), имеет вид:
e = Ri + ^, (179)
где е — электродвижущая сила источника; i —ток в модуляционной
катушке; R — активное электрическое сопротивление источника тока
и модуляционной катушки; w — количество витков модуляционной
катушки; ЧГ — переменный магнитный поток.
Cm dW X
пли практически при Ri < —] между
электродвижущей силой е или напряжением на входе модулятора света и
(при указанном условии е = и) и переменным магнитным потоком Ф, про-
низывающим модуляционную катушку, имеет место линейная зависимость,
несмотря на сохранение нелинейной зависимости (определяемой кривой
цикла перемагничивания) между током в модуляционной катушке и маг-
нитным потоком в якоре. Следовательно, при R < практически
186
устраняются нелинейные искажения, вносимые магнитным материалом
отдельных элементов магнитной цепи и эффектом изменения магнитных
сопротивлений при начальном смещении и колебаниях якоря.
Таким образом, влияние перечисленных выше факторов на величину
нелинейных искажений не должно вычисляться без учета свойств элек-
трической части модулятора света, определенных дифференциальным
уравнением (179) (уравнением электрического равновесия), так как в про-
тивном случае получаемый результат не будет правильно характеризовать
нелинейные искажения, создаваемые топ пли иной магнитной системой.
В случае простой магнитной системы на основании условий линеаризации
g^l, М^М0 и У-Ц" <4
Мо + М1 _ (Мо + Л/1)
hs-gis+^1^-^ 4
л । Mq । Mpg .
i+T )^Us+Tis4+i^
(при
или, так как = 0,4nwi, коэффициент самоиндукции катушки
L ~ 1/S ° 1/S ~ °’
то
wdW
dt
L di dg
~~dF TdF
(180)
Для двойной дифференциальной магнитной системы при выполнении условий
линеаризации g I и V —~ < —
Ф __ /______Л/рЧ-_________
M0-Mr \ (Мо + Л/1) (Мо—&Л)
i/s+gls+ V i/sa + g/i)
(Mo + MJ (M0-MJ _ 2M, 2Mog
IjS ( ‘ §l ’ US ( S/ )7^ l/S + hS-l
и, следовательно:
wdW __ 2L di 2T0k? dg
dt dt I dt '
(181)
Изменение поляризующего магнитного потока, проходящего через сердечпик
катушки за счет колебаний якоря, обусловливает протпвоэлектродвпжущую силу реак-
ции, определяющую коэффициент электромеханической связи, а изменение перемен-
ного магнитного потока за счет изменения тока в катушке—протпвоэлектродвпжущую
силу самоиндукции.
Достижение линеаризации для двойной дифференциальной магнитной системы
при g I без дополнительного условия Мх <£ Мо говорит о том, что в отношении нели-
нейных искажений опа превышает по качеству простую магнитную систему. Наличие
коэффициента 2 означает, что как электродвижущая сила самоиндукции, так и протп-
воэлектродвпжущая сила реакции якоря и коэффициент электромеханической связи
в двойной дифференциальной магнитной системе вдвое больше, чем в простой магнит-
ной системе. Значение коэффициента самоиндукции катушки связано общностью выво-
да с коэффициентом электромеханической связи. Чем больше самоиндукция, тем боль-
ше коэффициент электромеханической связи и соответственно чувствительность моду-
лятора света.
Условие R < ~физически означает, что активное сопротивление
источника и модуляционной катушки должно быть значительно меньше
сопротивления катушки, внесенного самоиндукцией и противоэлектродви-
187
жущей силой индукции вследствие колебаний якоря. В том случае когда
активным сопротивлением R пренебречь нельзя при изменении электро
движущей силы по косинусоидальному закону, некосинусоидальный ток
создает на зажимах сопротивления R некосинусоидальное напряжение.
вследствие чего — и магнитный поток М? будут также некосинусои
дальными. Искажения формы кривой магнитного потока Ф обусловит
нелинейные искажения кривой колебаний механического модуляционное
элемента. Поскольку приближение к выполнению условия
в электромагнитных модуляторах света будет тем больше, чем выше ча
стота передаваемого сигнала, то наибольшие нелинейные искажения воз-
никают у низкочастотных сигналов.
Итак, для получения меньших нелинейных искажений, определяемых
нелинейностью начальной кривой намагничивания и гистерезисом (т. е
для уменьшения влияния самого магнитного материала), необходимо стре-
миться к тому, чтобы активное сопротивление R, в частности активное
выходное сопротивление источника, было бы по сравнению с реактивным
сопротивлением нагрузки по возможности малым, а амплитуда перемен-
ного перемагничивающего поля также была бы по возможности меньшей.
Нелинейная зависимость между индукцией if напряженностью магнитного поля
(т. е. непостоянство магнитной проницаемости) приводит к тому, что коэффициент само-
индукции модуляционной катушки, обнимающей железный сердечник, изменяется
соответственно изменению магнитной проницаемости. Средний коэффициент самоиндук-
ции уменьшается с увеличенном поляризующего магнитного поля и с уменьшением
амплитуды переменного магнитного потока (при малых значениях амплитуд). Если дан-
ная самоиндукция входит в резонансный контур, то собственная его частота может быть
практически различной прп различных амплитудах тока.
Полюсные наконечники и якорь служат магнитопроводом для пере-
менного магнитного потока. Поэтому к их магнитному материалу предъ-
являются особые требования, отлпчнце от предъявляемых к материалам
для постоянных магнитов.
Магнитный материал полюсных наконечников и якоря должен отли-
чаться большой магнитной проницаемостью и ее постоянством в рабочем
диапазоне, т. е. петля гистерезиса должна иметь малую площадь. (Прп
большем постоянстве магнитной проницаемости уменьшаются потери на
гистерезис и искажения.) Кроме того, магнитный материал должен иметь
достаточно высокое удельное электрическое сопротивление для умень-
шения потерь на токи Фуко. Последние приводят к бесцельному нагре-
ванию материала и затрудняют его перемагничивание переменным током.
Для уменьшения потерь на токи Фуко полюсные наконечники обычно соби-
раются из отдельных листов той или иной толщины. Эти потери возрастают
с увеличением частоты и, подобно потерям на гистерезис, приводят к пони-
жению проницаемости,сказываясь на уменьшении коэффициента само-
индукции модуляционной катушки на высоких частотах. К материалам
полюсных наконечников и якоря предъявляется, кроме того, требование
стабильности их магнитных качеств.
Всем этим требованиям в топ или иной степени удовлетворяют так назы-
ваемые магнитомягкпе материалы, к которым относятся: железо с неболь-
шим содержанием отдельных примесей (железо «Армко»), сплавы железа
с кремнием (кремнистые стали), никелем и марганцем (пермаллои), ко-
бальтом и ванадием (пермендур). Обладающие весьма малой коэрцитив-
ной силой, эти материалы легко намагничиваются. Они имеют большую
проницаемость и чувствительность к перемагничиванию под влиянием
небольших внешних магнитных полей.
188
Таблица X •
Состав и основные свойства типичных магпитомягкпх материалов (по данным мировой литературы55)
Название материала Химический состав в весовых процентах Началь- ная маг- нитная прони- цаемость На (гс/э) Макси- мальная магнит- ная про- ницае- мость V-макс (гс/э) Коэрци- тивная сила Яс (->) Намагни- ченность насыще- ния 47:1$ (гс) Удельное электри- ческое сопро- тивление р 10е (ом/см) Точка Кюри о,°с Термическая обработка
Fe Ni Со Si Си Сг Но А1 V
Железо ...... 99,9 200 5 000 1,0 21 500 10 770 990° С
Кремнистое железо 96 — — 4 — — — — 450 8 000 0,6 19 700 60 690 800° С
Кремнистое железо 96,7 — — 3,3 — — — — — 600 10 000 0,2 20 000 50 700 Холодная прокатка
Гайперсил 96,7 — — 3,3 — — — — — 1 500 40 000 0,1 20 000 50 700 То же 1200° С в П2 Отливка
Альсифср 85 — — 9 — — — 5 30 000 120 000 0,05 10 000 80 500
45-пермаллой . • . 45 45 — — — — — — — 2 500 25 000 0,3 16 000 50 440 1050° С
Гайперппк .... 50 50 — — — — — — — 4 000 80 000 0,05 16 000 35 500 1200° С в 1Т2
Радиометалл . . . 49 47 — — 3 — — — — 2 500 25 000 0,3 15 600 55 — 1050° С
78-пермаллой . . . 21 78 — — — — — —. — 8 000 100 000 0,05 10 000 16 580 1050° С, 600° С
Мо-пермаллой (ВЭН) 16 78,5 — — — — 3,8 — — 12 000 120 000 0,04 8 700 60 420 1000° С в По
Сг-пермаллой . . . 17,7 78,5 — — — 3,8 — — — 12 000 60 000 8 000 —. — —
Му металл (ВЭН) . . 17 76 — - 5 — о — — 15 000 120 000 0,04 7 200 60 430 1100° С в П2
Сплав 1040 .... И 72 — — 14 — 3 — — 40 000 100 000 0,02 6 000 56 290 1100° С в П2
Супермаллой . . . 15 79 — — — — 5 — — 100 000 900 000 0,004 8 000 60 400 1300° С в По
Пермендур .... 50 — 50 — — — — — — 800 5 000 2,0 24 500 7 980 800° С
V-псрмопдур . . . Порошкообразный 49 —. 49 — — — — — о 800 4 500 2,0 24 500 26 980 800° С
пермаллой .... 17 81 — — — — 2 — — 125 130 — — 108 480 Прессовка 650° С
Ферриты . ~103 —0,1 0,01 101 -1013 1 , *
Состав и основные свойства магнптожестках материалов (по данным мировой литературы55)
Таблица XI
Название "материала Химический состав, весовые проценты Коэрцитив- ная сила Нс (э) Остаточная индукция Вг (ас) ^максХ хю-б (гс/э) Намагни- ченность на- сыщения 4k/s (гс)
Углеродистая сталь . Магнитожесткие м С W (остал 0,65 — 1териалы из Сг ьное железо) группы стал Со ей (закаливас Мп и др. 0,85 ?мых на Mapi 42 генсит) 10 000 0,18 20 000
Углеродистая сталь . 1,0 — — — 0,50 51 9 500 0,20 19 800
Вольфрамовая сталь . 0,7 6,0 0,3 —. 0,3 65 10 500 0,30 16 500
Хромистая сталь . . . 0,9 — 3,5 — — 70 9 800 0,28 17 000
Хромистая сталь . . . 1,1 - 6,0 — 0,40 74 9 500 0,30 16 500
Кобальтовая сталь . . 1,0 0—1,0 5-9 3 Мо 0—1,5 130 7 200 0,35 15 800
Кобальтовая сталь . . 1,0 0-1,0 5-9 15 0—1,5 180 8 200 0,62 17 200
Кобальтовая сталь . . 1,0 0-1,0 5-9 20 0-1,5 210 9 000 0,75
Кобальтовая сталь . . 0,9 5—6 3-6 35 —- 250 9 000 0,95 16 300
Кобальтовая сталь . . 0,7 5 4,25 40 — 242 10 000 1,03
Альни ......... Магнитожестки Al Ni (остал 12 25 ю материалы Со ъпое жезезо) на основе т Си ройной систе Ti мы Fe—Ni— 500 А1 7 000 1,40 9 800
Альнико I 12 20 5 — 480 6 800 1,40
Альнико II 10 17 12,5 6 — 560 7 350 1,70 12 500
Альнико III 13 24 — 3,5 — 480 6 200 1,25 9 850
Альнико IV 12 28 5 —. — 695 5 750 1,30
Альниси - Ь i 34 10 Si — 800 4 200 1,10
кльнико XII ( 3 18 35 —— 8 975 6 000 1,60
Сэретит 800 ( 3 18 19 4 4 750 6 600 1,95
Новая сталь КС . . . 3,7 17 7-27,2 — 6,7 850 6 500 2,0 —
Анизотропные сплавы
Al Ni Со Си Ti
(остальное железо)
Магппко 8 13,5 24 3 — 580 13 300 4,50
АлышкоУ 8 14—15 24 3 0,3 575 12 500 3,8—5,5 14 000
Алыгико VI 8 15 24 3 0, 5-1,0 720 10 500 3,5—4,0
Алькомакс I 7,5 11 25 3 1,5 475 12 000 3,5
Алькомакс II 8 11,0 21,0 4,5 — 575 12 400 4,3 14 000
Алькомакс III .... 8 13,5 24,5 3 0, 5—1,0 650 12 500 4,8—5,6 14 000
Алькомакс IV .... 8 13,5 24,5 3 1, 0—3,0 775 11800 4,3—5,0 13 000
Хайкомакс 9 21 20 1,6 — 830 9 000 3,3 13 100
Магнитожесткие материалы из группы диспорспоппо-твордсющих сплавов, подвергающихся холодной или горячей
механической обработке
Комолой 17 Mo 12 Со 71 Fe 230 10 000 1,0
К у ни фо I 60 Си 20 Ni 20 Fe 590-350 5 400—6 000 1,0—1,85
Кунифе II 50 Си 20 Ni 2,5 Со 27,5 Fe 260 7 300 0,78
Кунико I 50 Си 21 Ni 29 Со 660—710 3 400 0,8—0,85
Кунико II 35 Си 24 Ni 41 Со 450 5 300 0,99
Викаллой I 52 Со 9,5 V 38,5 Fe 300 9 000 1,00 14 300
Внкаллой II 52 Со 13 V 35 Fe 370-420 9 000—10 500 2,0-3,5
Магпитожесткие материалы из порошков
Воктолпт 30 Fe2O3 44 Fe2O4 26 СО2О3 900 1 600 0,50
Каслокс 17 Со 56 Fe 27 О2 700 1 100 0,21
Тромалит 600 13,5 А1 28 Ni остальное 600 3 500 0,63 —
Тромалит 700 12 А1 10 Co г с 4 Си 24 Ni осталь- 700 3 800 0,76
ное Fe
Тромалит 800 9 А1 19 Co 4 Си 18 Ni 4 Ti осталь- 800 4 200 0,97 —
ное Fe
Железо Порошок из восстановленного железа 600 5 000 1,00
Железо кобальт . . . Порошок из восстановленного железа 70% и кобальта 30% 500 8 000 1,70 —
Магнитожесткие сплавы с компонентами из благородных металлов
Сильманал | 86,7 Ag 8,8 Мп 4,4 А1 590 6 300 0,085
77,8 Pt 22,2 Fe 1570 5 830 3,07
Платиновые сплавы . j 76,7 Pt 23,3 Со 2 700 4 500 4,00 —
Полюсные наконечники всегда подвергаются действию постоянного поляризиру-
ющего поля, на которое в электромагнитных модуляторах света накладывается еще
переменное магнитное поле, обусловленное прохождением тока по модуляционной
катушке. Следовательно, для полюсных наконечников требуется магнитный материал,
обладающий достаточно большими значениями индукции насыщения и магнитной про-
ницаемости (проницаемости па частном цикле в случае электромагнитных модуляторов
света).
Материал якоря, помимо высоких магнитных качеств, должен отличаться доста-
точно большой механической жесткостью, чтобы при заданных размерах якоря можно
было получить необходимую собственную частоту его колебаний.
В табл. X указаны состав и основные свойства типичных магпитомягких мате-
риалов.
Магнитные материалы, применяемые для постоянных магнитов, долж-
ны отличаться высокой коэрцитивной силой и большой остаточной индук-
цией. Этому требованию отвечают так называемые магпптотвердые или
магнптожесткие сплавы, имеющие сравнительно небольшую проницае-
мость, но обладающие большой устойчивостью остаточного намагничива-
ния. К их числу относятся вольфрамовые, хромистые, кобальтовые и
никель-алюминиевые стали, а также платпно-кобальтовые сплавы, обла-
дающие наибольшей коэрцитивной силой.
> Данные, характеризующие состав и свойства магнитожестких мате-
риалов, приведены в табл. XI.
§ 38. ПОВЕДЕНИЕ ЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
(ПЕРЕХОДНОЙ И УСТАНОВИВШИЙСЯ ПРОЦЕССЫ)
Применяемые в модуляторах света реальные механические колеба-
тельные системы (жесткая пластина, зажатая одним или двумя концами
и работающая на изгиб пли кручение, упругая поворотная рамка, натя-
нутая ленточка и др.) представляют собой так называемые системы с распре-
деленными постоянными (масса, упругость).
Поведение (отклонение) отдельных весьма малых участков таких
систем под влиянием действующей на них силы является функцией не
только времени, но и координат данных участков, т. е. описывается диф-
ференциальными уравнениями в частных производных. Оперирование
этими уравнениями в инженерном деле весьма затруднительно, поэтому
для практических целей следует признать более выгодным использование
того пли иного приближенного метода решения задачи. Одним из таких
методов является метод замены системы с распределенными постоянными
эквивалентной системой с сосредоточенными постоянными в одной точке
на основе определенных условий эквивалентности50.
Поведение подобных систем определяется уже обыкновенными линей
ными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами.
В качестве точек приведения избираются точки (весьма малые участки)
механической подвижной системы, отклонение которых определяет све-
товую модуляцию.
Применительно к записи сигналов целесообразно принять следующие
условия эквивалентности систем с распределенными п сосредоточенными
постоянными:
1) равенство отклонений данных систем в точках приведения при воз-
действии постоянной силы или силы, колеблющейся с низкой звуковой
частотой;
2) равенство основных частот собственных колебаний обеих систем
192
I
fit)
<Б
с
Пример 1.
Механическая колебательная система в магнито-электрическом зеркальном галь-
ванометре (см. рис. 136) или в хроникальном магнитоэлектрическом модуляторе света
заслоночного типа (см. рис. 143а) разработки Ленинградского завода Кинап может
быть уподоблена стержню, зажатому одним концом и подвергающемуся пзгибу под
влиянием сосредоточенной силы, действующей на другой его конец. В первом из
указанных модуляторов света таким стержнем, работающим на изгиб, является
узкая шейка механической системы или якоря АВ (рис. 153). Прп этом делаются
допущения, что остальная часть системы ВС как обладающая большой жесткостью
прп своем отклонении силой, действующей на катушку, не совершает изгиба
и отклоняет конец шейки якоря В весьма мало. При данных допущениях часть
системы ВС, несущая катушку, опору п зеркальце, может быть выражена сосредото-
ченными силой и дополнительной массой, пере-
несенныхмп (приведенными) на конец Б шейки
якоря. Отклонение свободного конца С системы,
поворачивающего опору с зеркальцем, опреде-
ляется отклонением конца Б шейки якоря, но
не равно ему. Такшм образом, задача сводится
к определению изгиба стержня, зажатого одним
концом под влиянием сосредоточенной силы, при-
ложенной к другому его концу и перпендику-
лярной оси стержня (см. рис. 153).
Как известно, в этом случае поведение стерж-
ня описывается однородным (сила вводится в гра-
ничные условия) дифференциальным уравнением:
₽? - + Е/<= - = °’ <182>
где в данном случае g(t, ж) — отклонение эле-
мента шейки как функция времени t и коорди-
наты элемента х; Е—модуль упругости материала
шеики АВ ( ^2 \ ; 1С—момент инерции попереч-
ного сечения шейки АВ относительно ее центральной оси (в г/сл2); х—переменное
расстояние от свободного конца В шейки якоря (в см); р—плотность материала
шейки якоря (в г/см3); q—площадь поперечного сечения шейки якоря стержня (в см2).
Для стержня, зажатого одним концом (х=1), при свободном другом конце
(ж=0), к которому приложена сосредоточенная изгибающая сила / (0, имеем гранич-
ные условия: отклонение закрепленного конца g (х, г)=0 прпж = /; изгибающий момент
^2 п f\
tea свободном конце Е1С ——L = о при х = 0; наклон касательной па закреплен-
dg (х t)
ном конце —- = 0 при х = I (I—действующая длина стержня); перерезывающая
d3g (х t)
сила на свободном конце Е1С— = /(0 при хс=О.
В результате решения уравнения (182) для установившегося отклонения свобод-
ного конца шейки якоря под влиянием приложения к нему постоянной силы или
силы низкой частоты F получим выражения45:
X
tg
Рис. 153. Схсхма механической
колебательной системы в виде
стержня, работающего на изгиб.
(К выводу отклонения механиче-
ской колебательной системы маг-
нито-электрического зеркального
гальванометра)
(,83)
(1М)
Из (183) следует, что эквивалентная упругость шейки якоря
s* = —=^LC (185)
и эквивалентная масса шейки якоря на основании (184) и (185)
m* = ~ = 0,243^=0,243m, (186)
где m—масса шейки якоря, равная pql.
Полная эквивалентная масса М* механической колебательной системы в магни-
то-электрическом зеркальном модуляторе света Кинап слагается из эквивалентной
13 в. А. Бургов 193
массы стержня—шейки АБ пг* и эквивалентных масс: части БС системы—?п^с; ка-
ту шкп—опоры — т* и зеркальца—znj, перенесенных в точку Б, т. е.
= тп*4-7п* + тп*. Угловая основная частота собственных колебаний
системы равна:
ш°=V (187)
Так как ---= s* (формула 185) и s* = (по формуле 187), то отклонение копна
шейки якоря g0 при воздействии силы F = 0,lHlni, где Н—напряженность магнит-
ного поля (в эрстедах); 1п—полная длина провода катушки (в см) и i—ток (в ампе-
рах), можно определить из выражения:
F = MMgo = 0,l^Zni.
Подставляя в данную формулу:
g h
gk = _JL_ (см. рис. 154),
где gk—отклонение свободного конца стержня (якоря) механической системы, пово-
рачивающего опору с зеркальцем (в см); h—расстояние свободного конца стержня
механической спстемы до полюса качания (в елл); в—расстояние от полюса качания
до конца шейки стержня Б (в см) (анализ показывает, что полюс качания О распо-
ложен на расстоянии 1/3 длины шейки стержня от места его закрепления А);
W — электрическая мощность (в ваттах); В — электрическое сопротивление катушки
(обмотки) (в омах); V—объем обмотки (в см3); Sn—сеченпе проводника (в см2);
(ом • см2 \
в ------- ) ,
получим:
л,* 2 в _ н 1/W л _ Н 1/W , . ,,ссч
F-M lo„gk h - 1б- у дн- w S8i у (г), (188)
откуда следует, что
gh = 10-981-в7И*ш2 (189)
Отклонение свободного конца механической спстемы gk связано с угловым от-
клонением зеркальца (вокруг осп О) зависимостью:
a = -JT (Рад)>
/го
(190)
где 7г0—высота опоры зеркальца (рпс. 154).
Амплитуда колебаний конца С стержня при модуляции 100% в указанных выше
магнито-электрических модуляторах света имеет значение пор/ъдка 0,01 мм, а угло-
вое отклонение зеркальца—0,5°.
Пример 2.
В ленточном осциллографе натянутая ленточка с некоторым приближением может
быть уподоблена математической струне. Считая, что последняя совершает под влия-
нием проходящего по ней тока лишь малые плоские поперечные колебания в равно-
194
мерном магнитном поле, подвергаясь при этом только сжатию и растяжению, пове-
дение ленточки может быть выражено дифференциальным уравнением в частных
производных:
(*» _ a2g2g *) _ f ltX /Л 9П
dt2 dx2 -fV>’ (191)
где g(t, x) —отклонение элемента ленточки как функция времени t и координаты
элемента х;
а2=—\ (192)
Р?
/(г)=^‘ (193)
В формулах (192) и (193): Т—натяжение ленточки (в динах); р—плотность
материала ленточки (в г/сл«3); q— площадь поперечного сечения (в см2); А («)— равно-
Рис. 155. Ленточка осциллографа,
колеблющаяся в магнитном поле
Рпс. 154. Схема, поясняющая основные соот-
ношения при отклонении механической ко-
лебательной системы в магнито-электрическом
зеркальном гальванометре разработки Ленин-
градского завода Кинап: 1—обмотка; 2—зер-
кальце; 3—стальной стержень; 4—магнитная
рама
мерно распределенная сила (в динах) на единицу длины ленточки (в перпендикуляр-
ном направлении к длине ленточки).
Граничными и начальными условиями будут (рис. 155):
отклонение закрепленных концов ленточки при любом t равно 0, т. е.
g (t9 х) = О
g(G *) = О
при
при
(граничные условия);
отклонение любого элемента и наклон касательной к любому элементу ленточки при
t = 0 равно 0, т. е.
g (г, х) = 0 при t = О
dg я) _
-Цг;—- = 0 при t = О
dt г
(начальные условия).
В результате решения данного уравнения установившееся отклонение централь-
ного участка ленточки (а на рис. 155) при постоянном воздействии F (пли воздей-
ствии низкой звуковой частоты) представится выражением 45:
FI
ё0 » (194)
а основная угловая частота собственных колебаний ленточки:
aiz тс
“о = т = т
Т
М
(195)
13» 195:
Для механической системы со сосредоточенными постоянными:
F
^0 ,s* ’
поэтому согласно (194) эквивалентная упругость ленточки:
оу»
«* = -р- (196)
Эквивалентная масса лепточкп определится выражением:
т*=^ = -^^=-^4=Д-»г = 0,81рд1==0,81пг (197)
(согласно (192) Tl/a2 = pql = m, где m— масса ленточки).
В ленточном осциллографе Шорина применялась дюралюминиевая ленточка
шириной 0,17 мм, толщиной 0,01 мм и длиной 19,5 мм. При этих параметрах ленточки
нормальное ее натяжение составляло 50 г. Данному натяжению согласно формуле (195)
отвечает собственная частота колебаний (частота настройки) ленточки 8200 ец.
Пример 3.
В случае применения петлевого зеркального гальванометра (рис. 156) чувстви-
тельность к току и частоту собственных колебаний можно приближенно определить
следующими формулами (по Ну маку ра57):
<7 Т 1
4 4 (62 4- с2) (За2 + Ь2 + с2) у 4-
____!___,/I 1
»₽ 11 + »
L о L — Za\ pq оа4 J J
В этих формулах: 2а — расстояние между ленточками петли (в с .и); 2&, 2с — соот-
ветственно ширина и толщина ленточки (в cjw); 2d- высота зеркальца (в см); Z—деп-
—Н ZJ г—-
Рис. 156. Схема петлевого зер-
кального гальванометра
ствующая длина ленточки (в см) (в преде-
лах длины I все участки ленточки находят-
ся в магнитном поле одинаковой напря-
женности, т. е. высота полюсов магнита Г
соответствует длине Z); q — Abe—сечение
ленточки (в см2); В — индукция в зазоре
Рис. 157. Кривая для определе-
ния коэффициента р
(в гауссах); Т—натяжение ленточки (в динах); G—модуль сдвига ₽ —коэф-
в Ъ
фициент, зависящий от отношения— = — (рис. 157); q' = Ab'c'— сечение зеркальца
(в см2); 2Ь’ — ширина зеркальца (в см); 2с' —толщина зеркальца (в см); р'— плот-
ность материала зеркальца (в г/см3); р —плотность материала ленточки (в г!см3).
Определив на основе указанных условий эквивалентности эквива-
лентные сосредоточенные параметры (масса, упругость) той илп иной
196
механической системы, можно представить ее в виде электрической схемы
(согласно методу электромеханических аналогов) и подвергнуть эту схему
анализу.
При выполнении условий линеаризации поведение простейшей механической
колебательной системы модулятора света, имеющей эквивалентные массу /и*, упру-
гость 5* п сопротивление потерь (трение) г, может быть определено следующим
дифференциальным уравнением:
'n*4^+^ + s*^ = /W (199)
(в случае вращательного движения w*, г, s* и / (г) имеют значения соответствующих
моментов).
В уравнении (199), составленном по принципу Даламбера, отдельные члены
представляют собой:
d^g
т* —силу (момент) инерции;
d °
г—^—силу (момент) трения;
s*g—силу (момент) упругости;
g—отклонение механической системы;
/(О — действующую силу (вращающий момент).
Общее решение уравнения (199) выражает собой переходной процесс в виде
собственных колебаний механического модуляционного элемента, а частное решение—
установившийся процесс в виде вынужденных колебаний спстемы.
В случае установившегося отклонения под влиянием постоянной силы F пли
вынужденных колебаний при воздействии силы низкой звуковой частоты F можно
пренебречь дифференциальными членами уравнения (199), и мы получаем приведен-
ное выше (см., например, формулу (185)) выражение:
_ F Wli
и чувствительность модулятора света к постоянному току (или току низкой звуковой
частоты):
ж.=^.= =
1 i s* т%т*
Прп постоянной механической силе / (t) — F = дифференциальное уравне-
ние (199) имеет решение:
g (,) = [1 е~ах sin (пх+?) ] ’ (200)
где
а = COS о = ; h = ; п = — ]/" 1 —а2;
‘ со0 а)0
<01 = — /г2; х = а>0£.
Установившийся со временем (х —> со) процесс определится значением:
В случае косинусоидальной силы / (t) = р^ cos mt решение дифференциального
уравнения (199):
g (z) = Ae~ht cos (o)0f + <p) 4- В cos (mt—<p), (202)
где
В = •
У (5*—m*w2)2 4- (го))2
и
2hm
<p = arc tg —--5Г •
“o
Первый член в выражении (202) представляет переходной, а второй — устано-
вившийся процессы.
1'91
Замена механических систем с распределенными постоянными систе-
мами со сосредоточенными постоянными на основе определенных условий
эквивалентности является математическим приемом, направленным на
определение с достаточной для практики точностью поведения того или
иного участка (модуляционного элемента) системы. Этот метод не выра-
жает реальной физической картины колебательного процесса, распро-
страненного по всей площади колеблющегося тела (например, стоячих
волн основной частоты и гармоник, распространенных по длине стержня
или ленточки (рис. 158), в случае
с______— а________ ——.
* Основная частота (первая гармоника)
Третья гармоника
Рпс. 158. Стоячие волны основной часто-
ты и второй и третьей гармоник, распро-
страненные по длине ленточки: а—пучно-
сти; с—узлы стоячих волн
и переходных процессов. Имея дело
как собственных, так и вынужден-
ных колебаний стержня или лен-
точки).
Для определения поведения ме-
ханической подвижной системы мо-
дулятора света можно ограничить-
ся рассмотрением лишь вынужден-
ных установившихся колебаний,
поскольку именно эти колебания
определяют частотную характери-
стику системы, являющуюся кри-
терием как установившихся, так
лишь с установившимися колеба-
ниями, удобно использовать для их анализа метод комплексных ампли-
туд и комплексных параметров (см. приложение 1).
Под комплексной амплитудой гармонического колебания a cos (шГ4-ф) понимается
величина А = ае3^ (пли А — ае~3^), которая выражает амплитуду колебания а и фазу
колебания ф. Гармоническое колебание в комплексной форме представляется в виде
A-eJwt (или Беря действительную часть данного комплексного выражения,
получим выражение: a cos 4- ф).
В том случае когда имеем дело с гармоническими колебаниями одной частоты,
удобно выразить эти колебания их комплексными амплитудами п после получения
в вычислениях (сложения, вычитания) необходимого результата перейти опять от
комплексных амплитуд к гармоническим колебаниям. Под комплексными парамет-
рами электрической пли механической системы понимаются выраженные в комплекс-
ной (мнимой) форме реактивные электрические сопротивления, обусловливаемые само-
индукцией и емкостью, и реактивные механические сопротивления, вызванные массой
и трением. Так, например, в дифференциальном уравнении (199), заменяя / (0 =
= /-cos (u>i л- ф) его комплексным выражением где F = и g—комплексной
величиной Ge3i3itt получим:
G (— m*co2 + /wr-J-s*) — F
или, обозначая комплексную величину в скобках через g:
Таким образом, комплексная амплитуда отклонения равна комплексной ампли-
туде силы, деленной на комплексную велпчину я, называемую полным механическим
сопротивлением. Действительная амплитуда отклонения равна модулю комплексной
амплитуды G. Величина g, называемая механическим сопротивлением, физически
имеет смысл динамической упругости механической системы. При воздействии на
механическую систему со статической упругостью 5 постоянной силы F отклонение
системы будет равно:
= —
S* «
Имея для электрической системы дифференциальное уравнение
L di , „. 1 С . , ,
—у— +/it 4--^ \ I dt = е cos (wf 4- ф)
(it О J
198
и заменяя электродвижущую силу е. cos комплексной величиной Ее^*
и силу тока i—комплексным выражением le1*3*, аналогично получим:
пли, обозначая величину в скобках, называемую полным электрическим сопротивле-
нием, через Zo:
М-
При постоянной электро движущей силе Е и активном электрическом сопротивлении
2?
R ток в системе I . Следовательно, пользуясь комплексными амплитудами, мы,
вообще говоря, получаем соотношения, аналогичные соотношениям, которые имеют
место при пользовании статическими величинами.
На рис. 159 представлена общая схема электромеханического пре-
образователя, относящаяся ко всем модуляторам света с приведенной
колебательной механической систе-
мой (зеркальный и ленточный ос-
циллографы, электромагнитные
гальванометры различных систем).
В левой частп схемы изображены
полное электрическое сопротивле-
ние Zo преобразователя прп не-
подвижной механической системе
(в него входит также выходное
сопротивление усилителя) и элек-
Рис. 159. Общая схема электромеханиче-
ского преобразователя
тродвижущая сила источника Е
(комплексная амплитуда); в пра-
вой — механическое сопротивление
подвижной системы преобразователя g. Левая часть схемы выражает
собой электрическую цепь прибора; правая — его механическую систе-
му. Обе части схемы разделены прямоугольником ЗЛ, являющимся
символом электромеханической связи. Полное электрическое сопротив-
ление преобразователя при наличии колебаний механической системы Z
V v W2
слагается из сопротивления Zo п дополнительного сопротивления Ze = — ,
обусловленного образованием в электрической цепи протпвозлектродви-
жущей силы индукции Ед.
Так как ток, протекающий в электрической цепи
т Е—Ед = Е WG
Zo Zo Zo ’
(203)
и сила, действующая на механическую систему
(204)
то
ЭЛ
и скорость отклонения механической системы
G
тЕ
, да2
Z-0
(205)
199
В формулах (203), (204) и (205) I, Е, F, Ед и G являются комплексг
ными амплитудами тока (7), электродвижущей силы (2?), механической
силы (71), противоэлектродвижущей силы (Ед) и скорости отклонения
(G), которые мы в целях сокращения будем называть током, электро-
движущей силой, силой, противоэлектродвижущей силой и скоростью
отклонения.
Из рассмотрения формулы (205) следует, что прп приложении к за-
жимам электрической цепи электродвижущей силы Е движение механи-
ческой системы будет таким, как если бы ее сопротивление увеличилось на
ЭД2 -
величину -ту- , а воздействующая на нее сила имела бы значение
-Р _ WE
* о ~~ / •
-^0
Электрический режим 'работы прибора с учетом реакции механиче-
ской системы определится формулой:
или согласно (205):
z"+t'
(206)
Реакция механической системы выражается в образовании в элек-
ЭД2
трическоп цепп дополнительного сопротивления — илп противоэлектро-
3
77 - ЭД2/
движущей силы Ед> равной —— .
На основании формул (206) и (205) эквивалентные электрическая
и механическая схемы преобразователя примут вид, показанный на
рис. 160 п 161.
Рис. 160. Эквивалентная электриче-
ская схема преобразователя
Рис. 1(1. Эквивалентная механиче-
ская схема преобразователя
Все это относится к простейшему’Ълучаю, когда электрическая цепь
гальванометра состоит лишь из последовательно соединенных между
собой электрических элементов, а сила непосредственно действует на
механический модуляционный элемент (например, зеркальце жестко свя-
зано с якорем, на который действует сила).
Электрическая цепь гальванометра при использовании тех или иных
способов электрической коррекции может быть весьма сложной и состоять
как’ из последовательно, так и из параллельно соединенных элементов;
поэтому в общем случае ее можно представить в виде четырехполюсника,
200
настоящего из нескольких контуров, который и должен подвергнуться
анализу.
Пусть цепь (рис. 162) пмеет п контуров. Обозначим полное комплексное сопро-
тивление произвольно выбранного к-го контура через Z^^, а сопротивление, явля-
ющееся общим для любых соседних контуров к и Z, через1 Z^f. Через это общзе со1-
противление проходят токи п il9 в то время как через сопротивление, принадле-
жащее одному контуру, проходит только ток Zfe. Полагая, что электродвижущая
сила находится в первом контуре, на основании закона Кирхгофа можно написать
следующие общие уравнения контурных
токов:
Zi jZi + Z! 2/г+ • •• 4-ZinZn = E,
^2 1Z1 4“ ^2 2-^2 “b ••• Z>2 n = (207)
1-^14" 2-^2 4" ••• n-^n==0.
Па основании теории определите-
лей система п уравнении
jZi+Zj 2-^24“ ••• 4~-Zj nZn—
Z2 1-Z1 + ^2 2-^2+ ••• 4-Z2n^n = ^2>
Zn 1A 4~ Zn 2-^2 4- ••• 4_Znn/n = Z?n
Рис. 162. Схема, поясняющая метод кон-
турных токов
с непзвестнымп 1^12 • • • Лг, коэффициентами Zln Z12 ... Zln, Z2X, Z2r2,'.-«
Z2 n • • • Zn i> Zn 2 • • • Z<nni свободными членами Eit E2 ... En имеет решение:
В полученных выражениях D является определителем данной системы, а опре-
делители 1)у1, ^Т2 * * ®Тп получаются из определителя D путем замены соответ-
ственно его первого, второго ... л-го столбца столбцом свободных членов данной
системы, т. е.
iZx 2 • • • 2Х п
Z2 XZ2 2 • • • 22 п
2n iZn 2 • • • 2П п
(207а)
h tZx 2 • • • Zi п
E2Z22 ••• 22п
2 • • • Zn п
ZX 1^1 2 • • • ZX 71-1^1
Z2 XZ2 2 • • • Z2 П-1Е2
Zn iZn 2 • • • Zn n—iEn
Если раскрыть тот или иной определитель и собрать все члены, содержащие
какой-нибудь элемент определителя, и вынести этот элемснт_за скобки, то величина,
201
остающаяся в скобках, называется алгебраическим дополнением этого элемента. Ми-
нором того пли иного элемента определителя называется определитель, который
получается из данного определителя путем вычеркпванпя строки и столбца, на пере-
сечении которых находится данный элемент.
Алгебраическое дополнение любого элемента определителя равняется минору
этого элемента, взятому со своим знаком, если сумма номеров строки и столбца, на
пересечении которых расположен элемент, есть число четпое, и с обратным знаком,
если это число нечетное.
На основании сказанного, например, алгебраическое дополнение элемента Ел
определителя определится минором этого элемента Мг п, имеющим значение:
Z2 1Z2 2 • • • Z2 71—1
Z3 1Z3 2 * • • Z3 п—1
Zn 2 • • * Zn П-1
(2076)
Первая цифра индекса минора М выражает вычеркнутую строку, а вторая—
вычеркнутый столбец. Определитель равен сумме произведений элементов какого-
нибудь столбца (илп строки) на пх алгебраические дополнения, поэтому:
^ТпЕ2М2 п + ••• ЕпМпп.
В частном случае при
~ЁГ = £
£2 = 0
Е3=о
ЕП — 0
d-l=Ёгм}
и
7 _ Dfn _ ЕХМУ
п~ D ~ D
(207в)
Таким образом, па основании решения спстемы уравнений (207) посредством
определителей ток в модуляционной катушке или ленточке, находящейся в послед-
нем n-ом контуре, выражается формулой (207в). Входящие в данную формулу опре-
делитель D и минор 7Щ п имеют значения согласно формулам (207а) и (2076). Минор
Мх п получается из определителя D отбрасыванием n-го столбца и первой строки.
Величина DlMxn=Zn пазывается приведенным сопротивлением. Сопротивление Znn,
принадлежащее лишь n-му контуру, слагается из сопротивления модуляционной
катушки пли ленточки и дополнительного сопротивления реакции механической
спстемы.
Обозначая первое через Z'nn п второе через Z"
имеем:
Zn п
•Н
In
ЕМЛ п
1“ z.« п мп п
где определитель
Zj i Zt 2
Z2 1Z2 2
Dv =
• • • Zjl п
• • • Z2 п
и мппор Mnn =
Zy 1 Z1 2 • • • Z\ п-1
Z2 1 Z2 2 ... Z2 П-1
Zn 1 Zn 2 • • • Z n
Zn-i 1 Zn_j 2 • • • Zn_x
В определителе Dr в отлпчие от определителя D вместо сопротивления
Znn входит сопротивление Z£„.
ЗЛ2
Так как Z„ п = — , то выражение (207в) можно переписать в следующем виде:
3
г ЕМА п
п ~ ЭД2
А + 4-^nn
О К
(208)
202
Сила, действующая на якорь плп ленточку
F = 2Rzn=G8=--—, (209)
4- Mi
о
поэтому скорость его колебаний
ЖЕМ,
D.
84' Dt
В последней формуле сопротивление равно сопротивлению, получаемому
при включении электродвижущей силы Е в и-й контур, измеряя ток в этом же
контуре, а сопротивление D^lMx п является приведенным сопротивлением без допол-
нительного сопротивления реакции механической частп. Зная в каждом отдельном
случае jDlf Мпп, g и коэффициент электромеханической связи ЯЯ, можно
определить поведение механической системы модулятора и электрический режим его
работы. Сделанные выше выводы предполагают, что сила, обусловленная прохожде-
нием тока в модуляционной катушке, воздействует непосредственно на механический
модуляционный элемент, например на механическую подвижную систему, несущую
зеркальце. Однако зеркальце вместе со своей опорой может и не быть жестко свя-
связапным с якорем, поэтому приведенные выше формулы определяют лишь пове-
дение якоря, но не зеркальца.
В более общем случае, когда между якорем и зеркальцем имеется ряд побоч-
ных механических элементов, механическая система межет быть выражена электри-
ческой эквивалентной схемой в виде четырехполюсника. Воспользуемся для этой
цели системой электромеханических аналогий, основанной иа сравнении постоян-
ных коэффициентов следующих дифференциальных уравнений для электрической и
механической колебательных систем:
1 ...
Lq + Rq+— q = e и + rg + s*g=f
(или la4-Ка4-Ga = р в случае вращательного движения).
Соответствующие друг другу коэффициенты в этом случае указаны в табл. ХИ.
Таблица XII
Механические п электрические аналоги
Механическая система (поступательное движение) Электрическая система Механическая система (вращательное движение)
Сила / (в дн) Скорость V (в см/сек) Сопротивление g (в дн-сек 1см) Масса тп* (в г-массы) Упругость 5* (в дн/см) Трение г (в дн-сек/см) Перемещение g (в см) Электродвижущая сила е (В в) Сила тока i (в а) Сопротивление Z (в ом) Индуктивность L (в гн) Велпчпна, обратная емко- сти ~с~ (С в ф) Активное сопротивление г (в ом) Заряд q (в к) Вращающий момент р (в дн/см) Угловая скорость а (в рад/сек) Момент механического сопротивления (в дн-см. сек) Момент инерции I (в дн-см. сек2) Момент упругости G (в дн-см. сек3) Момент трения К (в дн-см. сек) Угловое перемещение а (в рад)
Положим, что g, е и f изменяются по синусоидальному закону. Тогда, пред-
ставляя силу, действующую на якорь, электродвижущей силой Е (расположенной
в первом контуре), а скорость зеркальца—током в n-ом контуре 1п, можно восполь-
203
A 7T -^1 n
зоваться сделанными выводами, согласно которым скорость зеркальца- G — F ,
где М1п и D имеют значения согласно формулам (2076) и (207а), в которых электри-
ческие параметры заменены эквивалентными механическими параметрами (вместо
электрических — механические сопротивления).
Отношение скоростей пли отклонений якоря и зеркальца определится формулой:
» i
(2106)
д, ~ « - '
где
З22З23 ----32 п
ЗзгЗзз • • • Зз п
in zin з • • * inn
На основании дайной формулы, зпая отклопепие якоря, можно определить и
отклонение зеркальца в том случае, когда оно с якорем жестко не связано.
Сопротивление реакции механической системы ------------ или в простейшем
ЭД2
случае — , вносимое в электрическую цепь, равносильно изменению параметров
электрической цепи. Аналогично сопротивление реакции электрической системы
5Ш2 ЭД2
'rT / w—» в частности - - , равносильно изменению параметров механической системы.
VilM-nn Zo
Выражения (210) и (208) являются общими и могут быть использованы для
анализа различных модуляторов света электромеханического типа, в частности при
применении той или иной электрической или механической коррекции.
II р п ме р.
При использовании метода демпфирования с помощью дополнительной механи-
ческой колебательной системы (см. стр. 217) электрическая эквивалентная схема
механической части модулятора света имеет вид, представленный ниже на стр. 215
(рис. 171). Применяя к данной электрической схеме метод контурных токов, полу-
чим два уравнения: .
^1311 + &2312 — F»
01312 + ^2^22 = 0»
'где Gx п G2 — скорости колебаппй, соответствующие силам токов в первом и втором
•контурах электрической эквивалентной схемы механической части; и g22—пол-*
ные сопротивления данных контуров; $!2—общее сопротивление для обоих контуров^
Механические сопротивления равны:
** 4- Sg
Зи = 4--——;
sg »
З12—Гд— — ;
sg
Ы = Гд + /^тд+— .
Скорость колебаний основной механической колебательной системы согласно
уравнениям (210а) и (207в) определится выражением:
^322 |
311322 312 |
L 1
Отсюда следует, что полное механическое сопротивление:
8(<о)=-С- = З12
G, i22
2U4
I Подставляя в последнюю формулу значения механических сопротивлений
Ы и 312» после преобразований получим:
i s*
Т'Гд
*(«>) = —
7Пд-
со2 >
°02 /
[____—
cogl
г9
sg
.2
ш0
где
5
ь л о 9 bq
—--------*» ш01 = п <og2 = —— >
т* + тд т* тд
а>0—имеет смысл угловой частоты собственных колебаний механической колебатель-
ной системы, имеющей эквивалентную упругость $* и эквивалентную массу т* + тд,
<ь01 — является угловой частотой собственных колебаний основной механической
колебательной системы с эквивалентной упругостью $* и эквивалентной массой тп*;
<оо2— представляет собой угловую частоту собственных колебаний дополнительной
механической колебательной системы, эквивалентная упругость которой равна sgt
а эквивалентная масса — тд.
Относительное колебательное отклонение механической части модулятора света
/ „ . £1 (ш)
на частоте (по отношению к отклонению при постоянном воздействии) - — - со-
гласно (204) определится модулем отношения механических сопротивлений g (0) и g (ш),
- I 3 (0) I
т. е. величиной .
13(“) I
В приведенные выше
ческой связи ЭД.
По определению
формулы входит значение коэффициента электромехани-
*L=e.s.=wi,
1 g
где F—механическая сила; i—ток; ед— протпвоэлектродвижущая сила индукции;
g—скорость колебаний механического элемента.
Но
wdW
е°~ ~dF
(W—магнитный поток; w—количество витков модуляционной катушки)
и
ё dt 9
поэтому
(211)
dg
При выражении i и ед в практических единицах (ампер, вольт) имеем для раз-
мерности коэффициента ЭД два выражения, тождественных по существу, но отли-
чающихся по форме:
F . wd^V ~ ,
— = ЭД = 0,1 —— дна\
i dg
eJL = w. = — ю-’
* dg см
§ 39. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОДУЛЯТОРА СВЕТА
г П ЕЕ КОРРЕКЦИЯ х
Частотная характеристика электромеханического модулятора света
определяется амплитудой установившихся, вынужденных колебаний
механической подвижной спстемы при постоянной амплитуде электро-
движущей силы па входе на различных частотах.
При выполнении необходимых условий линеаризации сила, действу-
ющая на механическую систему, пропорциональна току, а не электро-
205
движущей силе, поэтому частотная характеристика модулятора света
зависит как от механических качеств подвижной системы, так и от харак-
тера изменения сопротивления электрической системы модулятора света
в зависимости от частоты. В том случае когда электрическая система
(например, в виде модуляционной катушки электромагнитного модуля-
тора света) имеет неодинаковое электрическое сопротивление при раз-
личных частотах, постоянная амплитуда электродвижущей силы обуслов-
ливает непостоянство амплитуды тока, а следовательно, и изменение
амплитуды механической силы, действующей на подвижной механиче-
ский элемент (например, якорь), при изменении частоты.
Между скоростью и отклонением существует сдвиг фаз (отсюда,
зная, что /=]/ — 1 = е , следует, что G = /<dG), поэтому на основании
формулы (205), выведенной в предыдущем разделе, отклонение
Q= ^0 Я1Е
(212)
/“Zj ’
n W n
где комплексная амплитуда механической силы г 0 = ; Л — комплекс-
ная амплитуда электродвижущей силы; — коэффициент электромеха-
нической связи; Zo — электрическое сопротивление; g — механическое сопро-
тивление; Z —полное электрическое сопротивление (со включением со-
противления реакции механической системы 5Ш1 2 3/§).
Выражение (212) определяет собой частотную характеристику моду-
лятора света, представляемую в форме зависимости комплексной ампли-
туды колебаний механической системы G от угловой частоты о при по-
стоянном значении комплексной амплитуды электродвижущей силы Е.
Величина -Жг, или —, является комплексным выражением частот-
/wZg /coZg ~ 5
пой характеристики, или так называемой комплексной частотной харак-
теристикой (см. приложение 1), а модуль данной величины представляет
собой обычную частотную характеристику.
Для получения практически прямолинейной частотной характери-
стики в нужном диапазоне частот необходимо, чтобы значение - было
более илп менее постоянным в этом диапазоне, т. е. в его пределах
практически мало зависело бы от изменения частоты. Это может быть
достигнуто установлением соответствующих значений Z и g. Модулятор
света электромагнитного типа с простейшими механической и электри-
ческой системами, у которого механическое сопротивленпе
j=:g(u))==/(D7n*_{_ 4-г
(213)
(т* и 5* — эквивалентные масса и упругость; г —трение) и полное элек-
трическое сопротивление
2 = И(«>) = /?+/шЬ+^ (214)
(/? — активное сопротивление; L — самоиндукция; 5Ш — коэффпциент элек-
тромеханической связи), пмеет комплексную частотную характеристику
(полагаем внутреннее сопротивление источника равным 0):
1 1 _______________________________ /91 'й
Z-(u)) /ш2(ш)з(ш) . / D . т , № # ,5* , V * '
3 Z^^^+z^ + ^yJ^z^w* + J
206
Типичная частотная характеристика, определяемая модулем данного
выражения при малых значениях Лиг, графически представлена на рис. 163
(в логарифмической мере). Наличие в полосе частот до резонанса спада
характерно для электромагнитных модуляторов света, имеющих сравни-
тельно большие значения самоиндукции модуляционной катушки, коэф-
фициента электромеханической связи и тем самым сопротивления реак-
ции механической системы (по сравнению с магнито-электрическими моду-
ляторами света).
Пренебрегая R по сравнению с fwL и полагая г малым, найдем:
а) угловую частоту электромеханического резонанса (определяемую
из уравнения (cd) g (cd) = 0):
= С** + ’ (216)
б) угловую частоту спада частотной характеристики (определяемую
исходя из максимума выражения /<dZ (w) g(u))):
(0» = уТ S*+ ’ (217)
Из формулы (217) следует, что при условии /coL > 7? влияние само-
индукции модуляционной катушки на механическую систему равносильно
(Uq bJ0 Угловая
частота
Рис. 164. Эквивалентная электрическая
схема механической системы магнито элек-
трического модулятора света в виде лен-
точки , шун тир ов анн ой кату шкой
Рпс. 163. Частотная характеристика
модулятора света электромагнитного
типа
последовательному включению в эквивалентную электрическую схему
этой системы конденсатора емкостью . Последнее приводит к увели-
чению эквивалентной упругости и частоты резонанса. В случае исполь-
зования магнито-электрического модулятора света в виде ленточного
осциллографа увеличения частоты резонанса можно достигнуть, напри-
мер, шунтированием ленточкп с малым активным сопротивлением катуш-
кой с сравнительно большой самоиндукцией.
В том случае когда сопротивлением 7? пренебречь нельзя, эквивалент-
ная электрическая схема механической системы имеет вид, изображенный
на рис. 164. Относительное увеличение сопротивления 7? способствует
уменьшению относительной величины спада частотной характеристики,
но является невыгодным с точки зрения мощности, потребляемой модуля-
тором света, и создаваемых последним нелинейных искажений.
Отклонения частотной характеристики модуляторов света от прямой,
параллельной оси частот (пик, провал), требуют применения коррекции
в самом модуляторе света или в других звеньях тракта передачи сигнала.
Частотная характеристика при определенном воздействии определяет
собой переходной процесс, поэтому те пли иные способы коррекции
207
частотной характеристики одновременно являются способами коррекции
(устранения) и переходных процессов, возникающих в самом модуляторе
света и оказывающих неблагоприятное влияние на качество звукопередачи;
Полная (идеальная) частотная коррекция в самом модуляторе света
требует уничтожения в выражении его частотной характеристики членов,
являющихся функциями частоты, или достижения постоянства этого
выражения методом взаимной компенсации — посредством введения в мо-
дулятор тех илп иных дополнительных механических пли электрических
элементов. Полная частотная коррекция посредством уничтожения в ха-
рактеристике частотных членов может быть осуществлена, например,
обратной связью. В том случае когда полное электрическое сопротивле-
ние модулятора света при не-
подвижном модуляционном эле-
менте не является функцией ча-
стоты, метод обратной связи дает
возможность непосредственно,
чисто электрическим путем как
бы полностью устранять или
изменять действующие (эквива-
лентные) значения как массщ,
так и упругости и трения (со-
противления потерь).
В частном случае, когда
полное электрическое сопротив-
ление Z (со) = R -I—z —, что ха-
3(ш)
рактерно для модуляторов света
„---------------- / \
Модулятор сбегла
О”
и
О"
Ud
K2(J U))2 G((j)
Рис. 1G5. Принципиальная схема одновре-
менного приложения напряжений положи-
тельной обратной связи, пропорциональных
ускорению п скорости механического моду-
ляционного элемента
магнито-электрического типа, и механическое сопротивление 3 (ю) == / <о т* +
+ + г, для достижения полной коррекции требуется одновременное
применение напряжений положительной обратной связи (устойчивой
обратной связи с устранением влияния между отдельными каналами
передачи напряжений и точной фазировкой), пропорциональных ускоре-
нию и скорости модуляционного элемента (рпс 165).
В этом случае:
G = G (<>) = . z да \ . s* \ ’
А,шм +7^+г)
где U—комплексная амплитуда напряжения на входе модулятора света от усилителя
записи; Ua — комплексная амплитуда напряжения на входе модулятора света от уси-
лителя обратной связи и
WAV + Ug)
Ufi = (co) 4- A'2 (/ш)2 G (co),
где и k2—коэффициенты, не зависящие от частоты, т. е.
жй
G (0>) (/«О2 + /ш (Rr—k^l + SJi2) + Rs •
При установлении режима
= и Пг + Я№ = кх№
получаем уничтожение частотных членов и, следовательно, полное устранение линей-
ных (частотных) искажений, т. е. отсутствие переходных процессов и прямолинейную
(идеальную) частотную характеристику.
Отклонение модуляционного элемента на всех частотах становится равным:
rt.A г
G^ = G = R^'
(218)
208
Из выражения (218), переписанного в виде
77, х %W/R
С,Ш)2 Q^___J+/(BQr-------_+_ J + s*
следует, что в общем случае посредством использования напряжения положительной
обратной связи, пропорционального ускорению, получаем как бы уменьшение экви-
валентной массы (с точки зрения поведения модуляционного элемента), а пропор-
ционального скорости — уменьшение действующего тренпя. Применяя, кроме того
(или совершенно независимо), напряжение положительной обратной связи, пропорцио-
нальное отклонению, можно уменьшить значение эквивалентной упругости и, сле-
довательно, повысить чувствительность модулятора света.
Используя напряжение отрицательной обратной связи, пропорциональное откло-
нению модуляционного элемента, можно, наоборот, повысить эквивалентную упру-
гость механической системы и, следовательно, получить прп одной п той же экви-
валентной массе большую собственную частоту колебаний механической системы.
Напряжение обратной связи, пропорциональное отклонению модуляционного
элемента, может быть получено в результате направления модулированного светового
потока на фотоэлемент и снятия фотонапряжеппя (с последующим усилением) пли же
снятием падения напряжения, обусловленного током, пропорциональным скоростп,
1 .
на емкостном сопротивлении у— . Напряжение обратной связи, пропорциональное
скорости модуляционного элемента, может быть получено в результате использова-
ния противоэлектродвижущей силы индукции, возникаю пей в электрическом про-
воднике при колебаниях механической системы. Напряжение обратной связи, про-
порциональное ускорению, может быть получено в результате снятия падения
напряжения, обусловленного током, пропорциональным скорости на индуктивном
сопротивлении j^L.
Таким образом, то плп иное кажущееся изменение механических
параметров модулятора света прп применении обратной связи может
быть достигнуто лишь за счет использования дополнительной мощности
от усилителя обратной связи.
Практически применительно к модуляторам света электрического
типа весьма трудно осуществить полную коррекцию с помощью поло-
жительной обратной связи из-за неустойчивости системы. Наиболее
устойчивая система имеет место прп применении отрицательной обратной
связи, повышающей кажущееся трение механической системы и тем са-
мым дающей возможность уменьшить резонансный выброс на частотной
характеристике. Таким образом, в модуляторах света обычно исполь-
зуется частная коррекция, направленная к получению практически
прямолинейной частотной характеристики в требуемом диапазоне частот
посредством установления определенного действующего значения трения
механической подвижной системы. При частной коррекции присутствуют
переходные процессы, так как частотные члены выражения частотной
характеристики не уничтожаются полностью или в своем суммарном
значении не представляют постоянную величину.
Частная частотная коррекция по методу обратной связи применяется
преимущественно в магнито-электрических модуляторах света.
Пример.
На рпс. 166 показана принципиальная электрическая схема частотной коррек-
ции, осуществленной посредством отрицательной обратной связи применительно
к ленточному осциллографу типа светового клапана (по Альберсгейму и Брауну53).
Противоэлектродвпжущая сила индукции Ед, возникающая в ленточке при ее
колебаниях в магнитном поле, снимается с большого сопротивления /?2> включенного
в диагональ балансного моста, и поступает на вход усилителя обратной связи. Уси-
ленное напряжение обратной связи па выходе трансформатора U а (с малым реактивным
сопротивлением) подается обратно па вход модулятора света, где последовательно
соединяется с сигналом V во вторичной обаготке входного трансформатора. Балансный
мост, использованный для того, чтобы можно было выделить противоэлектродвижу-
14 в. А. Бургов
209
Рис. 167. Относительные
частотные характеристи-
ки ленточки при раз-
личных условиях зату-
хания ее собственных
колебаний
Рис. 166. Принципиальная
электрическая схема частотной
коррекции посредством отри-
цательной обратной связи при-
менительно к ленточному ос-
циллографу
Кривая при (O=(Oq Относитель- ное затуха- ние а
1 40 0,005
2 10 0,158
3 -3 0,707
4 —20 5
.0,0435
0123^56789 13
t=0,00007сек ->- х=си01
,х. , (npufo-10000 гц) ‘
0/23456755 /3
РисЛг168. Кривые- относительного
переходного отклонения модуля-
ционной механической системы при
постоянном воздействии, соответ-
ствующие различным значениям
Относительного затухания а
X=CUot
210
щую силу индукции и не подавать на вход усилителя обратной связи электриче-
ский сигнал, поступающий в ленточку, состоит из сопротивлений потенциометра В19
сопротивления ленточки ге и переменного сопротивления rs. Если ленточка нахо-
дится в состоянии покоя или совершает постоянное отклонение или колебания низ-
кой звуковой частоты, мост балансируется потенциометром, т. е. в это время на вход
усилителя обратной связи не подается никакого напряжения. Прп колебаниях лен-
точки напряжение, подаваемое на вход усилителя обратной связи, пропорционально
ее колебательной скорости и, будучи усилено, приводит как бы к увеличению меха-
нического трения настолько, насколько это необходимо для корректирования частот-
ной характеристики (резонансного выброса) модулятора света.
В пспользовапнохм балансном хмосте, плечи которого равны попарно re = rsn
Bi re + rs, величина напряжения, подаваемого на вход усилителя обратной связи,
равна половине противоэлектродвижущей силы, индуктируемой в ленточке. Если
последняя равна Ёд = w G (cd), где /cdG(cd) — скорость ленточки, a 2R —коэффи-
циент электромеханической связи, то напряжение на входе усилителя обратной связи
будет:
Ёд _
2 2
и на выходе трансформатора:
£Z<z = =^8)1 /ш G (ш),
где к=2кг—коэффициент усиления усилителя обратной связи (вместе с трансфор-
матором), от значения которого зависит достигаемая степень демпфирования коле-
баний ленточки.
При указанных условиях отклонение ленточки выражается формулой:
W(U + Ud) _ WJfR
+8F)Jv+ ~/^+г ) ^шУт +/ш^г + -[г+-к )+s
выражения,
трение как
чтобы суммарная величина действующего трения
‘ ЭД , ЭД2 . „ „ .
г Ч——h определяла бы оптимальное затухание собственных колебании ленточки
.п В
Как видно пз последнего
обратной связи механическое
кх устанавливается таким,
. к. Ж
в результате применения отрицательной
, *1 ЭД
бы увеличилось на величину ;
(относительное затухание а = 0,707).
В зависимости от величины усиления были получены относительные частотные
характеристики п соответствующие им кривые переходных процессов, представлен-
ные на рис. 167 п 168.
Данный мэтод коррекции частотной характеристики с помощью обратной связи
имеет тот недостаток, что прп нем требуется повышенная электрическая мощность,
подаваемая к модулятору света.
Прп использовании моста, у которого сопротивления плеч равны попарно,
электрическая мощность, потребляемая мостом, в два раза превышает мощность,
которая поступает непосредственно в модулятор света. В случае равноплечего моста
(т. е. когда re~rs и Rx—re-\-rs) электрическая мощность, потребляемая мостом,
в четыре раза превышает мощность, поступающую в модулятор света. С точки зре-
ния уменьшения потребной электрической мощности выгодно иметь неравноплечий
мост, у которого re > rs и Bt > ге + г8, но, с другой стороны, в этом случае падает
снимаемое с моста напряжение противоэлектродвижущей силы, что вызывает необхо-
димость повышения усиления в усилителе обратной связи. С последним связано
повышение фонового шума, а также большая возможность самовозбуждения усили-
теля, что также является нежелательным.
Метод частной коррекции посредством электрических фильтров, когда
электрическая часть модулятора света по отношению к механической его
части играет роль корректирующей системы, может быть использовай
для коррекции частотной характеристики как в области максимального*
выброса (имеющего место, например, за счет слабого затухания колеба-
ний механической подвижной части и малой напряженности магнитного»
силового поля в магнито-электрических и электромагнитных модуляторах
света), так и в области спада (электромагнитные модуляторы света).
14* 211
Электрическая часть модулятора света в отношении частотных иска-
жений обычно играет. значительно меньшую роль, чем его механическая
часть (в особенности в модуляторах света магнито-электрического типа);
поэтому необходимая частная коррекция в основном определяется частот-
ной характеристикой механической подвижной системы. В этом случае
задача коррекции заключается в приближении к постоянству выраже-
1 А
пня л в определенном диапазоне частот в форме выполнения усло-
вия:
7® 3 (<о) = J bn (jw)n < ъ0,
71=1, 2 ...
где —постоянная величина (чем она меньше, тем больше чувствитель-
ность модулятора света).
Для простейшей механической спстемы модулятора света, характери-
зуемой механическим сопротивлением (с включением сопротивления реак-
ции электрической части)
g (о,) =/вд?г* + + г 4-—,
имеем:
1 __ 1 /т*
/Ъ 3 (ш) *“ (/щ)2 2/г ’
о П * "I' о
<"о
где коэффициент затухания
Л
+ R
2т*
Такое значение непосредственно относится к магнито-электри-
ческим (ленточным) и приближенно (с точки зрения коррекции макси-
мального выброса) к электромагнитным модуляторам света. Применп-
1
тельно к системам, определяемым указанным значением , задача
частной коррекции может быть решена следующими двумя способами:
1) значительным увеличением собственной угловой частоты коле-
баний механической системы (без учета затухания) a)0 = j/r^f
когда можно пренебречь частотными членами:
(/Ч2
27г .
И -ь /<«;
2) использованием (наряду с сопротивлением реакции электрической
•части) побочных механических элементов, суммарное действие которых
1
выражается в появлении в знаменателе выражения дополнитель-
ного слагаемого Н являющегося функцией частоты; в итоге сумма
•частотных членов является малой по сравнению с постоянной величи-
ной, и ею также можно пренебречь, т. е. -—7-Л,--гут—х т- = 4-=посто-
1 1 /“> 3 (ш)+#(ш) s*
я иной величине.
При первом способе собственная частота колебаний механической
системы должна значительно превышать максимальную частоту сигнала,
который должен быть передан без искажений; прп втором способе она
может быть установлена не только примерно равной максимальной
частрте сигнала, но даже в некоторых случаях значительно меньше этой
212
частоты (например, в случае применения обратной связи или сложной
механической пли электрической корректирующей системы).
Так как = Wm, то увеличение (п0, достигаемое в результате уве-
личений эквивалентной упругости $*, приводит к уменьшению чувстви-
тельности модулятора света и в этом смысле является невыгодным.
Необходимо стремиться к тому, чтобы требуемое значение ю0 достигалось
использованием минимальной эквивалентной массы (как указано выше,
в этих целях может быть использована обратная связь). Но так как воз-
можности в этом отношении ограничены, то необходимая собственная
частота колебаний механической системы ю0 па практике обычно дости-
гается использованием достаточно большой эквивалентной упругости
системы. Таким образом, осуществление первого способа частной коррек-
ции приводит к значительному понижению чувствительности модулятора
света, и в этом смысле данный способ коррекции невыгоден. Гораздо
более целесообразен второй способ частной коррекции, при которохм
устанавливается значительно меньшая собственная частота колебаний
механической системы и применяется та или иная механическая пли элек-
трическая корректирующая система.
При втором способе коррекции Н (ю) может быть как простой,
так и сложной линейной пли нелинейной функцией ю. Одним из весьма
распространенных видов частной коррекции по этому способу является
коррекция с использованием линейной функции Н (ш), достигаемая сле-
дующими путями:
1) получением трения (являющегося активным механическим сопро-
тивлением) посредством погружения механической колебательной системы
целиком пли частично в вязкую среду (масло—в ленточном осциллографе
Шорина) или же применением резины в качестве сопротивляющейся среды;
Л]
2) созданием кажущегося трения с помощью отрицательной
обратной связи;
3) использованием в некоторых случаях (при наличии достаточно
большой напряженности магнитного поля и, следовательно, электромеха-
ппческои связи) сопротивления реакции электрической системы (таким
образом осуществляется частная коррекция в современном модуляторе
света типа светового клапана).
Необходимая частотная коррекция может быть получена в резуль-
тате как отдельных, так и суммарных действий всех этих факторов, зна-
чение которых имеет смысл коэффициента пропорциональности при мни-
мой величине /о. Во всех случаях физически используется сила трения,
пропорциональная скорости колебаний модуляционной системы и обусло-
вливающая определенное затухание последней; при этом модуляционная
система должна иметь собственную частоту колебаний, равную примерно
максимальной частоте сигнала, который должен быть передан без иска-
жений (порядка 9000—10 000 гц).
Суммарное действие всех этих трех факторов представляется частот-
ным выражением:
7Т/ х WU/R
G W /• w *. », • ( , ая2 те \ ’ (219)
0<o)2m* + .2* +/ш (г + — +J
ЭЛ2 к ЭД?
где + выражает суммарную величину действующего трения
механической системы.
213
Для модулятора света электромеханического типа, представленного
этим выражением, относительная комплексная частотная характеристика
(отношение отклонения модуляционного элемента на любой частоте
к отклонению прп постоянном воздействии или на низких частотах)
определяется формулой:
5(а))^ 1
go (/ш)2 | 1 । 21
0)2 о)0
или
I GW I = лН = 1 (220)
I go I go (1 — u)2/o)2)2 4-4а2 o>2/o)J
где
о = aft UpiR
и относительное затухание а =----х-——
J 2т* а)0
Относительное переходное отклонение модуляционной механической,
системы при постоянном воздействии (см. формулу 200) представится
выражением (см. стр. 197):
= 1 — ^-e~axsin (nrr-J-cp), 4 (221)
где # = (Doz.
Частотные характеристики (см. рпс. 167) и соответствующие переход-
ные процессы (см. рпс. 168) определяются формулами (220) и (221).
Принимая в качестве критерия оценки линейных искажений приме-
нительно к целям звукового кино (правильная передача относительных
амплитуд синусоидальных компонентов сигнала, а не формы его кривой)
величину площади, заключенной между частотной характеристикой и пря-
мой, параллельной оси частот (идеальной частотной характеристикой),
в пределах от Одо ю0, можно найти, что а
—=0,707—есть
2zn*o)0
оптималь-
ное значение относптельного затуханпя как для частотной характеристики,
так и для переходных процессов59. В этом случае частотная характеристика
представляется спадающей кривой с относительным отклонением на час-
тоте w0—3 дб (см. рис. 167). Величина первого пика относптельного пере-
ходного отклонения при постоянном воздействии равна 0,0435 (т. е. пре-
вышает установившееся отклонение на 4,35%), а время установления
пика при частоте собственных колебаний 10 000 гц равно 0,00007 сек.
(см. рис. 168), что говорит о практически неискаженной передаче.
Недостатком обычного масляного демпфирования подвижной спсте-
мы в магнито-элсктрпческих модуляторах света является зависимость час-
тотной характеристики от температуры масла. Изменение температуры
приводит к изменению вязкости масла и соответствующего демпфиро-
вания.
В этом отношении интересен способ температурной коррекции частотной характе-
ристики, примененный в шлейфовом (петлевом) зеркальном магнито-электрическом
модуляторе света типа «Эурокорд» (Германия)60. (Принципиальная схема петлевого
магнито-электрического модулятора света с подвижным зеркальцем приведена на
рис. 134.)
Демпфирование колебаний зеркальца в этом модуляторе света (потребляющем
мощность при 100% модуляции 0,27 вт прп токе 3 а) осуществляется путем погружения
214
алюминиевого шлейфа в парафиновое масло (собственная частота колебаний шлейфа
в воздухе имеет значение порядка 13 500 гц, а в масле—примерно 6500—7000 гц), причем,
как это поясняет схема, приведенная па рпс. 169, в зависимости от изменения темпера-
туры масла автоматически изменяется расстояние между пластинкой 4 и плоской сто-
роной окна модулятора света 3. Расстояние между этими элементами определяет тол-
щину масляного столба, в котором колеблется модуляционное зеркальце 1, укреплен-
ное на ленточной петле 2. Чем меньше это расстояние, тем больше сила трения, вносимая
маслом. Установленное вначале с помощью винта необходимое расстояние между
указанными элементами и зеркальцем изменяется в зависимости от температуры следу-
Рис. 169. Устройство для температур-
ной коррекции частотной характери-
стики в шлейфовом зеркальнохМ моду-
ляторе света «Эурокорд»
Рпс. 170. Частотные характеристики меж-
ду +1 и +36° С в зеркальном модуля-
торе света «Эурокорд»
ющим образом: прп увеличении температуры, когда уменьшается вязкость масла и сте-
пень его демпфирования, биметаллическая пластинка 5 вследствие изменения своего
изгиба вызывает перемещение пластинки 4 вниз так,что уменьшается расстояние между
пластинкой 4 и окном 3. Уменьшение этого расстояния обусловливает соответствующее
увеличение степени демпфирования колебаний зеркальца.
Благодаря данному устройству степень демпфирования колебаний зеркальца под-
держивается постоянной при изменении температуры от -{-1 до +36° С. (Опорный винт 6
предохраняет от соприкосновения пластинки 4 с зеркальцем при больших темпера-
турах. У
На рпс. 170 представлены частотные характеристики, соответствующие темпера-
турам между 4-1 и 4-36° С.
Примером использования нелинейной функции Н (ю) является способ
коррекции с применением дополнительной механической колебательной
Рпс. 171. Электрическая эквивалентная схе-
ма механической частп модулятора света
с демпфером в виде дополни гол ыюй механи-
ческой колебательной системы: тп* и $*—
масса и упругость основной механической
колебательной системы; тд, sg и уд—масса,
упругость и сопротивление потерь дополни-
тельной механической колебательной систе-
мы; F—комплексная амплитуда механической
сплы; Gx—комплексная амплитуда скоростп
основной механической системы; G2—комп-
лексная амплитуда скорости дополнитель-
ной механической системы
системы со сосредоточенными параметрами, имеющей собственную частоту
колебаний, равную собственной частоте колебаний модуляцпонно!! системы,
и соответствующее затухание61.
Электрическая эквивалентная схема механической части модулятора
света с данным демпфером представлена на рис. 171. На низких частотах
дополнительная механическая колебательная система колеблется как
одно целое с массой основной колебательной системы. На высоких частотах
пмеет место расхождение колебаний масс дополнительной и основной коле-
215
бательных спетом. Это расхождение, обусловленное инерцией (массой)
дополнительной колебательной системы, выражается в том, что механиче-
ский элемент основной системы перемещается относительно механического
элемента дополнительной системы, испытывая при этом определенное сопро-
тивление со стороны дополнительной системы. В силу этого происходит
выравнивание относительных амплитуд колебаний механического моду-
ляционного элемента основной системы на высоких частотах.
В электрических аналогах (см. рис. 171) принцип демпфирования заклю-
чается в том, что на высокой частоте, равной частоте собственных коле-
баний основной и дополнительной колебательных систем, электрическое
сопротивление дополнительного резонансного контура представляется
в виде конечного активного сопротивления необходимой величины.
Использование активного механического сопротивления в дополни-
тельной системе дает возможность получить конечное значение данного
сопротивления и, кроме того, осуществить требуемую коррекцию даже
при некотором расхождении собственных частот колебаний обеих систем
(кривая сопротивления дополнительной системы не является резко
избирательной).
Согласно эквивалентной электрической схеме, приведенной на рис. 171,
относительная частотная характеристика механической колебательной
системы с рассматриваемым демпфером со сосредоточенными постоян-
ными (полагая электрическое сопротивление модулятора света независя-
щим от частоты) определяется выражением (см. стр. 205):
mq, sQ и rq—эквивалентная масса, эквивалентная упругость п активное
механическое сопротивление демпфера.
На частоте резонанса о = (п01 = ю02 относительная частотная характе-
ристика
или после преобразований:
S1 (<й)(О=спр^=(йд2
ёо
J
1 + Шо1
216
т. е. значение относительной частотной характеристики на резонансной
частоте при равенстве собственных колебаний обеих колеблющихся меха-
нических систем зависит от отношения эквивалентных масс т* !т1 пли
эквивалентных упругостей s*/sQ последних и коэффициента затуха-
ния дополнительной системы rnjmir Увеличение коэффициента затухания
при постоянном отношении эквивалентных масс пли упругостей при-
водит к возрастанию относительного отклонения па резонансной ча-
стоте.
Из последней формулы следует, что при mq — т* относительная
частотная характеристика в точке ю = ю01 = c»»G2 может равняться 1 только
(ш)<о=«>о1=<оо2 Л
при гд = со. При конечных значениях rq для достижения --------------------—-------= 1
необходимо, чтобы тд < /п* и, следовательно,
Условие Ьт..Г01===<’:°2 = 1 соответствует уравнению:
ёо
^2oimg + гдтд “ Hjm*2 = О-
Таким образом, для достижения указанного условия, необходимо, чтобы
т~
га было равно (оо1----—-—= . Зная г , находим треоуемое значение:
д |/ т*2—in2
Этот способ коррекции частотной характеристики и связанных с ней
переходных процессов может быть применен для простейших механиче-
ских колебательных систем модуляторов света, совершающих как посту-
пательные, так и крутильные колебания. В последнем случае дополпнтель-
Рис. 172. Способ частотной коррек-
ции крутильных колебаний якоря
в виде пластины с отростками, иг-
рающими роль дополнительной меха-
нической колебательной системы:
1—полюсные наконечники; 2—пла-
стина с зеркальцем; 3—отростки
пая механическая колебательная система, совершающая также крутильные
колебания, должна иметь соответствующие значения собственной
частоты крутильных колебаний, момента инерции и момента упру-
гости .
На рис. 172 показано, например, возможное практическое осуще-
ствление этого способа коррекции применительно к электромагнитным
модуляторам света, у которых якорь представляет собой упругую лепту
пли пластину, работающую на кручение (предложено Бурговым).
П р и м е р.
Способ коррекции частотной характеристики посредством дополнительной меха-
нической колебательной системы применяется в магнито-электрических модуляторах
света разработки Ленинградского завода Кинан и в электромагнитном зеркальном
247
Рис. 173. Механическая ко-
лебательная система (якорь)
с демпфером в хроникаль-
ном модуляторе света за-
слоночного типа разработ-
ки Ленинградского завода
Кинап
гальванометре РКА (RCA). Например, в зеркальном магнито-электрическом модуля-
торе света Кинап, описанном на стр. 174, он осуществляется путем укрепления на
подвижной шейке якоря, вблизи опоры с зеркальцем, призменной муфты из метал-
лизированной резины. В хроникальном модуляторе света заслоночного типа Кинап
указанный способ демпфирования выполняется присоединением (приклеиванием)
к обеим сторонам якоря маленьких стерженьков из электрона, на которые насажи-
ваются призмочки из вольфрамизпрованной резины (рис. 173).
В электромагнитном зеркальном гальванометре РКА (RCA) он осуществляется
путем применения неопреновой трубки с вольфрамом, один конец которой прикреплен
к выступу опоры зеркальца, а другой—свободен (см.
рпс. 144)53. В процессе колебаний опоры конец трубки
закручивается и тем самым трубка вносит соответ-
ствующее затухание. Во всех случаях резиновые на-
садки образуют дополнительную механическую коле-
бательную систему, связанную с якорем, собственная
частота которой равна собственной частоте колебаний
якоря, нагруженного опорой с зеркальцем.
Все указанные способы электрической кор-
рекции имеют целью нивелирование выброса
частотной характеристики при собственной
частоте колебаний механической системы (резо-
нансного пика). Помимо них, могут быть ис-
пользованы ц другие способы, имеющие назна-
чение корректировать частотную характеристику
в области спада. Так, например, спад можно
устранить путем шунтирования модуляционной
катушки конденсатором (устанавливая такое
значение емкости, прп котором на частоте
максимального спада частотной характеристики
пмеет место резонанс токов в контуре; емкость
конденсатора образует с самоиндукцией моду-
ляционной катушки резонансную систему)47.
Использование такой коррекции дает также
возможность уменьшить* величину выброса частотной характеристики на
резонансной частоте за счет уменьшения сопротивления емкостного
шунта прп повышении частоты.
Добиваясь получения необходимой частотной характеристики, сле-
дует помнить о том, что она находится в тесной зависимости от выход-
ного сопротивления усилителя звукозаппсп, питающего электрическую
систему модулятора света. Иногда коррекция может быть достигнута
лишь за счет соответствующего изменения выходного сопротивления уси-
лителя как функции частоты без применения дополнительных электри-
ческих элементов в цепи модулятора света.
Обычно в усилителях записи, предназначенных для модуляторов
света, илп в самих звукозаписывающих устройствах имеется трансформа-
торный выход, т. е. модулятор света присоединяется ко вторичной
обмотке трансформатора. Принципиальная электрическая схема выхода
усилителя записи изображена па рис. 174.
Предполагая, что мы имеем идеальный трансформатор, можно счи-
тать, что выходное сопротивлснпе усилителя равно:
= § + С (223)
где Rn—сопротивление вторичной обмотки [трансформатора плюс
сопротивление первичной обмотки, приведенное ко вторичной; R{—
внутреннее сопротивление лампы оконечного каскада усилителя при
рабочем напряжении; п—коэффициент трансформации. Надлежаще рас-
считав выходной трансформатор, можно добиться, чтобы выходное сопро-
218
тивление усилителя записи поддерживалось постоянным в необходимом
диапазоне звуковых частот и было согласовано с сопротивлением элек-
трической спстемы модулятора света (например, модуляционной катушки
гальванометра) Ra. Кроме того (для получения по возможности макси-
мальной неискаженной мощности от усилителя записи), необходимо из-
вестное соотношение между сопротивлением всей нагрузки и внутренним
сопротивлением лампы, перечисленным во вторичную обмотку трансфор-
матора, т. е.
о__
Bt/n2
должно иметь определенное значение. Из теорип усилителей известно,
что это отношение для триодов выбирается равным примерно от 2 до 5»
а для пентодов п тетродов—значительно меньше единицы.
Рис. 174. Принципиальная электрическая схема выхода уси-
лителя записи: Вп—сопротивление вторичной обмотки транс-
форматора плюс сопротивление первичной обмотки, приведен-
ное кэ вторичной; Bt—внутреннее сопротивление ла^мпы
оконечного каскада усилителя (при рабочем напряжении);
п—коэффициент трансформации; Ва—сопротивление электри-
ческой системы модулятора света; у.—коэффициент усиления;
Umg—амплитуда переменного напряжения па сетке лампы
оконечного каскада усилителя
Согласование сопротивления электрической системы модулятора (моду-
ляционной катушки) Ла с выходным сопротивлением усилителя записи
имеет определенное значение с точки зрения обеспечения требуемой ча-
стотной характеристики модулятора.
Обозначая р = , находим, что амплитуда тока, протекаю-
-*Ч/ "Г *41
щего по сопротивлению Ra во вторичной обмотке идеального трансфор-
матора, определяется формулой:
а амплитуда напряжения на модуляционной катушке:
Г Г _ у^гпд ______р__
и ’р+1’
Электрическая система модулятора света в общем случае (например,
модуляционная катушка электромагнитного гальванометра) представляет
собой комплексную нагрузку, т. е., кроме активного, имеет и индуктив-
ное сопротивление.
На высоких частотах индуктивное сопротивление катушки обычно
значительно превышает активное сопротивление.
Работа усилителя на комплексную нагрузку (при условии замены
ее некоторой активной эквивалентной нагрузкой) приближенно может
быть выражена теми же формулами (224) и (225), где под р надо пони-
мать отношение активной эквивалентной нагрузки к выходному сопро-
219
тивленшо усилителя. Прп возрастании частоты увеличивается полное
сопротивление модуляционной катушки и возрастает активное эквива-
лентное сопротивление. Изменение сопротивления модуляционной ка-
тушки приводит к тому, что отношение р также изменяется в зависи-
мости от частоты. Если на низких частотах мы имеем то или
иное значение р, то на высоких частотах будет иметь место его
увеличение; прп постоянных р, UmfJ1 п, Rt и Rn это приведет соответ-
ственно к уменьшению силы, действующей на якорь, что частично будет
способствовать уменьшению резонансного выброса механической колеба-
тельной системы модулятора света. В этом отношении влияние полного
сопротивления модуляционной катушки будет тем большим, чем меньше
по сравнению с ним выходное сопротивление усилителя, т. е. чем
больше отношение р.
Если выходное сопротивление значительно превышает полное со-
противление электрической системы модулятора света (например, моду-
ляционной катушки), то изменение сопротивления электрической системы
практически мало сказывается на изменении частотной характеристики
прибора, так как в этом случае ток в цепи поддерживается более или
менее постоянным, несмотря на изменение сопротивления электрической
системы. Наоборот, прп р > 1 пмеет место такой режим, при котором
в случае изменения сопротивления электрической системы напряжение
на ее зажимах сохраняется более плп менее постоянным. При работе
в режиме, когда р <£ 1, частотная характеристика модулятора света
практически пе зависит от электрической системы и определяется лишь
параметрами механической системы (режим постоянства тока).
Прп использовании электромагнитных гальванометров казалось бы
наиболее правильным применять именно этот режим, поскольку сила,
действующая на якорь, пропорциональна току, а не напряжению. Однако
это не так, во-первых, потому, что прп малом выходном сопротивлении
усилителя п малом актирном сопротивлении модуляционной катушки
сравнительно с ее индуктивным сопротивлением уменьшаются нелиней-
ные искажения, создаваемые гистерезисом магнитного материала, и, во-
вторых, потому, что относительное уменьшение тока на высоких часто-
тах может оказаться полезным для некоторой компенсации резонансно-
го выброса механической колебательной системы. Вот почему для
электромагнитных модуляторов света является выгодным использовать
режим, при котором р > 1, т. е. работать в режиме, приближающемся
к режиму постоянства напряжения на зажимах модуляционной катушки.
Это целесообразно даже в том случае, если в полосе частот около резо-
нанса частотная характеристика будет иметь некоторый спад, который необ-
ходимо компенсировать теми пли иными средствами.
При расчете выходного каскада усилителя звукозаписи наряду
с обеспечением надлежащей частотной характеристики следует также
учитывать необходимость получения по возможности большей неиска-
женной мощности. Поэтому требуется одновременное выполнение условий:
(226)
. <227>
где значения р и р являются заданными.
Для одновременного выполнения обоих этих условий может быть по-
лезным включение в выходные цепи дополнительных сопротивлений, зна-
чения которых устанавливаются исходя из требуемых величин Rn и п,
определяемых решением системы уравнений (226) и (227). Применение до-
220
волнительных сопротивлении позволяет использовать лампу в наиболее
выгодном (в смысле неискаженной мощности) режиме и одновременно полу-
чить необходимую частотную характеристику модулятора света.
§ 40. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
II МАГНИТО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРОВ СВЕТА
Сравнивая между собой электромеханические модуляторы света
магнито-электрического и электромагнитного типов, можно сделать сле-
дующие принципиальные выводы:
1. В отношении образующихся нелинейных искажений более высо-
кокачественными являются магнито-электрические модуляторы света.
Механическая нелинейность в данных приборах практически может
быть устранена соответствующим построением конструкции подвижной
спстемы илп оптической спстемы, в то время как магнитная нелинейность
в электромагнитных модуляторах света почти всегда оказывает свое не-
приятное действие.
2. В отношении чувствительности магнито-электрические модуляторы
света также могут не уступать электромагнитным модуляторам света.
Существовавшее раньше мнение, что в электромагнитных модуляторах
света может быть достигнут больший коэффициент электромеханической
связи (за счет большого количества витков катушки), относилось к ленточ-
ному осциллографу. В настоящее время для всех магнито-электрических
модуляторов света это мнение нельзя считать правильным, так как воз-
можно создание магнито-электрических модуляторов света катушеч-
ного типа с достаточно большой чувствительностью.
Кроме того, в магнито-электрических модуляторах света не наблю-
дается эффект уменьшения чувствительности прп малых уровнях звуко-
записи, имеющий обычно место в электромагнитных модуляторах света.
§ 41. ЯЧЕЙКА КЕРГА КАК МОДУЛЯТОР СВЕТА
Действие ячейки Керра как модулятора света основано на так назы-
ваемом электрооптическом эффекте Керра.
Электрооптический эффект Керра02 заключается в том, что некоторые
оптически изотропные диэлектрики, будучи помешены в электрическое
силовое поле, приобретают свойства двулучепреломляющпх (анизотроп-
ных) тел—в форме различия скоростей распространения световых
колебаний в направлении электрического силового поля и во взаим-
но перпендикулярном направлении. Так, например, нитробензол и нитро-
толуол в электрическом силовом поле обладают тем свойством, что ско-
рость распространения световых колебаний в направлении электрического
поля (обыкновенных колебаний) превышает скорость распространения све-
товых колебаний в перпендикулярном к нему направлении (необыкновен-
ных колебании). Если предварительно подвергнуть свет, проходящий через
диэлектрик в электрическом поле, поляризации, то различие скоростей
распространения поляризованных световых колебаний приводит к возник-
новению фазового сдвига между слагающими световых колебаний во вза-
имно перпендикулярных плоскостях, из которых одна плоскость совпадает
с направлением электрического поля.
Пропуская данные световые колебания через вторую поляризацион-
ную призму, получаем изменение лучистого потока, ьыходяшого из
оптической системы, как функцию фазового сдвига. Изменение фазового
221
сдвига зависит от изменения напряженности электрического поля
и осуществляется посредством изменения напряжения, подаваемого
к пластинам конденсатора, между которыми находится диэлектрик,
обладающий указанными выше свойствами. Электрооптический эффект
Керра при изменении напряженности электрического силового поля
с частотой до миллиарда герц практически не имеет никакой инерции.
Общая схема светомодулпрующего устройства с ячейкой Керра,
играющей роль модулятора света, представлена на рис. 175. Ячейка
Керра состоит из двух поляризационных призм: поляризатора Р и ана-
лизатора А и конденсатора К, между пластинами которого находится
жидкий прозрачный диэлектрик (обычно нитробензол).
Рис. 175. Схема ячейки Керра: Р—поля-
ризатор, А—анализатор; К—конденсатор;
L—экспонирующая лампа; С—конденсор;
О—объектив
Рис. 17G. Ход обыкновенной и необык-
новенной волн, сдвинутых между собой
по фазе; А—плоскость поляризации
анализатора; Р—плоскость поляриза-
ции поляризатора
Если плоскость поляризации поляризатора Р составляет угол в р° с направле-
нием электрических силовых линий между пластинами конденсатора, то, выражая
волнообразное колебание в этой плоскости через
p = asm2K^y—(228)
(считаем, что световые колебания происходят в плоскости поляризацпп), можно раз-
ложить эти колебания на следующие колебания, совершающиеся в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях тд п е (плоскость тд параллельна направлению электри-
ческого силового поля, а другая—е ей взаимно перпендикулярна) (рис. 176):
тд = a cos
е = a sin
(229)
(230)
В этпх формулах: р—мгновенное значение вектора в любой точке на луче ОО-
(рис. 176); 5—расстояние этой точки на луче 00' от точки О\ t—время; Т—период
колебания; X—длина волны света.
Появление электрического силового поля между обкладкамп вызовет различие
в скоростях распространения колебаний в плоскостях тд и е, так что скорость распро-
странения колебаний в плоскости тд будет больше (для нитробензола пли нитротолу-
ола) скорости распространения колебаний в плоскости е. Следовательно, при наличии
электрического силового поля между данными колебаниями образуется разность фаз:
так что выражения (229) и (230) могут быть переписаны в виде:
iq = a cos р • sin —ср); (232)
е = а sin р-sin (233)
22*2
Если плоскость поляризации анализатора А составляет угол а с плоскостью
и расположена в другом квадранте, нежели поляризационная плоскость анализатора,
то, раскладывая световые колебания в плоскостях т] и е (сдвинутые между собой по
фазе <р) на колебания, совершающиеся в плоскости, совпадающей с поляризационной
плоскостью анализатора, и на колебания, происходящие в плоскости, перпендикуляр-
ной последней, получим колебания, пропущенные анализатором:
y] cos а = a cos a cos 3 sin (u>£—<р); (234)
iq sin а = a sin a sin В sin (u>i 4-те) = —a sin a sin 3 sin <oi. (235)
Колебания, выражаемые последними формулами, в результате интерференции
б поляризационной плоскости анализатора дадут одно общее колебание, амплитуду
которого легко определить графически.
Пусть на рпс. 177 вектор ОВ изображает амплитуду синусоидального колеба-
ния, представленного уравнением (234), а вектор ОС—амплитуду a sin a sin р согласно
уравнению (235). Тогда амплитуда об-
щего интерференционного колебания А
может быть определена из зависимости
А2 = ОВ24-ОС2 —2ОВ-ОС-cos <f.(236)
Подставляя вместо ОВ и ОС соответ-
ствующие им значения, получаем:
''Л?
с _____!—
-a-sin a-sinft
А2 = a2 (sin2 a sin2 р + cos2 a cos2 р —
— 2 sin a sin 3 cos a cos р cos <р). (237)
Световая (лучистая) энергия (пли
лучистый поток, пли интенсивность све-
та), пропущенная анализатором, пропор-
циональна А2, следовательно, обозначая ее
интенсивности света), мы можем написать:
Рис. 177. Графическое определение ам-
плитуды общего интерференционного ко-
лебания А в поляризационной плоскости
анализатора
через I (I является обычным обозначением
1 = кА2.
На основании (228)
(238)
1р=ка2. (239)
Коэффициент пропорциональности к в обоих случаях один и тот же. Поэтому,
умножая обе частп равенства (237) на к и пользуясь (238) и (239), получим:
I = Ip (sin2 a sin2 р—2sin a sin Р COS а cos Р COS <р + COS2 а COS2 р). (240)
Формула (240) представляет собой общее выражение для энергии монохромати-
ческого света (лучистого монохроматического потока), выходящего из анализатора,
для тел, приобретающих в электрическом силовом поле свойства двулучепреломляю-
щпх кристаллов в зависимости от разности фаз <р между световыми колебаниями
и при условии, что поляризационные плоскости поляризатора и анализатора нахо-
дятся в различных квадрантах.
Для случая нахождения поляризационных плоскостей поляризатора и анализа-
тора в одном квадранте на основании вышесказанного необходимо от разности фаз
отнять те, т. о. в этом случае имеем:
I = 1р [sin2 a sin2 ,3—2 sin a sin 3 cos a cos 3 cos (<p—те) 4- cos2 a cos2 3] =
= Ip [sin2 a sin2 3 + 2 sin a sin 3 cos a cos 3 cos <p + cos2 a cos2 3] • (241)
При так называемой «скрещенной» установке поляризатора и анализатора^
когда а 3 = те/2, имеем:
+- = sin2 2,3 sin2 <р/2. (242)
Максимальное значение световой энергии, выходящей из анализатора, соответ-
ствует 3 = 45°. При этом значении 3
+ = sin2<f/2. (243)
7 р
При «параллельной» установке плоскостей поляризации поляризатора и анали-
затора, когда а = 3 и 3 = 45°, имеем:
= 1 — sin2 23 sin2 <р/2 = cos2 <р/2. (244)
7р
22Я
При подаче напряжения к пластинам конденсатора величина фазового сдвига
согласно экспериментальному закону Керра будет равна:
_ 2ъВ1Е2
? ~ 9-10*а2 ’ '
(245)
где Е—напряжение (в в); I—длппа пластин конденсатора в направлении распростра-
нения света (в см); а — расстояние между пластинами (в см); В—электрооптическая
постоянная (в см;в2), зависящая от длины волны света, а также для данного ди-
электрика от температуры и степени его чистоты. С увеличением длины волны
падающего света и с возрастанием температуры она убывает. Для химически чистого
нитробензола при 20°С и X = 436 п\и. константа В равна 5,1 -К)-3. Недостатком
нитробензола является его свойство застывать («замерзать») уже при t = -f- 5,57° С17.
Обозначив через Ет то напряжение, которое создает фазовый сдвиг ср = имеем:
_ 2кВ1Е2т
9-104а2 ’
откуда
2В1 _ 1
9-104а2 “ Е2п ’
Следовательно, па основании (245):
и формулы (243) и (244) могут быть переписаны в впде:
(скрещенная установка плоскостей поляризации поляризатора и анализатора);
(246)
(247)
(248)
(параллельная установка плоскостей поляризации поляризатора и анализатора).
Кривые зависимости относительного лучистого потока (или интенсивности света)
Л
анализатора или —~ от относительного напряжения, приложенного к электродам
/р 1 р
( Е \
конденсатора ( -=— ) , выражают собой статические световые характеристики ячейки
Керра как модулятора света (рпс. 178). Прп записи используется первая ветвь дан-
ных кривых, называемая световой характеристикой.
Для косинусоидальных колебаний Е = Ео -f- Е\ cos относительный лучистый
поток, выходящий из анализатора, равен:
-y5- = sin2 I -^-+~ cosutYl = sin2 Г " <(l+rCos^] (249)
1 р L v У J L J
(«скрещенная» установка поляризационных призм) пли
А- = cos2 [ 4 • •§- с + r cos “>02 ] (250)
(«параллельная» установка поляризационных призм),
где г = (251)
71 о
—коэффициент модуляции напряжения.
Форма световой характеристики обычной ячейки Керра теоретически всегда
обусловливает некоторую нелинейность передачи при записи. Эта нелинейность ска-
зывается в искажении формы записываемых колебаний и по своей величине зависит:
1) от положения рабочей точки на световой характеристике ячейки Керра;
2) от относительного значения амплитуд переменного напряжения, приложен-
ного к обкладкам конденсатора.
Е
Кривые зависимости коэффициента гармоник от г и и изменения постоянной
Ет
слагающей лучистого потока от г приведены на рис. 179, 180 и 181 (по Тагеру)63.
Относительно наименьшие нелинейные искажения, создаваемые ячейкой Керра,
224
Рис. 178. Статические характери-
стики ячейки Керра при скрещенной
1в ~ 1 а
— и параллельной — установках
7р „ 1Р
плоскостей поляризации поляриза-
тора и анализатора
Рис. 179. Кривые зависимости ве-
личины коэффициента гармоник С
^0
от —- при постоянных значениях г
Рис. 180. Кривые зависимости вели-
чины коэффициента гармоник С от г
£"о
при постоянных значениях —
Рис. 181. Кривые изменения посто-
янной слагающей лучистого потока,
выходящего из анализатора при
косинусоидальном изменении напря-
жения
15 в. А. Бургов
225
имеют место тогда, когда положение рабочей точки на световой характеристике
(рис. 182), определяется условием:
Ео = 0,707Гт.
Последнее является также условием получения относительно наибольшей глубины
световой модуляции в пределах допустимого значения кеэффиппента гармоник.
При прохождении через ячейку Керра смешанного (белого) света, представля-
ющего собой сумму монохроматически?; излучений, длины воли которых составляют
в спектре непрерывный ряд, мы имеем результирующую световую характеристику
ячейки Керра, по своему виду подобную той, которая имеет место для монохрома-
тического света. Она получается интегрированием отдельных характеристик в пре-
делах определенной части спектра — частп,
как раз вмещающей в себя все длины волн
отдельных монохроматических излучений, вхо-
дящих в совместное смещение. В этом случае
лучистый поток, выходящий из анализатора,
может быть выражен формулой:
/e;.i-A3 “ sin2 [ "2 ( /Лп ) ]
Л1
где 1рЛ — лучистый монохроматический поток
с длиной волны X, выходящей из поляриза-
тора; Xj и X 2—предельные значения длин волн
для входящих в смещение лучистых монохро-
матических потоков.
Оперируя прп работе с ячейкой Корра с
белым светом, необходимо определить для пего
среднее значение электрооптической постоян-
ной т. с. то значение В, при котором вы-
шеприве щниыс формулы являлись бы прак-
тически верными, хотя они и относятся к мо-
нохроматическому свету. Это среднее значение
электрооптической постоянной для белого све-
та можно определить из экспериментально
снятой статической световой характеристики.
Зная, что Ет соответствует разность фаз
ср — и:, мы из формулы (246) найдем среднее
значение электрооптичссксй постоянной В, те. к
как остальные величины I и а могут быть
11 род ва ритс л ы i о оп роде лен ы.
Еще лучше в практике заппсп определять значение Е,п из фотографической
статической характеристики, т. е. из кривой зависимости между плотностью проявлен-
ного негатива и напряжением на обкладках конденсатора, определяя из нее напря-
жение, соответствующее точке перегиба верхней части кривой для данной эмульсии.
Это рекомендуется потому, что в этом случае также учитываются фотографические
свойства кинопленки, в частности со цветочувствительность.
В зависимости от спектрального состава излучения пишущей лампы, спектраль-
ной светочувствительности фотографической эмульсии и селективных потерь на погло-
щение в отдельных звеньях оптической спстемы ячейки Керра, Е1П может иметь раз-
личные значения па фотографической характеристике.
Кроме того, в этом случае характер кривой помогает правильно выбрать соответ-
ствующие условия для работы (£*0,Tii), учитывая, кроме самой ячейки Керра и дан-
ных кинопленки, также процесс ее фотографической обработки.
Принципиальная оптическая схема светомодулпрующего устройства
с ячейкой Керра показана пунктиром на рис. 175.
Зазор между пластинами конденсатора К обычно играет роль меха-
нической щели, которая объективом О изображается на кинопленке в фор-
ме пишущего штриха. Конденсор С освещает данную щель путем изобра-
жения источника света L в ео плоскости или в плоскости входного отвер-
стия объектива. В последнем случае конденсор помещают по возможности
ближе к конденсатору.
Протяженность пластин конденсора в направлении хода световых лу-
чей оказывает виньетирующее действие прп изображении механической
226
щели на кинопленке. Механической щелью обычно является отверстие,
образованное краями пластин, примыкающими к конденсору. Другое от-
верстие, образованное противоположными краями пластин конденсатора,
в оптическом смысле играет роль виньетирующей диафрагмы, которая
ограничивает поле зрения и апертуру.
При изображении механической щели на кинопленке пишущий штрих
вследствие виньетирующего действия диафрагмы будет иметь неравно-
мерную освещенность в некоторой зоне. Путем соответствующего построе-
ния оптической системы данная зона может быть сделана весьма малой.
Светомодулирующее устройство с ячейкой Керра имеет следующие
основные недостатки: 1) сравнительно большие нелинейные искажения;
2) малую стабильность действия; 3) большие световые потери (обусловлен-
ные главным образом применением поляризационных призм).
Приме р.
Ячейка Керра как модулятор света применялась в отечественной звукозаписы-
вающей аппаратуре (система Тагера).
Конденсатор в аппаратуре типа Тагефоп СГК-7 показан отдельно на рпс. 18363.
Он образован двумя гладкими отполированными пластинами 3 и 7, которые находятся
внутри плоской ванны 2, заполненной нитробензолом. Для прохождения света через
конденсатор в боковые стенки ванны вмонтированы плоскопараллельные стекла.
Нижняя пластина конденсатора 4 укреплена в постоянном положении и изолирована
от корпуса двумя стеклянными трубочками 5. Верхняя пластина 3 находится в кон-
такте с корпусом; с помощью винта 6 она может подниматься и опускаться, оставаясь
все время параллельной нпжпей пластине. Длина каждой прямоугольной пластины
Рис. 183. Устройство конденсато-
ра (СГК-7)
Рис. 184. Световая характеристи-
ка. На осп ординат отложены по-
казания поляризационного фою-
метра Мартенса
напряжение (вольт)
конденсатора в направлении прохождения света равна 5 мм, а ширина—6,5 мм. Есе
устройство, являющееся собственно конденсатором, держится на крышке плоской
ванны 1 и может вместе с пей выниматься наружу. Для предохранения от химического
действия нитробензола конденсатор и ванночка позолочены.
Нормальное расстояние между пластинами конденсатора равно примерно 0,130—
0,135 мм. При этом условии для обычно применяемого нитробензола практическая све-
товая характеристика ячейки имеет вид, изображенный па рис. 184. По оси абсцисс,
как обычно, отложено напряжение в вольтах, по осп ординат—значение квадрата танген-
са уг. а поворота николя поляризационного фотометра Мартенса. Как видно вз рпс. 184,
15*
227
для установления напвыгодневшего положения рабочей точки на световой характери-
стике ячейки к обкладкам конденсатора необходимо приложить постоянное напряже-
ние порядка 400 в. При этом значении постоянного смещения максимально допустимая
амплитуда переменного напряжения равна 140 в.
Оптическая система аппарата представлена в виде схемы па рпс. 185. Конденсор С
дает пзображенпе светящейся прямолинейной спирали экспонирующей лампы L в пло-
скости обкладок конденсатора К. Механическая щель, образованная обкладками, фоку-
сируется десятикратным мпкрообъектпвом О (апертура 0,3) на кинопленке. Между
анализатором А и изображающим мпкрообъектпвом О установлена цилиндрическая
линза геометрическая ось цилиндра этой линзы находится в вертикальной плоско-
сти аппарата. Цилиндрическая линза обеспечивает получение необходимых размеров
пишущего штрпха на кинопленке, исходя пз размеров механической щелп, образован-
ной пластинками конденсатора (0,13 х 6,5 мм). Поляризатор Р и анализатор А представ-
ляют собой поляризационные призмы; они установлены так, что пх поляризационные
плоскости перпендикулярны друг к другу и составляют угол 45° с направлением элек-
трических силовых линий между ебкладкамп. Для предохранения их от излишнего на-
гревания (сильное нагревание призм межет привести пх к расклеиванию) перед конден-
сором С помещена диафрагма Р)х. Призма полного внутреннего отражения N введена
пз-за конструктивных соображений; одновременно ее использование предохраняет от
расцентрпровкп нити лампы прп некотором ее провисании со временем.
С целью уменьшения нелинейных искажений был разработан (Таго-
ром) способ улучшения фермы сгетовой характеристики ячейки Керра.
Идея этого способа заключается в том, что используется трехэлектродный
конденсатор с одной общей пластиной двух конденсаторов (рис. 186),
к с помещыо специального электрического устройства в течение одного
полуперпода записываемых колебаний изменяется поляризующее напря-
жение на пластиках второго конденсатора в зависимости от общего напря-
жения на пластинах первого конденсатора.
На рис. 187 показаны экспериментальные световые характеристики
обычной ячейки Керра и ячейки Керра с трехэлектродным конденса-
тором 63.
Электрооптический эффект Керра у жпдкпх диэлектриков спльно зависит от сте-
пени чистоты этих диэлектриков и от температуры. При наличии загрязнения жидких
диэлектриков электрическое поле может пробивать диэлектрик, выводя тем самым
модулятор света пз строя. Это является большим недостатком жпдкпх диэлектриков.
В отношении надежности (долговечности) п стабильности работы представляют инте-
рес электрооптические модуляторы света, в которых используются твердые тела—
кристаллы, находящиеся в электрическом силовом поле и приобретающие электро-
оптические свойства в этом поле. Эти твердые вещества, будучи помещены между двумя
скрещенными поляризаторами, в зависимости от приложенного к ним электрического
напряжения изменяют лучистый поток, проходящий через спетому, и тем самым могут
служить модуляторами света64.
К этим веществам могут быть отнесены: кварц, каменная соль (NaCl) п особенно
кристаллы сернистого цинка, в наибольшей мерс пригодные для световой модуляции.
По кристаллы сернистого цинка требуемого размера встречаются в природе весьма
редко, а искусственно изготовить их (синтезировать) до сих пор не удастся. Поэтому
в настоящее время для целей световой модуляции пользуются другими кристаллами,
искусственно синтезируемыми в лаборатории. К числу таких кристаллов относится,
например, безводный фосфат аммония. Данный кристалл в различных плоскостях
своего сечения обладает различными электрооптическими свойствами, которые,
кроме того, зависят от характера приложения электрического силового поля к выбран-
ной частп сечения.
Таким образом, необходимый электрооптический эффект достигается путем
выреза пластинки пз кристалла в определенном (так называемом главном) сечении
п надлежащем приложении электрического силового поля. Если для сернистого
пинка электрическое напряжение должно быть приложено в перпендикулярном
направлении к направлению света, то своеобразием фосфата аммония является то, что
при его использовании электрическое поле должно быть приложено в направлении
света. Это требует применения прозрачных электродов (в качестве материала послед-
них используется стекло с распыленным по его поверхности хлористым оловом или
тонкие пленки из хрома и золота).
Электрооптический эффект при применении фосфата аммония зависит только от
приложенного к его сечению потенциала. Уменьшение напряженности электрического
поля при увеличении толщины кристалла (длины в направлении света) соответственно
228
Рис. 185. Схема оптической системы аппарата Тагефон СГК-7
(размеры в мм): L—экспонирующая лампа; С—конденсор;
Z)I—диафрагма; О—мпкрообъектив; 7V—призма; А—анали-
затор; Р—поляризатор; Я—конденсатор; CL—цилиндриче-
ская линза . ;
Рис. 186. Схема ячейки с трехэ л окт родным
конденсатором: Р—поляризатор; А—анали-
затор; К—трехэлектродный конденсатор
Рпс. 187. Световые характеристики
ячеек: Ц—обычная ячейка; Д—ячей-
ка с трехэлектродным конденсатором
229
компенсируется большим временем или путем прохождения света в кристалле. Таким
образом, для данного кристалла электрические напряжения, создающие необходимую
световую модуляцию, по связаны с апертурой оптической системы, которая тем самым
может быть весьма высокой. Другой отличительной особенностью подобного кристал-
ла от жидкого диэлектрика (например, нитробензола) является то, что световое замед-
ление сильно зависит от угла падения лучей светового пучка (углового поля светового
пучка), вступающего в кристалл. Элементарные пучки света, вступающие в кристалл
под различными углами, обусловливают различную величину пропускания световой
энергии поляризационной системы в целом (скрещенными поляризаторами и кристал-
лом). Расходящийся (или сходящийся) световой пучок, вступающий в кристалл, при
нулевом потенциале па выходе обусловливает неравномерно освещенное световое
поле в виде эллипсов различной яркости (освещенности).
Центральное круглое поле, соответствующее элементарному пучку, входящему
под углом в 90° в кристалл, является темным полом. Учитывая данное нежелательное
явление (физический смысл которого еще пе совсем ясен), является целесообразным
использовать кристалл в параллельном пучйе света. Но осуществить точную парал-
лельность пучка практически нельзя ввиду того, что световой поток, падающий па
кинопленку, должен быть собран в пределах конечной площади, являющейся изобра-
жением некоей механической щели, служащей фиктивным источником света. Поэтому
всегда существуют некоторые нарушения указанного условия.
Динамическая световая характеристика подобного модулятора света нелинейна,
но пмеет довольно протяженный практически прямолинейный участок; причем степень
нелинейности зависит от углового поля светового пучка.
Частотная характеристика самого модулятора света прямолинейна до частот
порядка 40 000 гц; частотная характеристика светомодулпрующего устройства с дан-
ным модулятором света ограничивается конечной шириной пишущего штриха (прак-
тически прямолинейна от самых низких частот до 10 000 гц).
В одной пз моделей подобного модулятора света64 75% модуляция достигается
прп коэффициенте гармоник порядка 3% (путем использования особого оптического
смещения установленная рабочая точка обусловливает лишь несимметричные искаже-
ния). Напряжение звуковой частоты, потребное для данной модуляции, пмеет значение
порядка 2000 в (усилитель записи имеет выходную мощность порядка 50 ят). Так как
электрооптический эффект прп применении подобного модулятора света зависит от
длпны волны, то в оптической системе, использующей в качестве источника света воль-
фрамовую лампу накаливания, применен голубой фильтр. Последний приближает
используемое излучение лампы к спектральной чувствительности кинопленки.
Коэффициент полезного действия (суммарного пропускания) оптической системы
с данным модулятор ом света равен 16%.
Пз всего сказанного выше вытекает, что в отношении физических показателей
рассмотренный модулятор света пе имеет преимуществ по сравнению с ячейкой Корра
или лампой тлеющего разряда. Единственными его достоинствами являются проч
ность и надежность (нечувствительность к электрической перегрузке и стабильность)
работы.
§ 42. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА КАК МОДУЛЯТОР СВЕТА
Для модуляции света с целью фотографической записи может быть
с успехом использован тлеющий разряд в газе. Лампы тлеющего разряда,
применяемые для записи звука, обычно имеют два электрода, находящиеся
в закрытом стеклянном баллоне, наполненном газом прп е’язтишзком давле-
нии (порядка нескольких миллиметров ртутного столба). Если подобную
газонаполненную трубку с двумя плоскопараллельными электродами вклю-
чить последовательно с сопротивлением к источнику напряжения и изме-
нять последнее, то ток, проходящий через трубку, будет изменяться
согласно кривой, представленной на рпс. 188. Эта кривая является вольт-
амперной характеристикой электрических разрядов в газе, в частности
тлеющего разряда. Прп приложении к электродам трубки (рпс. 188) напря-
жения, возрастающего по величине от нуля, будет иметь место следующее
изменение величины тока. Вначале в пределах участка кривой ОА ток,
проходящий через трубку, чрезвычайно мал (для его измерения необхо-
дим специальный электрометр), но прп этом он увеличивается почти
что пропорционально приложенному напряжению. Затем увеличение тока
происходит все медленнее и медленнее, и, наконец, в пределах некоторого
изменения напряжения он совершенно не изменяется, достигая значения
230
так называемого тока насыщения. Соответствующий участок кривой
имеет обозначение ЛВ. При дальнейшем возрастании напряжения ток
начинает снова увеличиваться—сначала медленно (участок, начиная от
точки В), потом резко возрастает (точка С) и в течение некоторого изме-
нения напряжения практически остается постоянным (участок кривой от
точки С до точки D или Е'). Затем
происходит (после прохождения
точки Е илп Е') быстрое уменьше-
ние напряжения по мере роста то-
ка, и газ, наполняющий трубку,
начинает светиться — наступает
нормальный тлеющий разряд (точ-
ка зажигания D). Цвет свечения
зависит от рода газа.
Напряжение (разность потен-
циалов), прп котором возникает
тлеющий разряд, называется потен-
циалом зажигания лампы. Оно за-
висит от характера газа, его дав-
ления, расположения электродов,
а также от формы последних. Об-
ласть нормального тлеющего раз-
ряда выражена на кривой рис. 188
участком FH. Как видно из ри-
сунка, ток па этом участке быстро
возрастает. В данной области ве-
личина тока определяется только
величиной приложенного напряже-
ния и значением последовательно
включенного с лампой сопротивле-
ния, а разность потенциалов на
электродах практически не зависит
от тока. Прп последующем возра-
стании тока (начиная от точки Н)
происходит уже увеличение раз-
ности потенциалов на электродах
лампы. Область ПК выражает со-
бой аномальный тлеющий разряд.
В дальнейшем наступает резкое
уменьшение разности потенциалов
и, наоборот, сильное увеличение
тока, и тлеющий разряд переходит
в дуговой разряд, разрушающий
лампу. Включенное последователь-
но с лампой добавочное высокоомь
от чрезмерного увеличения тока. При использовании сопротивления воз-
растание тока приводит к увеличению падения напряжения на нем,
понижая тем самым напряжение на электродах. Указанную роль доба-
вочного сопротивления может играть также внутреннее сопротивление
источника, питающего лампу. .Поэтому, если последнее является доста-
точно большим, пет особой необходимости в добавочном сопротивлении.
Это может иметь место при включении лампы тлеющего разряда в анодную
цепь электронной лампы.
Нормальный тлеющий разряд в газе между электродами лампы состоит
из ряда частей (рпс. 189). У катода лампы па некотором малом расстоя-
Дугобсй разряд
Ю~3
<и2
ю1
10°
иг1
Переходная
оолаапь
10
1(Г3
О
Ut
1ёыщ1^розря^
Нормальный
тлеющий разряд
TUZUU
самостоятель-
ный разряд
. Тихий
• нрсамостортель-
i ный разряа
U3
7—катодное томное- пространстве»;
2—отрицательное темное простран-
ство; 3—Фарадесво темное простран-
ство; 4—катод; 5—анод; 6—катод-
ное свечение; 7—тлеющее свечение;
8—положительный столб; 9—анод-
ное свечение
лампл
231
нпи от него образуется катодное темное пространство 1. Между като-
дом и этим темным пространством располагается тонкий светящийся
слой, называемый катодным свечением 6. По направлению к аноду за тем-
ным катоднькм пространством следует опять свечение 7, переходящее
в Фарадеево темное пространство 3. Фарадеево темное пространство в свою
очередь переходит в яркое свечение, тянущееся почти до самого анода,
в так называемый положительный столб 8. Положительный столб оканчи-
вается анодным свечением 9, отделенным от анода узким темным проме-
жутком. Спектр излучения совершенно одинаков у отдельных свечений
и является спектром газа, заполняющего колбу, но яркость их различна.
Это объясняется неодинаковым распределением эпергпп по отдельным
частям спектра свечений для различных газов.
Если определить падение напряжения в указанных частях разряда
в лампе, то выяснится, что наибольшее падение имеет место в темном про-
странстве, находящемся между катодным свечением и катодом, затем
у самого анода; внутри же катодного свечения оно чрезвычайно мало.
В пределах анодного свечения напряжение остается постоянным, а в тем-
ном промежутке, разделяющем его от катодного свечения, падает доволь-
но медленно.
В момент появления разряда при сравнительно небольших токах,
проходящих через лампу, катодное свечение не охватывает полностью
всей поверхности катода. В этом случае площадь его увеличивается
(примерно в линейной зависимости) по мере возрастания тока. До момента
пока катодное свечение не покроет полностью всей поверхности катода
падение напряжения в темном катодном пространстве независимо от
изменения тока, проходящего в лампе, остается постоянным. Величина
его зависит лишь от характера употребляемого газа и от материала, из
которого сделан катод. При этом так называемом нормальном режиме лампы
весь ток идет с катода через место, заполненное свечением. Площадь свече-
ния, покрывающего катод, увеличивается с возрастанием тока, причем
поверхностная яркость и плотность тока остаются более или меиео по-
стоянными (величина последних зависит также от давления газа).
После того момента когда свечение покроет полностью всю поверх-
ность катода, будут происходить ужо и увеличение плотности тока, и воз-
растание падения напряжения в темном катодном пространстве, и уве-
личение разности потенциалов между электродами лампы. Одновременно
с этим будет увеличиваться и поверхностная яркость катодного свечения.
Этот режим называется аномальным.
Нормальный режим, казалось, мог быть использован для поперечной
записи ввиду того, что длина свечения изменяется при изменении тока.
Однако, как показали экспериментальные исследования, в этом режиме
применительно к записи звука трудно получить линейную зависимость
между длиной светящегося слоя у катода и величиной тока; кроме того,
при изменении тока граница светящегося слоя па катоде перемещается не
плавно, а скачками, с некоторым запаздыванием, благодаря чему ухуд-
шается передача высоких частот; наконец, сама яркость светящегося слоя
является неравномерной п неустойчивой и самое главное—малой для
получения ощутимого следа на кинопленке.
По указанным причинам для фотографической записи используются
лампы тлеющего разряда, работающие в аномальном режиме, или газо-
разрядные лампы с полым катодом, использующие так называемый затруд-
ненный тлеющий разряд в газе. В результате применения таких ламп за
счет модуляции яркости их катодного свечения происходит модуляция
освещенности пишущего штриха на кинопленке, обусловливающая обра-
зование на кинопленке фонограммы переменной плотности.
232
Основными характеристиками ламп тлеющего разряда, определяющи-
ми их качество как модуляторов света для записи, являются:
1) электрическая (вольтамперпая) характеристика в виде зависимости
тока, протекающего в лампе, от приложенного к ее электродам напряжения;
2) световая характеристика в виде зависимости светового потока
лампы от силы проходящего по ней тока;
3) спектральная характеристика (характеристика излучения лучи-
стого потока по спектру) лампы;
4) частотная характеристика лампы;
5) срок службы лампы.
Что касается первой характеристики, то тут необходимо отметить
следующее. У лампы тлеющего разряда наблюдается склонность к гисте-
резису, выражающаяся в том, что кривая зависимости тока от напряже-
ния, подаваемого к электродам при увеличении последнего, не совпадает
с кривой, получающейся при уменьшении напряжения, образуя некото-
рую петлю. Величина гистерезиса зависит от характера газа, его давления
и от конструкции самих электродов. Понятно, что лампа тлеющего разряда
только тогда может быть применена для записи звука, когда явление гисте-
резиса в пей практически устранено. Экспериментально установлено, что
в результате длительного прогревания лампы током гистерезис удается
свести до минимума.
Световая характеристика лампы представляется в виде кривой,
имеющей ограниченный участок более или менее постоянной кривизны.
Величина (длина) этого участка зависит от газа, наполняющего ламп}.
Наибольшая пропорциональность светового потока току имеет место
при использовании азота и водорода. Модуляция обусловливается изме-
нением напряжения, подаваемого к ее электродам; поэтому суммарная
характеристика зависимости получаемого от нее светового потока (или
яркости) от напряжения должна быть практически прямолинейной в до-
статочном диапазоне.
Если значения световых потоков, соответствующие крайним точкам участка посто-
янной кривизны, FMaKC и FMVH, то напвыгодпейшое с точки зрения нелинейных
искажений значение среднего светового потока равно:
F —F F +F
т? _ макс мин . 77 макс ‘ л мин
1 О-------2-----+ * мин =----2-----’
а максимальный коэффициент модуляции светового потока:
F —F F —F 77
макс мин макс л мин м А
макс мин
где F1 — амплитуда светового потока.
F
В/- макс
ооычпых лампах тлеющего разряда глуоппа световой модуляппп —- имеет
мин
значение не более 5, т. е. коэффициент модуляции светового потока г не превышает
величины 0,66.
Спектральный состав излучения зависит от характера газа, напол-
няющего лампу. Для получения мощного светового излучения в области
коротких длин волн порядка 3000—4000 А. наплучшпм газом является
криптон, затем следуют аргон п неон. Криптон является редким и дорогим
газом, поэтому чаще всего лампы тлеющего разряда для записи звука
наполняются смесью пеона п аргона до давления в несколько миллимет-
ров ртутного столба.
Частотная характеристика таких ламп тлеющего разряда зависит
от давления газа. С увеличением давления возрастает спад частотной харак-
233
теристпки па высоких частотах. Обычно в указанных лампах величина этого
спада по превышает 8—10 дб па частоте 8000 гц.
Срок службы лампы тлеющего разряда связан с ухудшением ее све-
тотехнических свойств вследствие распыления катода.
Распыление катода зависит от материала катода, газа и его давления,
плотности тока, катодного падения напряжения, формы и расположения
электродов. Распыление катода приводит к покрытию стекла лампы нале-
том металла и тем самым к непрерывному уменьшению светового потока,
даваемого лампой, делая ее непригодной для эксплуатации.
Лампы тлеющего разряда, работающие в обычном аномальном режиме,
как модуляторы света для записи звука имеют следующие основные недо-
статки:
1) малую яркость пли световой ноток, в силу чего фотографическая
запись при их использовании осуществляется обычно на нижнем загибе
характеристической кривой:
2) небольшую глубину световой модуляции (коэффициент модуляции
светового потока - - не более 0,66).
о
С точки зрения уменьшения данных недостатков выгодно использо-
вать так называемый затрудненный тлеющий разряд в полом катоде.
Затрудненный тлеющий разряд является переходной формой разряда от
обычного тлеющего к дуговому разряду при использовании ламп с полым
катодом.
Прп переходе от обычного тлеющего разряда к затрудненному разряду
путем повышения напряжения на зажимах электродов ламп с полым като-
дом происходит сильное возрастание яркости свечения в полости катода
за счет появления вторичных электронов, образующихся вследствие уда-
ров положительных ионов о стенки катода. В результате резко возрастают
плотность тока вблизи катода и ток в цепи (при давлении в несколько мил-
лиметров ртутного столба ток возрастает в 70—80 раз). Это приводит
к резкому падению напряжения во внешней цепи.
Затрудненный разрез необходимо отличать от форсированного режи-
ма обычной лампы тлеющего разряда вследствие повышения разности
потенциалов между анодом и катодом. Затрудненный разряд имеет место
при более высоких давлениях газа и более высоком напряжении. Переход
от обычного тлеющего разряда к затрудненному тлеющему разряду в полом
катоде происходит том плавнее, чем больше давление газа в лампе. При
давлении порядка 13 .и и ртутного столба зажигается сразу же затрудненный
разряд.
П р и м е р.
Затрудненный тлеющий разряд в полом катоде был использован (Якуипискпм)
для повышения яркости и глубины световой модуляции лампы тлеющего разряда.
Лампа затрудненного тлеющего разряда (конструкции Якупипского66) имеет два
электрода: полый щелевой катод и анод в виде пластинки с щелевым отверстием 0,2х
Х2,5 мм (рис. 190). Материалом электродов является обычное железо, подвергнутое
в целях обезгажпванпя обработке контуром высокой частоты. В качестве газа использо-
ван аргон, наполняющий лампу до давления 13—15 мм ртутного столба. Приданном
давлении имеют место электрическая (вольтамперная) и фотографическая характери-
стики лампы, представленные па рпс. 191 и 192.
Пз этих характеристик видно, что ток паузы равен примерно 25 ма прп напряже-
нии 250 <?, т. е. лампа потребляет мощность порядка 6,75 вт.
Яркость лампы с затрудненным тлеющим разрядом значительно превышает
яркость лампы с обычным тлеющим разрядом, а коэффициент модуляции светового
потока пли освещенности достигает величины г=0,818 (глубина световой модуля-
F
цип —--- достигает 10).
.чин
Форма и конструкция электродов лампы приспособлены к паплучшему использо-
ванию лампы для целей записи. Вырез в аноде лампы непосредственно изображается
234
цилиндрической линзой (ахроматическая линза с относительным отверстием 1 : 2
и фокусным расстоянием 4 мм) иа кинопленке, образуя пишущий штрих необходимой
ширины. Интенсивность излучения лампы при среднем токе порядка 25 ма и ширине
пишущего штрпха 15 р. обусловливает па позитивной пленке «Союз» плотность 0,54,
а при ширине пишущего штриха 20 р-—0,94.
Сопротивление как функция тока в дайной лампе имеет нелинейный характер
(рис. 193), поэтому использование лампы связано с необходимостью применения специ-
Рпс. 190. Полый щеле-
вой катод и анод в лам-
пе затрудненного тлею-
щего разряда (Якунин-
ского)
Рпс. 191. Электрическая харак-
теристика лампы затрудненного
тлеющего разряда
Рис. 192. Фотографическая харак-
теристика лампы затрудненного
тлеющего разряда
Рпс. 193. Зависимость сопротивле-
ния от силы тока в лампе затруд-
ненного тлеющего разряда
ально рассчитанного выходного трансформатора в усилителе записи, питающего лампу.
Неискаженная звуковая мощность данного усилителя не превышает 1 вт.
Наряду с лампой для белого света была разработана также лампа для записи зву-
ка коротковолновым (ультрафиолетовым) светом (Якунипскпм67). В качестве газа для
этой лампы был использован также аргон. Конструкция этой лампы в основном такая
же, как и конструкция лампы для заппсп бельш светом. Небольшие произведенные
изменения заключаются в следующем:
1) полость катода, в которой происходит разряд, в целях предохранения от увели-
чения плотности тока на катоде несколько увеличена;
2) па катод для его большого охлаждения надета «рубашка» из топкого никеля
(для создания большей поверхности, отдающей тепло);
3) несколько расширен внутренний диаметр баллона лампы (ввиду наличия
«рубашки»);
4) для хорошего пропускания коротковолнового света верхний колец баллона
лампы выполнен из специального стекла, спектральная плотность (плотность в моно-
хроматическом свете) которого показана кривой па рис. 194.
235
Цилиндрическая линза сделана из плавленного кварца, а в качестве фильтра
применен фильтр ФС-2 Изюмского завода оптического стекла, спектральная плот-
ность которого (плотность в монохроматическом свете) представлена кривой
на рпс. 195(D(;) = lg
т(Х) = е $L п Z)(z) = 0,43, где 3—коэффициент погло-
щения; L—толщина стекла).
Электрическая характеристика и статическая характеристика излучения фото-
актинпчного (в ультрафиолетовой области) лучистого потока данной лампы показаны
о
Рис. 494. Кривые спектральной плотности стек-
ла баллона лампы различной толщины (1 и 2)
300 320 ЗЬО 360 ЗдО Л njt
Рпс. 195. Кривые спек-
тральной плотности
фильтра
Рис. 196. Электрическая харак-
теристика лампы
Рис. 197. Характеристика зависи-
мости относительного фотоактпнич-
ного потока лампы от силы тока
на рис. 196 и 197 (для определения последней характеристики применялся кпелород-
но-цезиевый фотоэлемент и использовалась его чувствительность в ультрафиолетовой
области). Как видно из этих кривых, ток паузы лампы равен 40 ма при напряжении
порядка 250 в и потребляемой мощности порядка 10 впг.
Основные требования, которые должны быть предъявлены к лампе
тлеющего разряда для записи звука, можно сформулировать так:
1. Лампа должна излучать достаточно большой лучистый поток
(в частности, иметь достаточную яркость).
2. Форма и расположение ее электродов должны быть приспособлены
к оптимальным условиям освещения механической щели.
3. Лампа должна быть наполнена газом, дающим по спектру наи-
более фото актиничное излучение света (водород, азот, аргон).
4. Лампа должна иметь минимальное потребное рабочее напряженно,
бихарактеристика излучения лучистого потока лампы должна быть
прямолинейной в достаточно большом диапазоне подаваемого к ней напря-
236
жения (в частности, как указано выше, должен быть устранен гистерезис)
и, кроме того, отличаться устойчивостью.
6. Лампа должна отличаться достаточно большим сроком службы.
Заграницей были разработаны записывающие системы с лампой тлею-
щего разряда «Три-Эргон» (Германия)68 и «Фокс-Мувптон» (США) 69. Эти
системы ранее имели некоторое применение в кинопромышленности.
§ 43. ДИФРАКЦИОННЫЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА
НА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЯХ
Для световой модуляции могут быть использованы и используются
(для целей телевидения) дифракционные явления на ультразвуковых
волнах.
Впервые указали на возможность использования этих явлений для
модуляции света Соколов70, Мандельштам, Папалекси и Ландсберг (1933 г.).
(Первый дифракционный модулятор света в
СССР был экспериментально осуществлен в
1935 г. Харпзоменовым.)
Можно считать (по Раману и Нагендра-
IIату71), что дифракция света на ультразвуко-
вых волнах вызывается только оптическими не-
однородностями среды, которые образуются
при прохождении по ней ультразвуковых воли,
причем собственно дифракция возникает па вы-
ходной грани этой среды.
Как известно, пластинка кварца, приведен-
ная в возбужденное состояние, может совер-
шать механические колебания очень высокой
частоты (до 108 гц) и излучать упругие ультра-
звуковые волны данной частоты, которые со
скоростью звука распространяются в той плп
иной среде, окружающей пластинку. Помещая
Р пс. 198. Сх ем а п о л уч енпя
ультразвуковых волн
в жидкости
такую пластинку кварца на дно сосуда с жид-
костью (ксилол, керосин, вода и др.), легко возбудить ультразвуковые
волны в жидкости в форме периодических сгущений и разрежений
ее частиц, движущихся в направлении высоты сосуда (рис. 198). Если за-
ставить эти волны отражаться от верхней стенки сосуда, то можно получить
стоячие волны в жидкости,, т. е. последняя приобретает неподвижную по
высоте сосуда структуру переменной плотности и соответственно—перемен-
ного показателя преломления. Такая структура пмеет периодический харак-
тер: плотность и показатель преломления изменяются с периодом, равным
длине ультразвуковой волны в жидкости, например, показатель прелом-
ления по закону
, . 2тгж
П — По — 7Ъ1 Sin -у- ,
где и0—показатель преломления среды прп отсутствии ультразвуковых
волн: пг—амплитуда показателя преломления; Л—длппа ультразвуковой
волны. (В частности, прп применении ксилола скорость распространения
ультразвуковых колебаний равна примерно 1000 м/сек, поэтому при
частоте 107 гц длина ультразвуковой волны в ксилоле будет равна 100 р.)
Образованная ультразвуковыми колебаниями структура жидкости с перио-
дическими изменениями плотности и коэффициента преломления при
прохождении через ное света играет роль трехмерной динамической ди-
фракционной решетки (сжатие и разрежение в локальных по высоте участ-
237
ках происходят с частотой ультразвуковых колебаний кварца, напримерт
107 гц), Па рпс. 199 приведена принципиальная оптическая схема установки,
применяемой для получения дифракции сгета от ультразвуковой решетки.
Освещенная белым светом щель D с помощью лппзы Ог посылает парал-
лельный пучок, который проходит через прозрачный сосуд с жидкостью Q
перпендикулярно направлению распространения возбужденных в ней
ультразвуковых волн. Сечение этого пучка имеет форму удлиненного пря-
Рпс. 199. Принципиальная схема установки, применяемой
для получения дифракции света от ультразвуковой решетки
Рис. 20Э. Фотография дпфракци- Рис. 201. Схема углового размещения дп-
опных спектров фракционных спектров: Jo, Alt А2} As—
дифракционные спектры
моугольника, большая из сторон которого параллельна (фронту распро-
странения ультразвуковых колебаний. Другая, меньшая сторона этого
прямоугольника, значительно превышает длину волны ультразвуковых
колебаний. Изображение, создаваемое линзой О2, при наличии ультра-
звуковых колебаний в жидкости представляет собой дифракционную кар-
тину, соответствующую спектральному составу и интенсивности исполь-
зуемого света, частоте и интенсивности колебаний кварца (силе ультра-
звука) и скорости распространения ультразвуковых волн в жидкости.
При отсутствии колебаний кварцевой пластинки изображение, созда-
ваемое линзой 6>2, представляется в виде одного изображения щели D;
при наличии колебаний кварцевой пластинки и соответственно стоячих
волн в жидкости получается ряд изображений щели в виде ряда дифрак-
ционных спектров: центрального изображения щели (спектр нулевого
порядка) и боковых изображений щелп, расположенных па равном рас-
стоянии от центрального изображения щели (спектры различных высших
порядков) (рис. 200 и 201). Центральные и боковые дифракционные изобра-
жения щели находятся друг от друга на угловых расстояниях, зависящих
для данной жидкости от отношения длин волн света и ультразвука, т. с.
угловое расстояние
X
Ч=±Р-л ’
23S
где р—порядковый помер дифракционных спектров (изображений);
X—длина волны света (в пустоте): V—длила ультразвуковой волны
(рис. 201). При постоянной длине волны монохроматического света уве-
личение частоты или уменьшение длины волны ультразвуковых колебаний
приводит к увеличению расстояния между указанными изображениями
(спектрами).
Благодаря появлению боковых изображений, т. е. спектров высше-
го порядка, происходит уменьшение световой энергии, образующей
центральное изображение толп, т. е. энергии, воплощенной в спектре
пулевого порядка. Сумма световых энергий, заключенных в централь-
ном пзображещш щели (спект-
ре пулевого порядка) и в бо-
ковых полосах (спектрах выс-
ших порядков), равна пол-
ной световой энер] пи, созда-
ющей дифракционную карти-
ну, поэтому всякое измене-
ние (например, увеличение)
интенсивности боковых полос
обусловливает со от ветству ю-
щес обратное изменение (на-
пример, уменьшение) интен-
сивности центрального изо- Рис. 202. Относительные интенсивности нифрак-
бражешш шели. Отношение цпоппых спектров различных порядков как
между интенсивностями дан- функции аргумента 1-^
пых изображений при посто- * k
янпой энергии светового из-
лучения зависит от интенсивности ультразвуковых колебаний в жидкости.
Возрастание последней приводит к увеличению интенсивности боковых
полос и к уменьшению интенсивности центрального изображения.
Для длинных ультразвуковых волн (порядка Х = 0,1 мм) отношение интенсив-
ностей дифракционных спектров m-го и тг-го порядков можно выразить формулой 71:
J Лг
J-m__
(252)
^rLn
где Jm и Jn — функции Бесселя m-го и /г-го порядков от аргумента "у— , в котором
к
длппа волны света; пг — амплитуда изменения показателя преломления жидкости
при прохождении в ней ультразвуковой волны, зависящая от амплитуды последней;
I—глубина ультразвуковой решетки в направлении распространения света (длина
кварцевой пластины в направлении света). В частности,
пости спектра нулевого порядка
отношению к пнтспсив-
по
т JS.
•* m
На рис. 202 приведены кривые зависимости от
о
In
ствуют экспериментальным кривым при —- < 0,383.
к
Интенсивность спектра нулевого порядка
1И1
Ъ
Оип хорошо соотвст-
где к—коэффициент пропорциональности.
239
В том случае когда в жидкости нет ультразвуковых колебаний = 0 и вся
световая энергия, проходящая через жидкость, сосредоточена в спектре нулевого
порядка п дает интенсивность I, к=1:
(253)
Соответственно световая энергия, сосредоточенная в спектре первого, второго
п более высоких порядков, определится интенсивностью:
—р
На кварцевую пластину, находящуюся в жидкости, поступает ультра-
звуковое напряжение (от специального генератора), модулированное
напряжением, соответствующим записываемому сигналу. Частота ультра-
200 ЬОО 600 кгц
Рис.' 203. Резонансная кривая ко-
леблющейся кварцевой пластины
дифракционного модулятора света
Рис. 20z«. Частотная характеристика
дифракционного модулятора света
звуковых колебаний отвечает резонансной частоте кварцевой пластины.
Среда (жидкость) обусловливает определенное затухание колебаний квар-
цевой пластины, что выражается в сглаживании резонансного пика
кривой амплитуд ее колебаний. От характера данной резонансной кри-
вой кварцевой пластины зависит частотная характеристика модулятора
света.
Установлением достаточно большого декремента затухания кварце-
вой пластины обеспечивается практически неискаженная передача частот
записываемых колебаний (полоса пропускаемых частот тем шире, чем
больше декремент затухания кварца). В особенности хорошо могут быть
переданы частоты звукового диапазона как сравнительно низкие. На рис.203
и 204 представлены резонансная кривая колеблющейся кварцевой пласти-
ны и соответствующая ей частотная характеристика модулятора света
(осуществленного Харнзоменовым)73а.
При подаче на кварцевую пластину модулированного напряжения
Е = Ео (1-J т cos Q/) cos <dZ,
где io — частота колебаний кварца; Q—звуковая частота модуляции
и т—коэффициент модуляции, в жидкости возникает стоячая модулирован-
ная ультразвуковая волна, и интенсивность центрального изображения
и боковых полос изменяется в такт с изменениями поданного па кварц
напряжения.
Для целей модуляции света может быть использовано изменение интен-
сивности как центрального изображения щели (спектра нулевого порядка),
так и той или иной боковой полосы или ряда полос (спектров высшего
240
порядка). В последнем случае необходимо применить диафрагму с пере-
мычкой, которая прикрывала бы центральное изображение щели.
На рис. 205 показаны теоретические характеристики изменения ин-
тенсивности спектра нулевого порядка п суммы интенсивностей всех спек-
тров высших порядков. Экспериментальные характеристики интенсивностей
при использовании спектра нулевого порядка и высших порядков для
белого света приведены на рис. 206 (получены Качеровичем). Центральное
изображение обычно имеет большую интенсивность и более широкий диа-
пазон линейного изменения этой интенсивности, чем боковые полосы, по-
этому именно это изображение целесообразно использовать для фотогра-
фической записи. При установке дополнительной диафрагмы с вырезом,
Рис. 205. Теоретические (вы-
численные) характеристика
дифракционного модулятора
свега для монохроматического
света
Рис. 206. Экспериментальные свето-
вые характеристики прп использо-
вании спектра нулевого порядка 70
и высшпх порядков (7П /2)
освещаемым центральным изображением щелп, на кинопленке образуется
пишущий штрих нужных размеров. Путем модуляции записываемым
сигналом звуковой частоты, ультразвуковых колебаний кварцевой пла-
стины, получаемых с помощью специального генератора и имеющих ча-
стоту обычно порядка 5-106—107 гц, достигается модуляция освещенности
пишущего штриха п образование фонограммы переменной плотности на
кинопленке.
С помощью дифракционного модулятора света можно осуществлять также фото-
графическую запись по поперечному методу.
Поперечная запись с помощью дифракционного модулятора на ультразвуковых
колебаниях может быть осуществлена следующими способами:
1. Устанавливается такая интенсивность ультразвуковых колебаний в жидкости
(сила ультразвука), прп которой почти вся световая энергия сосредоточена в боковых
полосах, т. е. в спектрах высшпх порядков, а интенсивность спектра нулевого порядка
близка к нулю (практически она не может быть уменьшена до нуля). Модуляция звуко-
выми колебаниями ультразвукового напряжения в этом случае приводит к такому
перераспределению световой энергии в области боковых полос, которое равносильно
изменению ширины этой области. Изображая эту область в форме пишущего штриха,
тем самым становится возможным изменять действующую его длину в соответствии
с модулируемым напряжением на обкладках кварцевой пластины.
Для этой цели нужно применить в оптической системе цилиндрическую линзу
для уменьшения изображения высоты боковых полос до требуемой ширины пишущего
штрпха (рис. 207).
Используя одну из боковых областей (правую илп левую), можно получпть одно-
стороннюю поперечную запись, а используя обе боковые области (с погашением
центрального изображения илп спектра нулевого порядка),—двустороннюю попереч-
ную запись.
16 в. А. Бургов
241
2. Изменение действующей длины пишущего штриха (полученного так, как это
указано в предыдущем случае) осуществляется путем частотной модуляции ультра-
звуковых колебаний в жидкости. Выше мы видели, что ширина области боковых полос
в целом и расстояние между отдельными спектрами высших порядков, в частности, зави-
сят от частоты ультразвуковых колебании. На этом основании изменение частоты
п длины волны ультразвуковых колебаний в жидкости приводит к соответствующему
изменению длины пишущего штриха и к образованию поперечной фонограммы на
кинопленке.
Поперечная запись, осуществляемая дифракционным модулятором света, усту-
пает по своему качеству интенсивной записи, производимой тем же модулятором, так
как пишущий штрих при этом методе записи имеет неравномерную освещенность в на-
правлении своей длины, и вместо чисто поперечной записи получается смешанная
интенсивно поперечная запись.
Рис. 207. Оптическая схема установки для получения поперечной
записи с помощью дифракционно! о модулятора света: L—источник
света; К—конденсор;!)—диафрагма; О—сосуд с жидкостью и квар-
цевой пластиной; Оъ и О2—объективы; С—цилиндрическая линза
Дифракционный модулятор света на ультразвуковых волнах обеспе-
чивает достаточно большую глубину световой модуляции п может иметь
значительную светосилу (в качестве источника света может быть приме-
нена угольная вольтова дуга высокой интенсивности пли ртутная лампа
высокого давления), что выгодно отличает его от других электрооптиче-
ских модуляторов света. Недостатками дифракционного модулятора света
являются сравнительная сложность устройства и не очень высокая ста-
бильность его действия.
§ 44. ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА
И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ СВЕТА
Для модуляции света с целью фотографической записи может быть
использована флуоресценция некоторых веществ, возникающих под дей-
ствием электронной бомбардировки. Практически это достигается с по-
мощью электроннолучевой трубки, общая схема которой представлена на
рис. 208. Электроннолучевая трубка состоит пз стеклянного сосуда с до-
статочно высоким вакуумом (порядка 10'5 alm 11g). Передняя стенка труб-
ки изнутри покрыта тонкпм слоем катодо люминофор а, который образует
флуоресцирующий экран. На противоположной стороне внутри трубки
размещен электронный прожектор, имеющий целью создание узкого пучка
электронов, падающих на экран, и модуляцию электронного потока.
Источником электронов является подогревный катод. С катода электроны
вылетают широким пучком и в дальнейшем фокусируются с помощью
электронного прожектора. Электронный прожектор состоит пз ряда элек-
тродов, между которыми имеются различные напряжения. Расположение
этих электродов и различные напряжения на них создают сложное электро-
статическое поле, которое для электронов, вылетающих с катода, играет
роль ряда электростатических линз. Путем изменения напряжения на
242
имеющихся электродах можно производить модуляцию тока (электрон-
ного потока) или модулировать положение узкого электронного пучка,
падающего на экран, при постоянном токе.
Модуляция электронного потока осуществляется путем изменения
потенциала диафрагмы управляющего электрода, через которую прохо-
дят вылетающие с катода электроны. Этот ток проходит сначала через пер-
вый анод, затем через второй анод и падает на флуоресцирующий экран.
Второй анод является основным ускоряющим электродом.
Фокусировка электронного пучка, падающего на экран, осуществляет-
ся с помощью электрических (электростатических) плп магнитных линз,
проектирующих на экран изображение части катода. Обычно применяются
две электростатические линзы. Одна из них находится в пространстве
Отклоняющие
W-Чпр. электрод ^'Первый анодД пластины^
Флуоресцирую-
щий. экран-
К-катод
Д2-Второй анод
Рпс. 208. Общая схема электроннолучевой
трубки с катодолюмипофором
между катодом п первым анодом, а вторая—между первым и вторым ано-
дами. В случае применения магнитной фокусировки отпадает необходи-
мость применения первого анода с его диафрагмой, ограничивающей элек-
тронный поток (для целей фокусировки используется также наполнение
трубки инертным газом до давления примерно 10-3 мм Hg).
При электростатическом отклонении электрического пучка обычно
на пути его к экрану уже после фокусировки устанавливаются дополни-
тельные отклоняющие пластины (например, две пары пластин, перпен-
дикулярно расположенных друг к другу). Путем соответствующего распо-
ложения и силы электростатических линз и модуляции напряжения на
управляющем электроде или дополнительных отклоняющих пластинах
достигается изменение плотности электронного потока, падающего на экран,
при сохранении постоянной площади электронного пятна на экране или
изменение площади пятна при сохранении постоянной плотности электрон-
ного потока в его пределах. Первый случай (изменение потенциала на
управляемом электроде) соответствует интенсивной, а второй (изменение
потенциала на отклоняющих пластинах)—поперечной записи звука.
Принципиально могут иметь место следующие способы фотографиче-
ской записи с помощью электронного пучка:
1. Электронный пучок в форме пишущего штриха непосредственно
воздействует на светочувствительную эмульсию и вызывает фотографиче-
ское почернение, которое определяется числом падающих на эмульсию
квантов энергии.
2. Электронный пучок предварительно воздействует на флуоресци-
рующий слой (экран), вызывая в нем свечение, которое образует пишу-
щий штрих на кинопленке.
Прп обоих способах модуляция электронного потока в форме моду-
ляции интенсивности или длины пишущего штрпха (обусловливающая
образование на кинопленке фонограммы переменной плотности пли попе-
речной фонограммы) осуществляется путем изменения потенциала на
управляющем электроде или отклоняющих пластинах электроннолуче-
вой трубки. Практическое осуществление первого способа фотографиче-
ской записи с помощью электронного пучка требует: 1) введения свето-
16* 243.
чувствительного материала в вакуум электроннолучевой трубки или
устройства в последней специального окна, покрытого тонким листком
алюминия пли целона, для выпуска электронного пучка наружу (так назы-
ваемое Ленардово окно; в этом случае фотографическая эмульсия непо-
средственно примыкает к данному окну); 2) применения фотографического
материала ультравысокой чувствительности; 3) напряжения на аноде
электроннолучевой трубки не менее 60 кв (при применении кинопленки
ультравысокой чувствительности).
На рпс. 209а и б приведены кривые зависимости фотографической плот-
ности D прп кратковременных экспозициях (10-5-f10"8 сек.) от плотности
заряда q прп различных значениях ускоряющего анодного напряжения
Рис. 209а. Фотографическая плотность, созданная
электронахмп прп кратковременных экспозициях
(10~54-!(‘~8 срк.) в функции плотности заряда п
ускоряющего напряжения (по Стекольникову)
Рис. 2096. Фотографиче-
ская плотность при элек-
тронном фотографировании
(построено по кривым
рис. 209а)
для случая внутрпвакуумного фотографирования736 (пленка пзохром с чув-
ствительностью 130 по ГОСТ).
Электронный поток, илп ток, есть скорость изменения заряда. При рав-
номерном изменении заряда во времени электронный поток, пли ток, равен
заряду, деленному на время. Он представляет собой количество электро-
нов, перенесенных в единицу времени. Мощность электронного пучка
определяется произведением тока пучка на ускоряющее его напряжение.
Плотность тока есть ток на единицу поверхности сечения пучка и плотность
заряда—заряд на единицу поверхности. Каждый электрон, будучи ускорен
•одинаковым напряжением, приобретает определенную одинаковую энер-
гию и воздействует на эмульсию (или люминофор) независимо от других
электронов. Следовательно, увеличение количества электронов на единицу
поверхности, т. е. увеличение плотности тока или заряда и увеличение пх
энергии путем повышения ускоряющего напряжения, приводит к большему
‘фотографическому эффекту.
Способ записи путем внутрпвакуумного фотографирования хотя прин-
ципиально и может быть использован, но практическая реализация его
связана с большими эксплуатационными затруднениями и неудобствами (в
‘частности, при ном невозможно контролировать фокусировку электронного
пучка в форме пишущего штриха). По указанной причине наибольшую
^перспективу для практического применения имеет второй способ записи;
'244
в котором используется свечение флуоресцирующего экрана под блйя
нием электронного пучка (электронной бомбардировки). Этот способ
может быть реализован в двух различных видах:
а) светочувствительная кинопленка располагается в непосредственной
близости к флуоресцирующему экрану, нанесенному на стекло или цел-
лулоид (контактная фотографическая запись);
б) светочувствительная кинопленка располагается на некотором рас-
стоянии от флуоресцирующего экрана, и для образования пишущего
штриха на ней используется оптическая система (объектив) (внешняя фото-
графическая запись).
Первый вид записи дает возможность в значительно большем степени,
чем второй, использовать энергию электронного пучка, но зато прп нем
трудно получить резкие очертания пишущего штриха нц кинопленке.
Преобразование кинетической энергии электронов в. световую энер-
гию, действующую на светочувствительную эмульсию, производится
с помощью специальных веществ, называ-
емых люминофорами.
К люминофорам экрана для целей фото-
графической записи должны быть предъявле-
ны следующие требования:
1) инерционность свечения в форме вре-
мени послесвечения для возможности неиска-
женной передачи колебаний высокой звуко-
вой частоты не должна быть больше 10'4 сек.;
2) интенсивность (яркость) свечения
должна быть достаточно большой для полу-
чения фотографического следа на кинопленке;
3) спектральный состав излучения дол-
жен отличаться высокой фотографической
актиничностью для выбранного сорта кино-
пленки (соответствовать спектральной ха-
рактеристике кинопленки);
4) световая характеристика должна быть
практически прямолинейной в широком ди-
апазоне изменения уровней сигнала;
Рис. 210. Кривые зависимости
яркости некоторых люминофо-
ров от ускоряющего напря-
жения U: 1—ZnSAg;
2—ZnSCu; 3—ZnCdSCu;
4—ZnSCs; 5—ZnSCd;
6—Zn2SiO4idn, 7—MgWO4;
8—CaWO4 (два обравца)73в
5) световая отдача (сила света на 1 втп) должна быть по возможности
более высокой;
6) стабильность свечения во времени должна быть высокой (отсут-
ствие утомляемости, сведение до минимума теплового эффекта и явления
выгорания от электронной бомбардировки).
Требованию малой инерционности свечения в наибольшей мере
отвечают люминофоры, относящиеся к так называемой группе вольфрама-
тов, как, например, вольфрамат кальция (CaWO4), светящийся синим
светом (спектральный максимум в области световых волн длиной около
0,41 pi) и имеющий время послесвечения примерно 10"5 сек.; вольфрамат
кадмия (CdWO j, имеющий спнезеленое (голубоватое) свечение (спектраль-
ный максимум в области длин волн 0,43 р) и время послесвечения тоже
порядка 10"5 сек. и др.
С точки зрения интенсивности (яркости) свечения п светоотдачи не-
превзойденными являются люминофоры, принадлежащие к группе
сульфидов: сульфиды цинка и кадмия. Из этой последней группы для
целей фотографической записи можно выделить, например, люминофор
ZnSAg (сульфид цппка- с добавкой серебра), светящийся синим светом
и имеющий сравнительно небольшое время послесвечения. Но все же
время послесвечения данного люминофора, равное примерно 10'3 сек/,
245
мало для целен фотографической записи звука. Применяя другие акти-
ваторы (вместо серебра) п специальную обработку люминофоров ряда
ZnS, это время может быть доведено до 10"4 сек. и даже меньшей вели-
чины. Следовательно, люминофоры группы сульфидов являются наи-
более выгодными для фотографической записи звука.
Яркость свечения того плп иного люминофора под влиянием элек-
тронной бомбардировки может быть выражена формулой:
B = AJ (U — U0)n, (254)
где J — плотность тока электронного пучка (количество электронов, падаю-
щих в единицу времени на площадку в 1 см2)] U — ускоряющее напря-
£7=7 кв
U=b кв
£7=5 кв
1—Zn2SiO4Mn
2— CaWO4
3—[Zn, Cd]S
4—CaWO4
5—CavVO4
6—[Zn, Bc]2SiO4Mn
7—Zn2SiO4Mn
8—Zn2SiO4Mn
9—Zn2SiO4Mn
10— [Zn, Cd]SAg
7I-ZnSAg
12—CavVO4
£7S=5,5 кв
74 £7S=4,3 кв
Us=4,97 кв
Us—потенциал экрана
£7=2 кв ’
C7=10 кв
и=2 кв 75
£7=10 кв .
L‘=l кв
£7=10 кв
£7=4,5 кв 76
кв
U=4,5 кв (
Рпс. 211. Кривые зависимости яркости от плотности тока при постоянном ускоря-
ющем напряжении для различных люминофоров (по данным различных авторов).
Сплошная линия—поведение люминофора под развернутым, а пунктирная—под
неподвижным электронным лучом. Ординаты не отвечают действительным соотно-
шениям яркостей. Сравнима только форма кривых в смысле отклонения пх от пря-
мой пропорциональности (от продолженных прямолинейных участков кривых, по-
казанных на рисунке)
жение между флуоресцирующим экраном п катодом трубки (в воль-
тах); Uo — потенциал порога люминесценции (в вольтах; близок к 0);
А—постоянная (прп п—1 — световая отдача в свечах па ватт пли в сб • см2/вт);
п — постоянная (отвлеченное число), зависящая от рода люминофора;
Увеличение яркости В при возрастании энергии электронов происхо-
дят более резко прп больших энергиях последних, чем при малых. Сле-
довательно, п зависит пе только от рода люминофора, но и от ускоряю-
щего напряжения. Так, например, для экрана из ZnSAg п ==2,8 при
U > 10 кв] для экрана пз CaWO4 п = 2 при U = 5 кв.
На рпс. 210 приведены кривые зависимости яркости некоторых лю-
минофоров от ускоряющего напряжения С775. Как видно пз этих кривых,
в пределах от 4 до 22 — 36 кв между яркостью В и ускоряющим на-
пряжением U существует линейная зависимость. Яркость должна быть
пропорциональна плотности тока. Зависимость яркости от плотности
тока является линейной, как показывают кривые рпс. 211, только
246
Рис. 212а. Крпвыр спектрального излучения
сульфида цинка, активированного цинком,
серебром, золотом, медью и марганцем (по
Москвину):
1—ZnSAg: 2—ZnSZn; 3—ZnSAu;
4—ZnSCu; 5—ZnSMn
до определенных значений плотности тока, после чего наступает насы-
щение. Данное предельное значение плотности тока зависит от рода
люминофора и увеличивается с возрастанием напряжения. Зависимость
яркости от плотности тока для неподвижного и развернутого электрон-
ного пучка (луча) имеет различные значения. С увеличением скорости
движения электронного пучка эффект насыщения тока резко уменьшается.
Спектральный состав излучения сульфида цинка ZnSAg и воль-
фрамата кальция CaW04 выражен кривыми, приведенными на
рис. 212а п б74. Несмотря на
расположение спектрального
максимума излучения для ука-
занных катодолюминофоров в
фиолетовой п синей областях
спектра, все же довольно ощу-
тимая энергия падает и на зеле-
ную и даже желтую (для вольф-
раматов) области спектра. Сле-
довательно, прп их использова-
нии для фотографирования (но
не для фотографической запи-
си) целесообразно применение
ортохроматических и панхрома-
тических эмульсий.
На рис. 213а и б "приведены
кривые зависимости фотографи-
ческой плотности от флуоресцен-
ции, вызванной электронным
ручном прп коротких экспози-
циях (1СНч-10'8 сек.), от плот-
ности заряда и ускоряющего
анодного напряжения. (Флу-
оресцирующее вещество экрана
ZnSAg, дающее синее свече-
ние; пленка пзохром чувстви-
тельностью 130 по ГОСТ 736.)
Световая отдача люминофо-
ра (коэффициент полезного дей-
ствия) определяется отношением
силы света экрана в свечах к
единице подведенной мощности
в ваттах — в форме произведения
тока электронного пучка на ус-
коряющее напряжение. ZnSAg
имеет среднюю световую отдачу
порядка 0,9—1,2; вольфрамат
кальция 0,14 — 0,18 и вольфра-
мат кадмия 0,2 — 0,33 (при ускоряющем напряжении 6 кв). Световая отдача
зависит от ряда факторов, в том числе и от ускоряющего напряжения U.
На рис. 214 показано изменение светоотдачи ZnSAg в зависимости
от ускоряющего напряжения 74.
Как впдпи из кривой рпс. 214, прп U = 10 000 в достигается светоотдача ZnSAg
примерно 4 cafem. Если взять электронный пучок с плотностью тока 1 мка/см2 л
ускоряющее напряжение 10 кв, то подведенная мощность на единицу площади будет
10 мет!см2 и сила света 0,04 св/см2 или яркость 0,04 сб.
Сокращая сечение электронного пучка до размеров пишущего штрпха 2,5 мм%
ХО,О2 лл€ = 50-10~5 см2, получаем яркость 80 сб. Прп ускоряющем напряжении
Рис. 2126. Спек1ральпый состав излучения
вольфраматов металлов второй группы пе-
риодической системы (по Москвину):
l-SrWO4, 4—ZnWO4,
2—CaWO4, 5—MgWO4
<3—Cd\VO4,
247
Рис. 213а. Фстгграфи-
ческая плотность от флу-
оресценции, вызванной
электронами при корот-
ких экспозициях (10“5-=-
-h 10“8 сек.) в функции
плотности заряда уско-
ряющего напряжения;
а—контактная запись;
Ь—фотокамера с линзой
(относительное отвер-
стие 1 : 1.8); масштаб
изображения 1 : 1
Рис. 2136. Плотность при фото-
графировании с флуоресцирующе-
го экрана контактным способом
(построено по кривым рис. 213а)
Рис. 214. Изменение световой от-
дачи люминофора ZnSAg в за-
висимости от ускоряющего напря-
жения (плотность тока от 0,1 до
2 MhafcM2)
Рпс. 215. Схема фотографирования экрана объекти-
вом О: 5,—площадь экрана; So и S'o —площади вход-
ного и выходного отверстий объектива; Sn—площадь
изображения экрана; 3—коэффициент увеличения
объектива
248
порядка 6 кв, когда светоотдача ZnSAg имеет значение примерно 0,6—0,7, яркость
будет равной приблизительно 12 сб.
В общем случае для ориентировочных подсчетов можно пользовать-
ся форхмулой:
B = ±IUn,
где / — ток; *5 — площадь сечения электронного пучка; к — светоотдача
(в св/вт).
По сравнению с CaWO4, ZnSAg отличается большей температуро-
устойчивостью свечения.
Способ фотографической записи с люминофором, бомбардируемым
электронным потоком, обусловливает значительно большие потери энер-
гии (в особенности способ внешней фотографической записи), чем способ
непосредственной записи электронным пучком, падающим на кинопленку.
Большая часть светового излучения, создаваемого люминофором, те-
ряется в материале экрана, его стеклянном основании, в желатине фото-
графической эмульсии; прп внешней фотографической записи только
малая часть светового потока попадает в объектив. Все это приводит
к тому, что используется лишь незначительная часть энергии электрон-
ного пучка. Наибольшее использование энергии электронного пучка имеет
место при электронном внутривакуумном фотографировании, затем сле-
дуют способы: фотографирование через Ленардово окно, контактное фо-
тографирование и фотографирование с помощью объектива.
Прп фотографировании с помощью объектива (рпс. 215) световой по-
ток, поступающий в объектив и падающий на кинопленку, может быть
представлен выражением (полагаем, что внутри объектива не происходит
световых потерь):
pBS3S0 PBS'»Sn
Г =-----9- ~ ---9--
т2 mf
где В—яркость флуоресцирующего экрана; т—расстояние между объек-
тивом и экраном; 5Э—светящаяся площадь экрана; 50 и 6*6—площади вход-
ного и выходного отверстий объектива; р—коэффициент потерь, обусловлен-
ных дном электроннолучевой трубки; —расстояние от объектива (сред-
ней плоскости) до кинопленки; Sn—площадь изображения на пленке.
Отношение освещенностей экрана п кинопленки на основании (255)
(полагая 50=56) будет равно:
где р—коэффициент увеличения объектива.
Используя свечение люминофора под влиянием падающего на него
светового пучка, принципиально можно получить как фонограмму пере-
менной плотности, так и поперечную фонограмму. Последняя осущест-
вляется путем отклонения электронного пучка электрическим пли ма-
гнитным полем, напряженность которого изменяется по закону записы-
ваемого сигнала.
В том случае когда один и тот же электронный поток распределяется па различную
площадь, одновременно происходит изменение яркости штрпха; это изменение яркости
штриха должно компенсироваться подачей соответствующего напряжения на управ-
ляющий электрод.
В случае интенсивной записи, когда имеет место неподвижный электронный пучок,
может быть достигнута большая яркость свечения, чем в случае поперечной записи,
когда имеют дело с движением электронного пучка. Но, с другой стороны, прп интен-
сивной записи имеют место относительно большие нелинейные искажения, создавае-
мо
мые люминофором. О пн в большей степени зависят от выбора напряжения смещения
на управляющем электроде и амплитуды модулированного напряжения.
На рис. 216а приведена схема электроннолучевого устройства для фотографиче-
ской записи (предложенного Тагером)77. Данное устройство состоит из двух электриче-
ски связанных между собой электроннолучевых трубок Тг и Т2. Электронные про-
жектора трубок А'1ИЛ1А1 и K2W2A2 образуют электронные лучи, которые отклоняют-
ся парами пластин U^F^ и LT2F2. На данные отклоняющие пластины от одного гене-
ратора G синхронно и спнфазно подаются прямоугольные импульсы, частота которых
значительно превышает частоту записываемых звуковых колебаний. На флуоресцпрую-
Рпс. 216а. Электроннолучевое устройство для
фотографической записи (предложенное Тагером)
Рпс. 2166. Формы вырезов диафрагмы и соответствующие
виды фонограмм
щем экране Е трубки Т2 об разуется светящаяся линия, играющая рол ь освещенной
механической щели. Данная линия в форме пишущего штрпха изображается объекти-
вом О на кинопленке Р.
Управляющая трубка 7\ вместо флуоресцирующего экрана содержит диафрагму
Р,,имеющую тот плп иной вырез. Эта диафрагма соединена с источником питания С. За
диафрагмой Dx расположена сигнальная пластинка Q, входящая в цепь источника пита-
ния С" и нагрузки Z. Когда на данный-сигнальный электрод не падает электронный луч
(который не попадает в вырез диафрагмы Z>i), в указанной цепи нет тока и пет падения
напряжения на нагрузке Z. В этом случае разность потенциалов между управляющим
электродом W2 и катодом К2 в трубке Т2 равна напряжению источника питания С',
вследствие чего электронный луч является запертым, и экран Е пе светится. Когда
жэ прп развертке генератором G электронный луч в трубке 7\ проходит через диафраг-
му Dy и падает па сигнальный электрод Q, в цепи последнего образуется ток. Образую-
щееся прп этом падение напряжения на нагрузке Z отпирает электронный луч в труб-
ке <Т2, и экран Е в соответствующих местах прямолинейной развертки начинает
светиться.
< На вторую пару отклоняющих пластин в трубке Т\ подается напряжение
от микрофонного усилителя. Это напряжение вызывает колебания линии следа элек-
тронного луча вверх и вниз по диафрагме Dlt создавая эффект, подобный тому, какой
пмеет место при колебаниях изображения диафрагмы по механической щелп в случае
применения светомодулпрующсй системы с зеркальным гальванометром.
Применяя диафрагмы с различными вырезами, можно осуществить в цепи сиг-
нального электрода Q и на нагрузке Z электрическую модуляцию прямоугольных им-
пульсов по различным методам. Модулированные по тому или иному методу прямо-
угольные импульсы на нагрузке Z будут- отпирать электронный луч в трубке Т2 п соот-
ветственно модулировать длину светящегося отрезка линии развертки на экране Е.
250
Длина данного отрезка будет равна длине линии пересечения выреза в диафрагме
с линией следа электронного луча в трубке
Таким образом, путем изменения выреза диафрагмы с помощью данного элек-
троннолучевого устройства можно получать различные виды фотографических фоно-
грамм. На рис. 2166 показаны диафрагмы с различными вырезами и соответствующие
виды фонограмм. В этом отношении существует полная аналогия между данным
электроннолучевым устройством и светомодулирующпм устройством с зеркальным
электромеханическим модулятором света, оптическая схема которого приведена
на рис. 131.
Пример.
Изложим методы получения поперечных фонограмм различных видов с шумо-
понижением применительно к одной электроннолучевой трубке с электростатическим
Рис. 217. Напряжения, подаваемые к отклоняющим
пластинам 1 и 2, и соответствующие виды фонограмм на
кинопленке
(Заштрихована зона почернения)
Позитив
(Заштрихована зона почернения)
отклонением электронного пучка (предложены и исследованы Лауфером78). При их
использовании двусторонняя и противофазные (по различным классам) поперечные
фонограммы получаются путем подведения к отклоняющим пластинам электронно-
лучевой трубки соответственно модулированного по амплитуде пилообразного напря-
жения (рис. 217, а и б). Пилообразное напряжение сверхзвуковой частоты создается
высокочастотным генератором и модулируется напряжением звуковой частоты от
усилителя записи и ее огибающей от шумопонижающего устройства в специальном
электрическом модуляторе, позволяющем получать различные виды амплитудной
модуляции пилообразного напряжения п соответственно различные виды фонограмм.
Путем изменения полярности шумопонижающего напряжения можно получать как
негативные, так и позитивные фонограммы.
Длина светового штриха па экране трубки при постоянном анодном напряжении
определяется суммарным напряжением па отклоняющих пластинах. Но при этом в про-
цессе модуляции длины светового штриха изменяется также яркость последнего, ибо
происходит изменение электронного потока по площади, поэтому дчя получения
постоянной яркости штриха при модуляции его длины на управляющий электрод
трубки подается в соответствующей фазе компенсирующее суммарное напряжение. При
двусторонней записи с шумопонижением компенсирующее напряжение представляется
в виде соответствующих напряжений звуковой частоты и огибающей. При противофаз-
ной записи по классу А—в виде только лишь соответствующего напряжения огибающей.
Для получения мпогозубчиковой фонограммы па управляющий электрод трубки от
специального электрического устройства подаются высокочастотные импульсы, моду-
лированные по ширине колебаниями звуковой частоты и ее огибающей, а на отклоняю-
щие пластины трубки—пилообразное напряжение (рпс. 218).
На управляющий электрод, кроме того, подается такое напряжение смещения,
которое при отсутствии импульсов запирает ток электронного луча. В этом случае прп-
251
ЕШИШ
Рис. 218. Схема получения
многозубчнковой фонограм-
мы с помощью электронно-
лучевой трубки
ходящие импульсы отпирают трубку, причем длительность ее действия определяется
модуляцией импульсов по ширине. Прп одновременной подаче па управляющий элек-
трод и отклоняющие пластины указанных, соответственно подобранных напряжений
(прямой ход электронного луча) на экране трубки возникает светящийся штрих—пунк^
тир, т. е. ряд разделенных друг от друга частных световых штрихов. При широтно-
импульсной модуляции звуковой частотой и огибающей звуковой частоты происходит
соответствующее изменение длины этих световых штрихов. Эти штрихи несколько сдви-
нуты между собой по фазе соответственно времени пробега электронного луча. Умень-
шение влияния данного фазового смещения на отдачу высоких частот производится
соответствующим подбором частоты развертки. Количество элементарных световых
штрихов, т.е. число дорожек фонограммы, равно отно-
шению частоты импульсов к частоте развертки.
Данный метод получения многозубчнковой фоно-
граммы не требует применения компенсирующего на-
пряжения для получения постоянной яркости штрихов,
как это имело место р вышеописанном методе получения
поперечных фонограмм других видов.
Переход от негативной к позитивной фонограмме
при любом числе дорожек осуществляется также изме-
нением полярности шумопонижающего напряжения.
С помощью электроннолучевых модулято-
ров света можно также осуществлять запись
сигнала путем развертки его в самой трубке
(а не путем движения кинопленки) на флуоре-
сцирующем экране и фотографирования послед-
него па неподвижный фотослой.
Так, например, существует способ фотографиче-
ской записи электроннолучевым модулятором света,
прп котором на экране осуществляется спиралеобразная
развертка записываемого сигнала в форме движения по спирали модулированного по
интенсивности электронного пятна. На флуоресцирующем экране происходит соот-
ветствующее спиралеобразное смещение модулированного по яркости светового пят-
на. Экран фотографируется с помощью объектива на неподвижный фотослой в форме
круглого диска. В результате фотодиск будет иметь фотографическую запись сиг-
нала, развернутую по спирали наподобие механической записи граммофонной пла-
стинки. Воспроизведение сигнала с фотодпека осуществляется также с помощью
электроннолучевой трубки. Для этой цели по экрану трубки создается спиралеоб-
разное движение электронного пятна постоянной интенсивности. Экран изобража-
ется объективом па фото диск, за которым расположен фотоэлемент. Движущееся
по спирали световое пятно последовательно просвечивает фонограмму на фото диске,
обусловливая тем самым изменение лучистого потока, падающего на фотоэлемент,
соответственно записываемому сигналу79.
Можно указать на следующие достоинства электроннолучевых моду-
ляторов света с люминофорами:
1. Практическая безинерционность при соответствующем подборе
люминофора (наличие достаточно хорошей частотной характеристики
и устранение переходных процессов, свойственных электромеханическим
модуляторам света).
2. Упрощение усилителя записи ввиду отсутствия необходимости
применения мощного каскада усиления (модуляция осуществляется изме-
нением потенциала управляющего электрода илп потенциала отклоняю-
щих пластин) пли даже в случае интенсивной записи—уменьшения числа
каскадов в усилителе записи.
3. Возможность осуществления различных видов фотографической
записи (видов фотографических фонограмм).
4. Действие без дополнительного источника света и возможность
установления (путем подбора люминофора) желаемой спектральной харак-
теристики светового излучения.
5. Возможность получения развертки записываемого сигнала на
экране трубки.
252
Основными недостатками модуляторов света для фотографической
записи, использующих свечение люминофора под влиянием электронного
пучка, являются:
1) необходимость относительно высоких напряжений для питания
электроннолучевой трубки, обычно измеряемых киловольтами;
2) сравнительно малая яркость свечения люминофора (ввиду ограни-
чения плотности тока), что не даст возможности использовать низкочув-
ствптельные мелкозернистые кинопленки для фотографической записи;
3) непостоянство яркости свечения вследствие утомления и выгорания
флуоресцирующего экрана;
4) нелинейность электрической (вольтамперной) характеристики;
5) сложность в эксплуатации.
§ 45. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВЕТОМОДУЛПРУЮЩПХ
УСТРОЙСТВ
Качество того или иного светомодулирующего устройства для записи
Сигнала определяется главным образом качеством того модулятора света,
который применен в данном устройстве.
Сравнивая между собой (с точки зрения основных характеристик)
светомодулпрующие устройства с различными модуляторами света на
современном этапе их развития, получим данные, представленные
в табл. XIII.
Рассмотрим по отдельности каждую характеристику светомодулирую-
щего устройства с тем пли иным модулятором света.
1. Светосила (определяемая значением освещенности пишущего штри-
ха на кинопленке).
Наибольшую светосилу обусловливают те модуляторы света, кото-
рые требуют дополнительного источника света. Для этих модуляторов
света при постоянной максимальной используемой апертуре изображаю-
щего объектива светосила светомодулирующего устройства определяется
исключительно яркостью используемого постороннего источника света.
Большие световые потери в ячейке Керра, обусловленные наличием
двух поляризационных призм, требуют для увеличения светового потока,
падающего на кинопленку, источника света повышенной яркости и увели-
чения размеров поляризационных призм.
Лампа тлеющего разряда в обычном аномальном режпме обусловли-
вает максимальную яркость, недостаточную для интенсивной фотографи-
ческой записи па специальных низкочувствительных мелкозернистых
кинопленках. Использование затрудненного тлеющего разряда и полого
катода дает возможность значительно повысить светосилу светомодули-
рующего устройства по сравнению с аномальным режимом, но не настоль?
ко, чтобы можно было применять малочувствительные мелкозернистые
эмульсии. Кроме того, затрудненный тлеющий разряд приводит к сокра-
щению срока службы лампы.
Электроннолучевые модуляторы света с катодолюмппофорамп имеют
настолько малую светосилу, что при пх применении необходимо исполь-
зование высокочувствительных кинопленок пли весьма больших значений
напряжения питания (ускоряющего напряжения).
2. Частотная характеристика.
Достаточно хорошая частотная характеристика в требуемом диапазоне
звуковых частот (50—8000 гц) может быть достигнута во всех модулято-
рах света: в электромеханических модуляторах света—путем соответст-
вующего установления механической колебательной системы и условий
253
Таблица XIII
Сравнительная характеристика свстомодулирующпх устройств
для записи
№ п/п Характеристики светомодулиру тощих устройств Модуляторы света
электромехани- ческие модуля- торы света электрооптические модуляторы света Электроннолучевые модуляторы света с катодолюмипофора ми
магнито- электрический электромагнит- ный лампа тлеюще- го разряда ячейка Керра дифракционный модулятор све- та
1 2 3 4 о 6 7 8 9 10 11 12 Светосила Частотная характеристика Динамическая световая характери- стика Глубина световой модуляции . . . Чувствительность Качество пишущего штриха .... Напряжение питания Возможность получения как попе- речной фонограммы, так и фоно- граммы переменной плотности . . Искажения при шумопонижении Стабильность действия: чувствительность к электриче- ской перегрузке (срок службы) чувствительность к температур- ным влияниям Удобства регулировки и контроля Г абарпты + ± + 4- 4- 4- 4- 4* + ± (ленточ- ный ос- цилло- граф) i (ленточ- ный ос- цилло- граф) + ± Н~+ + + + + +++Н-Н- Н-+ 1+1 1 1++I II 1 + 1 + Н-1 1 + II 1 ++1 н- +4- ++ +1+1+ 11+14- 1 II 1+ +++I 1 +1+ + 1 11
Примечания: 4- означает наличие высококачественной указанной характеристики. — означает наличие, неудовлетворительной или не вполне удовлетвори- тельной указанной характеристики. означает возможность получения достаточно хорошей указанной ха- рактеристики с помощью дополнительных средств.
ее демпфирования; в электроннолучевых модуляторах света—путем выбора
катодолюмипофора с достаточно малым временем послесвечения и в эле-
ктрооптических модуляторах света (лампа тлеющего разряда, дифрак-
ционный модулятор света)—путем соответствующего их построения. .
Ячейка Керра не требует применения каких-либо средств и имеет
в указанном диапазоне частот идеальную частотную характеристику.
3. Динамическая световая характеристика.
Динамическая характеристика электромеханических модуляторов
света магнито-электрического типа обеспечивает практически неискажен-
ную передачу сигналов достаточно больших уровней. Электромеханиче-
254
скпе модуляторы света электромагнитного типа обычно вносят весьма ощу-
тимые нелинейные искажения, в частности—сигналов малых уровней
(в силу влияния гистерезиса, приводящего к уменьшению чувствитель-
ности при малых уровнях сигнала).
Лампа тлеющего разряда пмеет световую характеристику с весьма
ограниченным участком постоянной (в практическом смысле) кривизны,
в силу чего она не дает возможности передавать без искажений широкий
динамический диапазон сигнала.
Ячейка Керра в сплу нелинейности световой характеристики также
обусловливает сравнительно большие нелинейные искажения сигналов
с большими уровнями. Дифракционный п электроннолучевой модуляторы
света могут иметь достаточно удовлетворительные динамические световые
характеристики (превышающие по качеству, например, световую характе-
ристику ячейки Керра).
4. Глубина световой модуляции.
Максимально допустимая (с точки зрения величины нелинейных
искажений) глубина световой модуляции определяется динамической
световой характеристикой. Следовательно, она имеет наибольшее значе-
ние прп использовании электромеханических магнито-электрических
модуляторов света. Далее следуют: электроннолучевой модулятор света,
дифракционный модулятор света, ячейка Керра и лампа тлеющего
разряда.
Предъявляя требование весьма малых нелинейных искажений, вно-
симых модуляторами света, можно считать, что последние два модуля-
тора света (в особенности лампа тлеющего разряда) имеют неудовлетвори-
тельную (малую) глубину световой модуляции.
5. Чувствительность.
Чувствительность светомодулпрующего устройства определяет собой
потребную величину тока или напряжения, требующегося для приведе-
ния модулятора света в действие, т. е. тем самым величину усиления (ко-
личество каскадов) в усилителе записи.
Достижение определенной глубины модуляции того или иного пара-
метра пишущего штриха за счет увеличения чувствительности модулятора
света приводит к уменьшению нелинейных искажений, создаваемых све-
томодулирующим устройством.
Все указанные модуляторы света могут обеспечить получение доста-
точно высокой чувствительности светомодулпрующего устройства. С точки
зрения числа потребных каскадов усиления наивыгоднейшимп являются
электроннолучевые модуляторы света.
6. Качество пишущего штриха.
Качество пишущего штрпха завпспт от модулятора света только
лпшь прп применении электроннолучевых и дифракционного модулято-
ров света.
В электроннолучевых модуляторах света ухудшение качества пишу-
щего штриха обусловлено невозможностью получения резких границ
свечения люминофора, а в дифракционном модуляторе света—самим
явлением дифракции, приводящим к неравномерной освещенности пишу-
щего штрпха.
7. Напряжение питания.
В отношении напряжения пптания наихудшими модуляторами света
являются электроннолучевые модуляторы света, в которых данное напря-
жение измеряется киловольтами, затем следуют ячейка Керра и лампа
тлеющего разряда, где используется рабочее напряжение порядка сотен
вольт. Электромеханические модуляторы света имеют в этом отношении
преимущества перед всеми другими модуляторами света.
255
8. Возможность получения как поперечной фонограммы, так и фо-
нограммы переменной плотности.
Ячейка Керра и лампа тлеющего разряда обусловливают возмож-
ность проведения записи лишь по интенсивному методу, дающему фоно-
грамму переменной плотности. Остальные модуляторы света дают воз-
можность получить оба типа фонограмм: поперечную фонограмму и фо-
нограмму переменной плотности. Наиболее высококачественные попереч-
ная, продольная и интенсивная записи осуществляются с помощью эле-
ктромеханических модуляторов света.
Применение для интенсивной записи электромеханических модуля-
торов света имеет следующие основные преимущества по сравнению
с электрооптическими модуляторами света:
1) обеспечивает практически неискаженную передачу большего ди-
намического диапазона;
2) дает возможность путем использования оптического рычага (опти-
ко-механической связи) повысить светосилу и чувствительность светомо-
дулирующей системы пли уменьшить нелинейные искажения, создавае-
мые модулятором света;
3) делает возможным визуальных! контроль модуляции при записи
сигналов;
4) обусловливает легкость осуществления различных видов интенсив-
ной записи;
5) обеспечивает большую стабильность действия модулятора света
н светомодулирующего устройства.
9. Искажения при шумопонижении.
Нелинейные искажения при шумопонпжеппп имеют место при ис-
пользовании электрооптических модуляторов света, где они обусловлены
частичным использованием криволинейной частп световой характерис-
тики прп смещении на ней рабочей точки. В электроннолучевых модуля-
торах света этот эффект может иметь меньшее значение, а в электромеха-
нических модуляторах света путем использования для шумопонижения
специальных устройств он устраняется полностью.
10. Стабильность действия.
В отношении стабильности действия наилучшпми являются светомо-
дулпрующпе устройства с электромеханическими модуляторами света
электромагнитного типа. Магнито-электрические электромеханические
модуляторы света с механической колебательной системой в форме натя-
нутой ленточки отличаются большой чувствительностью к электрической
перегрузке (приводящей без применения специальных ограничителей то-
ка к обрыву ленточек) и к температурным влияниям (нагрев ленточки
проходящим током, изменение свойств демпфера прп изменении темпе-
ратуры и др.). Магнито-электрический модулятор света катушечного типа
(например, магнито-электрический зеркальный гальванометр) может не
иметь этих недостатков.
Длительная электрическая перегрузка в лампах тлеющего разряда
приводит к сокращению пх службы (главным образом за счет распыле-
ния катода). В электроннолучевых модуляторах света это влияние может
быть значительно меньшим. Чувствительность к температурным влия-
ниям свойственна в наибольшей мере ячейке Керра (изменение электро-
оптических свойств диэлектрика), затем электроннолучевым модулято-
рам света (изменение яркости свечения люминофора в зависимости от
температуры) и далее дифракционному модулятору света. Понижение
стабильности действия электроннолучевых модуляторов света обуслов-
ливается главным образом явлением усталости люминофора и выгора-
нием флуоресцирующего экрана.
256
И. Удобства регулировки и контроля.
В отношении удобства регулировки и контроля наилучшими являются
свстомодулпрующие устройства с электромеханическими модуляторами
света, поскольку они обеспечивают возможность визуального наблюдения
положения подвижного механического модуляционного элемента. Подоб-
ную, ио несколько меньшую возможность имеют электроннолучевые моду-
ляторы света в случае записи по поперечному методу.
12. Габариты.
Наименьшие габариты имеют лампы тлеющего разряда и светомоду-
лирующие устройства с электромеханическими модуляторами света.
По всей совокупности качеств рассмотренных модуляторов света
(на данном этапе их развития) следует признать наиболее целесообраз-
ным применение для фотографической записи звука электромеханических
зеркальных модуляторов света магнито-электрического типа, стабиль-
ность действия которых может быть повышена путем использования тех
или иных средств.
§ 46. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОНТПКООСВЕТПТЕЛЫЮН СИСТЕМЕ
СВЕТОМОД У ЛИР У ЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛА
Оптпкоосветительная система светомодулирующего устройства (ля
воспроизведения сигнала имеет свопм назначением образование читаю-
щего штриха на фотографической фонограмме, которая при своем движе-
нии играет роль механического модулятора света.
Для возможности наиболее высококачественного воспроизведения
сигнала звуковой частоты с фотографической фонограммы оптикоосве-
тительная система светомодулирующего
устройства должна обеспечивать:
1) получение необходимых размеров
читающего штриха;
2) высокую резкость изображения в
форме читающего штриха;
3) достаточно большую и равномер-
ную освещенность читающего штриха.
Для практически неискаженной пере-
дачи колебаний частотой до 10 000 гц и
получения достаточно большого .лучистого
или светового потока, падающего на фото-
элемент, ширина читающего штриха выби-
рается порядка 20 р. Длина его устанавли-
вается по ГОСТ и равна 2,15 мм (для фо-
К
Рис. 219. Диафрагма у киноплен-
ки; L—источник света; К—кон-
денсор; D—диафрагма, огра-
ничивающая ширину штриха;
F—кинопленка
нограммы на 35-лш кинопленке). Освещенность читающего штриха опре-
деляется потребным значением лучистого или светового потока при-
менительно к используемому типу фотоэлементов.
В отличие от пишущего штриха нет необходимости добиваться
очень большой освещенности читающего штриха (более 106 лк). Лу-
чистый поток, падающий на фотоэлемент, должен быть такой величины,
чтобы фототок пмел значение не менее одного микроампера, ибо более
слабые фототоки трудно усиливать, так как они при своем усилении об-
условливают сравнительно большой уровень помех. Для средней чувстви-
тельности фотоэлементов порядка 100 мка/.кМ световой поток не должен
быть менее 0,01 лм и соответственно освещенность читающего штриха не
менее 250 000 лк (FAM=EAK. Sm2).
17 в. А. Баргов
257
Читающий штрих на кинопленке (фонограмме) может быть образо-
ван как путем расположения диафрагмы с соответствующим вырезом
вблизи кинопленки, так и изображением диафрагмы на кинопленке спе-
циальным объективом. Но ввиду того, что при первом способе невозможно
получить резкие границы читающего штриха на кинопленке (для устра-
нения этого недостатка диафрагма должна прилегать непосредственно
к кинопленке (рпс. 219)) и, кроме того, устранить эффект запыления
диафрагмы, который приводит к резкому изменению светового потока,
падающего на кинопленку и к нелинейным искажениям (прп воспроизве-
дении сигнала с поперечной фонограммы), практически применяется
лишь второй способ. Прп этом способе достаточно высокая резкость и рав-
номерная освещенность читающего штрпха на кинопленке обеспечиваются
применением хорошо коррегпровапиого изображающего объектива и соот-
ветствующим построением оптпкоосветительиой системы светомодулиру-
ющего устройства. Необходимая освещенность читающего штриха не менее
250 000 лк требует согласно формуле В^рВ-а'ЧО4 лк яркости (в стильбах)
источника света В не менее 400 сб (р полагаем равным 0.5, а выходную
апертуру объектива а'=0,2).
§ 47. ТИПЫ ОИТИКООСВЕТПТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
ДЛЯ ВОСЯРОПЗНЕДЕП11Я СИГНАЛА
Для освещения диафрагмы J (механической щели), изображаемой вы-
сококоррегпрованным объективом в форме читающего штриха па фоно-
грамме, могут быть применены оптикоосветительные системы двух основ-
ных типов: 1) оптикоосветителъпая система съемочного типа: 2) оптико-
осветительная система проекционного типа.
Соответствующие типовые схемы оптических звуковоспроизводящих
устропств'представлены на рис. 220 и 221. Как видно из рисунков, данные
Рпс. 220. Онтпкоосветнтсльпая система
съсмочттого типа: I—источник света;
А'—конденсор: В—диафрагма (механиче-
ская гцоль); F—кинопленка (фонограмма);
Р—фотоэлемент
Рис. 221. Онтпкоосгитии’льная систе-
ма проекционного типа. Обозначения
те же, что л на рпс. 220
схемы оптических звуковоспроизводящих устройств являются более про-
стыми ио сравнению со схемами оптических звукозаписывающих устройств.
Приведенные выше теоретические соображения, касающиеся опти-
ческих записывающих систем (коррекция объектива, освещенность читаю-
щего штрпха и величина светового потока, падающего па кинопленку,
общее и спектральное поглощение оптической системы и т. д.), целиком
применимы и к данным оптическим звуковоспроизводящим устройствам.
Как уже указало выше, отличие оптнкоосвстнтельноп системы съемоч-
ного тина от оптпкоосветителыюй системы проекционного типа заклю-
чается в том. что в первой пз них изображение источника света получается
в плоскости диафрагмы (механической щелп), а во второй—во входном от-
верстии объектива, изображающего диафрагму на фонограмме.
258
Прп применении оптпкоосветительной системы съемочного типа осве-
щенность читающего штриха на фонограмме находится в значительно
большей зависимости от распределения поверхностной яркости и относи-
тельного расположения источника света, чем при использовании оптико-
осветительной спстемы проекционного типа.
Некоторой разновидностью оптпкоосветительной системы съемочного
типа является оптпкоосветптельная система, показанная на рис. 222.
В этой системе источник света L изображается конденсором К непосред-
ственно на фотографической фоно-
грамме F. Конденсор устанавли-
вается в таком положении, чтобы
резкое изображение спирали лам-
пы располагалось на некотором
расстоянии от кинопленки в сто-
рону конденсора и на фонограмме
получался световой кружок.
Объектив О дает изображение ос-
вещенной части кинопленки в пло-
Рпс. 222. Оптпкоосветптельная система.
Обозначения те же, что и на рпс. 220 и 221
скости механической щелп £>,
сзади которой располагается фотоэлемент Р. При кратности микрсобъекти-
ва равной 10 и потребной ширине читающего штрпха на кинопленке 0,02 мм
ширина механической щели будет 0,2 мм. Применение такой оптикоосве-
тительной системы является выгодным тогда, когда имеют дело с нестан-
дартными размерами фонограммы на кинопленке.
§ 48. ПРОСВЕЧИВАЮЩИЕ ЛАМПЫ
И ПИТАНИЕ ПХ ПОСТОЯННЫМ током
Таблица XIV
Данные просвечивающих ламп в кинопроекторах
Типы ламп Напряже- ние (в) Мощность (бт) Форма и га- бариты тела накала (мм) Световой поток (лм) Световая отдача (лм/вт) Габаритная яркость (сб) Цветовая температура °К Срок служ- бы (час)
Просвечивающая лампа, применяемая в стаци- онарных кинопроекто- рах ЗЬ-мм кинофиль- 528 3100 50
мов (рис. 223) .... Просвечивающая лампа, применяемая в пере- движных кинопроекто- рах 35-мм кинофиль- 12 30 Прямая биспи- ральная 3x1,4 17,6 1070'
мов (рнс. 223) .... Просвечивающая лампа, применяемая в пере- движных кинопроекто- рах кинофиль- 5 35 Прямая спираль 8x2,5 77 2,2 30 2150 500 .
мов (рис. 224) .... 4 3 Прямая спираль 2,5x0,176 24 8 430' .. .. 2800 10
17* г259
Для целей воспроизведения сигнала с фотографической фонограммы
применяются газонаполненные лампы накаливания с вольфрамовой спи-
ралеобразной нитью, подобные тем, которые используются для записи
звука. Основные данные отечественных просвечивающих ламп приведены
в табл. XIV.
Просвечивающие лампы в стационарных кинопроекторах имеют мощ-
ность 30 вт и номинальное напряжение 12 в и работают при цветовой тем-
пературе порядка 3000—3100° К.
Просвечивающие лампы в передвижной широкопленочной, звуко-
воспроизводящей аппаратуре имеют мощность 35 ет и номинальное
Рис. 223. Лампа просве-
чивании КЗ 5в 35 вт
илп К7 12 в 30 вт, при-
меняемая в кинопроекто-
рах (стационарных и
передвижных) ЗЗ-nt-u ки-
нофильмов:/)—31, L—91;
//=60^3 (мм)
Рис. 224. Лам-
па просвечива-
ния, применя-
емая в узкопле-
ночной кино-
передвижной
аппаратуре:
Z>=26; L=51;
Я=31±2 (мм)
Рис. 225. Кривые относительной спектральной
энергетической светимости просвечивающих
; ламп (Тс—цветовая температура)
напряжение 5 в и работают
прп цветовой температуре
порядка 2150° К (низкая
температура накала этих
ламп установлена с целью
снижения пульсации свето-
вого потока при питании лам-
пы переменным током). В
узкопленочной передвижной
аппаратуре применяются
лампы мощностью 3 ет и
напряжением 4 е, работаю-
щие при цветовой температу-
ре порядка 2800°К (нить
этой лампы питается током
сверхзвуковой частоты 25—
100 кгц).
Кривые относительной
спектральной светимости дан-
ных ламп просвечивания при
указанных цветовых темпера-
турах приведены на рис. 225.
Данные кривые рассчитаны
исходя из спектральной энер-
гетической светимости абсо-
лютно черного тела (закона
Планка) с учетом монохро
матической испускательной
способности вольфрама. Зна-
чения спектральной энерге-
тической светимости г (Х,7)
на графике рис. 225 выраже-
ны по отношению к макси-
мальному излучению, соответствующему Х.иакс, при цветовой температуре
70=3100° К (данные кривые аналогичны кривым, рис. 103).
Как показывают кривые рпс. 225, все указанные просвечивающие
лампы имеют максимальную энергию излучения в инфракрасной области
спектра (Х>760тр), причем при изменении цветовой температуры из-
меняется как общая величина потока лучистой энергии, так и длина волны
света, соответствующая максимуму излучения. Чем больше цветовая
температура, тем больше последний сдвигается в область более коротких
длин волн.
Электрические, световые и прочие параметры лампы 12 в 30 вт при различ-
ных режимах ее использования (подсчитанные по формулам Иванова41б) приведены
s табл. XV.
*2С0
В этой таблице кроме абсолютных значений указываются также относительные
значения параметров по отношению к значениям параметров номинального режима
(за номинальную температуру принята цветовая температура 3038° К).
Таблица XV
Параметры просвечивающей лампы 12 в 30 вт прп различных
режимах ее использования
Ток I Напряжение и Мощность Р Световой поток F Световая отдача т. Температура Т к Срок служ- бы L
(а) (%) (в) (%) (вт) (%) (лм) (% i) (лм/вт) (%) истин- ная (Т°) цвето- вая (Т() (час.)
2,7 8 13,8 + 15 37 +23 830 + 19,3 22,4 +27 3100 3202 7,6
2,5 0 12,0 0 30 0 528 0 17,6 0 2950 3038 50
2,4 4 (ПО] реи 11,0 мннальв [им лам -8,3 [ЫЙ пы) 26,6 -11,3 390 -27 14,7 -10,8 2850 2932 166
2,3 8 10,0 -16,5 22,7 -24 247 -53 12,1 -31 2760 2835 540
2,2 12 9,3 -22,5 20,4 -32 214 -60 10,5 -40 2670 2738 1 770
2,1 16 8,5 -29 17,8 -40 150 -71,5 8,5 -51,5 2540 2600 5 700
2,0 20 7,8 -35 15,5 -48,5 105 -79 6,8 -61,5 2500 2550 20 000
Световой поток, падающий в пределах читающего штриха на фоно-
грамму, составляет лишь ничтожную часть того светового потока, который
излуча тся лампой (вследствие частичного попадания в оптическую си-
стему и потерь в ней).
Таблица X VI
Основные параметры читающего штриха на фонограмме
Аппаратура Тип лампы Цветовая темпера- тура нити (Тс °К) Размеры читаю- щего штриха (мм2) Световой НОТО к (лм) Освещен- ность (лк)
Стационарные кинопро- екторы 33-мм кино- фильмов (КЗС-22; 2,15-0,02= 4,3-10-2 5,35-105
СК11-26) Передвижные кинопро- екторы 35-л«ле фильмов 12x30 3100 0,023
(К-25; К-29; К-101) . Передвижные кинопро- екторы 16-лм1 филь- 5x35 2150 2,15-0,02= 4,3-10-2 0,003 7,0-104 :
мов (16-ЗП-5, 16-ЗП-6) 4x3 2800 1,8-0,015= 2,7-Ю-2 0,0035 1,3-105
Для лампы просвечивания 12 в 30 вт максимальный световой поток
читающего штриха достигает 0,03—0,05 лл, т. е. он примерно в 10 000 раз
меньше номинального светового потока, даваемого данной лампой (см.
табл. XV).
261
В новой кинопроекционной аппаратуре и фонографах для воспроизведения сиг-
нала с фонограммы применяются просвечивающие лампы К-27 и К-28, изображенные
на рис. 226 и 227. Пх данные приведены в табл. XVII.
Таблица XVII
Данные просвечивающих ламп
25 78 3740,5
25 86 60±3
Размеры тела
нанала
1,4—2
850
850
17,0
17,0
100
100
612
612
мулятора, так и
выпрямленным
Лампа
просвечи-
вающая
К-28
НОв 50вт)
। Лампа ‘
просвечи-
вающая
к-27
1Юв 50вт1
Рис. 227. Просве-
чивающая лампа
К-28
Рпс. 226. Просве-
чивающая лампа
К-27
С точки зрения реакции фотоэлемента показательной является вели-
чина не видимого светового потока, а фотоактиничного потока, под кото-
Л2
рым понимается лучистый поток, пропорциональный \ J (X) г (X, Т) dk,
Л1
где г (X, Т) — спектральная энергетическая светимость лампы, a J (X) —
спектральная чувствительность фотоэлемента (5 J (X) г (X, 7Т) dk — монохро-
матический фотоактиничный поток).
Питание просвечивающей лампы может осуществляться как от акку-
. В последнем случае коэффициент
пульсации должен быть весьма ма-
лым, иначе возникнут в процессе
воспроизведения сигнала ощути-
мые нелинейные искажения. Дан-
ные искажения проявляются в фор-
ме образования дополнительного
колебания с частотой напряжения
питания просвечивающей лампы
и колебаний комбинационных ча-
стот. Величина отношения ампли-
туды образовавшегося дополни-
тельного колебания светового по-
тока, падающего на фотоэлемент,
к амплитуде колебаний основного
светового потока, соответствующе-
го записанному сигналу, может
служить критерием данных иска-
жений.
Анализ показывает80, что колебания энергии излучения толстых нитей
просвечивающих ламп прямо пропорциональны изменению температуры
и обратно пропорциональны длине волны излучения и квадрату средней
температуры Т2. Следовательно, можно считать, что наибольшие колеба-
ния имеют место для видимого светового потока, причем они пропорцио-
нальны колебаниям температуры нити лампы. Так как колебания энер-
гии излучения и светового потока ламп просвечивания при питании их
выпрямленным или переменным током происходят в большей степени
262
в коротковолновой части спектра, то для уменьшения фона переменного
тока является выгодным использование по возможности более длинно-
волнового излучения или применение фотоэлемента с максимальной чув-
ствительностью в области длинных волн. (В случае использования подоб-
ной лампы для записи для уменьшения искажений выгодно применять
кинопленку с высокой чувствительностью к длинноволновому излучению,
т. е. панхроматическую кинопленку.) Действительно, применение при вос-
произведении кислородно-цезиевого фотоэлемента и фильтра, пропускаю-
щего только инфракрасные лучи, дает возможность значительно снизить
уровень фона переменного тока (показано Лауфером и Рябчуком).
§ 49. ФОТОЭЛЕМЕНТЫ II ФОТОУСПЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ
(ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ II ХАРАКТЕРИСТИКИ)
Фотоэффект (впервые подробно исследованный Столетовым) дает воз-
можность преобразовать световую энергию в электрическую энергию,
следовательно, фотоэлементы являются светоэлектрпческими преобразо-
вателями. По принципу своего действия фотоэлементы разделяются на
три группы:
1. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом, в которых под действием
света возникает электронная эмиссия с поверхности металла.
2. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, в которых под влия-
нием света изменяется электрическая проводимость вещества (напри-
мер, селена, теллура), в силу чего их иногда называют фотосопротивле-
ниями.
3. Фотоэлементы, основанные на фотоэффекте в запирающем слое,
или вентильные фотоэлементы, в которых под действием света
внутреннего фотоэффекта возникает электродви-
жущая сила.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом по
сравнению с фотоэлементами других групп обеспе-
чивают линейное изменение фототока в более ши-
роких пределах изменения уровней и звуковых
частот колебаний светового потока, отличаясь
в то же время достаточно высокими чувствитель-
ностью и стабильностью действия и малым уров-
нем собственных шумов. В силу данных преиму-
ществ они получили исключительное применение
в звуковой кинематографии.
Схематическое устройство фотоэлемента с внеш-
ним фотоэффектом показано на рис. 228. В стек-
лянном баллоне, из которого выкачан воздух,
имеется два электрода—анод и катод. Анод обычно представляется
в форме проволочного кольца, а катод образуется слоем металла, нанесен-
ным на внутреннюю поверхность стеклянного баллона так, как это пока-
зано на рис. 228.
Наибольшей чувствительностью в отношении фотоэлектронной эмис-
сии обладают щелочные и щелочно-земельные металлы. Эти металлы по
сравнению с другими металлами имеют наименьшую работу выхода. По
указанной причине катоды обычно изготовляются из щелочных металлов,
из которых наибольшее распространение получил цезий.
Основными типами фотоэлементов, применяемыми для целей воспроиз-
ведения звука в кинематографии, являются фотоэлементы с кислородно-
цезиевыми и сурьмяно-цезиевыми фотокатодами.
Светочувстви-
тельный
слой
(катод
вследствие
Окно"
Анод
Вывод
катода
Вывод анода
{К цоколю)
Рис. 228. Устройство
фотоэлемента
°63
Кислородно-цсзпевый фотокатод образуется следующим образом: на часть вну-
тренней поверхности баллона наносят тонкий слой серебра, который подвергается оки-
слению, затем внутрь баллона вводят пары цезия. Эти пары оседают на серебряном
основании с частичным окислением цезия и образованием чистого серебра. В результа-
те образуется фотокатод сложной структуры, состоящий из серебряного основания, по-
крытого слоем окисла цезия с вкрапленными в пего частицами цезия и серебра (AgOSc).
Далее фотоэлемент подвергается прогреву до температуры 170—190е С, в результате
чего па поверхности окиси цезия образуется поверхностная пленка цезия (мономоле-
кул яр ный слой адсорбированных атомов цезия). При освещении такого фотокатода
длинноволновым светом фотоэлектронная эмиссия обусловливается главным обра-
зом поверхностной пленкой цезия; при свете коротких длин волн в эмиссии электронов
участвуют также частицы цезия и серебра, вкрапленные в слой окиси цезия.
Кпслородно-иезиевые фотоэлементы бывают вакуумными и газона-
полненными. Введение инертного газа (например, аргона) дает возмож-
ность повысить фотоэлектронную эмиссию (чувствительность) за счет
наличия несамостоятельного газового разряда. В отечественной звуковой
кинематографии до настоящего времени широко применялись кислородно-
цёзиевые газонаполненные фотоэлементы (тип ЦГ) (впервые разработан-
ные Тимофеевым).
Сурьмяно-цезиевые фотокатоды образуются путем осаждения парод цезия на
слое сурьмы, нанесенном (путем испарения ее в вакууме) непосредственно па стекло
баллона или металлическую подложку (обычно никелевую). R результате происходя-
щей химической реакции возникает соединение сурьмы и цезия (SjCs3), внутри и на
поверхности которого располагаются частицы адсорбированного чистого цезия. Это
соединение является полупроводником, имеющим очень большое электрическое сопро-
тивление и прозрачным для света с длиной волны более 600 ш;л.
В настоящее время широкое распространение получпли сурьмяно-
цезиевые фотоэлементы (тип СЦВ) (сурьмяно-цезиевые фотоэлементы
впервые разработаны и технически применены Лукирским и Душевой в
Ленинградском институте киноинженеров81).
Основными характеристиками фотоэлементов применительно к вос-
произведению сигнала с фотографической фонограммы как на обычной
черно-белой, так и на цветной многослойной кинопленке являются
спектральная (монохроматическая) чувствительность и интегральная чув-
ствительность фотоэлемента.
Спектральная (монохроматическая) чувствительность фотоэлемента J (X) опреде-
ляется величиной фототока di (Т), который возникает при падении на поверхность
фотокатода монохроматического лучистого потока dP (Г) с данной длиной волны X,
равного 1 вт, т. е.
di^T) 5j(X)r(x, па А
J “ dP (Т) ~ Sr (X, Т) dk ' вт ' ( 7)
Относительная спектральная чувствительность фотоэлемента 7 (X) выражается
отношением спектральной чувствительности J (X) для данной волны X к максимальному
его значению JMaKC, которому соответствует кмакс, т. е.
7(Х) = У-М. (258)
J макс
Спектральная характеристика фотоэлемента представляется обычно кривой заг
виспмости ( (X) от X.
На рис. 229 и 230 приведены типичные спектральные характеристи-
ки сурьмяно-цезиевого и кислородно-цезиевого фотоэлементов (фотока-
тодов) 11. Из этих характеристик видно, что максимальная чувствительность
сурьмяно-цезиевого фотоэлемента (фотокатода) находится в синей области
спектра (лЛ1акс = /«50 т<х).
Кпслородно-цезиевый фотоэлемент имеет наибольшую чувствитель-
ность в двух областях спектра: в области ультрафиолетовых лучей
264
(Умакс i = 370 mp.) и в инфракрасной зоне спектра 0^МакС2 = 800трь). Харак-
теристика показывает также распространение относительной спектраль-
ной чувствительности кислородно-цезиевого фотоэлемента в область
инфракрасных лучей (Х>800тр).
Максимальная спектральная чувствительность кислородно-пезиевого
фотокатода имеет значение приблизительно 2-10'3 а/вт, а сурьмяно-це-
зиевого — порядка 6,5-10"2 а/вт. Таким образом, спектральная чувстви-
тельность сурьмяно-пезиевого фотокатода в 30 раз превышает спектраль-
ную чувствительность кислородно-пезиевого фотокатода.
Сопоставляя спектральные характеристики данных фотоэлементов со
спектральной характеристикой излучения просвечивающей лампы 12 в
Рис. 229. Спектральная ха-
рактеристика сур ьмяно-цэзп-
евого фот ока года
Рис. 230. Спектральная характери-
стика кислородно-цезиевого фото-
катода
30 ет (цветовая температура 3100° К), видно, что наибольшее приближе-
ние к этой последней имеет спектральная характеристика кислородно-
цезиевого фотоэлемента.
Световая интегральная чувствительность фотоэлемента определяется
величиной фототока в цепи фотоэлемента 7Ф при падении на фотокатод
светового потока (от определенного источника света) F в 1 лм, т. е.
К = ~^а!лм. (259)
При падении на фотокатод белого света или, вообще говоря, света,
состоящего из суммы монохроматических излучений различной длпны
волны, фототок, возникающий в цепи фотоэлемента, может быть опре-
делен исходя из спектральной чувствительности фотокатода.
Пусть г' (Хг Т) представляет собой спектральную энергетическую светимость и
соответствующий монохроматический лучистый поток, падающий на фэтокатод,
равен Sr' (X, Т) d\, тогда полный фототок в цепи фотоэлемента будет:
со со
гф (Т) = 5 J (X) г' (X, Т) d\ = SJMaKC 7 (X) г’ (X, Т) dk, (260).
о о
где J (X) =JMaKC 7 (X) представляет собой спектральную чувствительность фотоэлемен-
та, a S является эффективной площадью тела накала.
Монохроматический световой., поток, падающий на фотоэлемент, выражается
формулой:
dF = SV (X) г' (X, Т) dk,
где V (X)—коэффициент видности; следовательно, полный световой поток в интерва-
ле длин волн от Xj до Х2, определяющих границы видимого спектра (400 и 760 mu.),
|)авен:
Л 2
F(T) = S j И (X) г' (X, Т) dk. (2611
Л1
2*5-
На осно] фотоэлемента вании формул (260) и (261) световая пнтегральная чувствительность • IT. v- 1ф 2 = 2 К ~ F (Г) яг У V (X) г' (X, Т) dk VMaKC J V\ (X) г' (X, Т) dk Al Z1
где
М)=^.
к макс
Энергетическая пнтегральная чувствительность фотоэлемента 7V (Г) определяется
величиной фототока прп падении на фотокатод лучистого потока, равного 1 вт, т. е.
'ф (Л
N = Щт) а'вт' (263)
Очевидно, что
р(Х)г'(Х.т)Л AtaKchог' (х> т)<*
N (Т) = ----------=------то”------------(2С4)
у г' (к, т) a у г' (X, т) ок
о о
На рис. 231 приведены кривые, изображающие функции 7 (X) г' (X) для фото-
элементов с кнслородно-цезиевыми и сурьмяно-цезиевыми фотокатодами, применяе-
мымп в кинематографии, и кри-
вые, представляющие функции
г' (X) и Vj (X) г’ (X) (по Хрущеву).
Все приведенные кривые отвечают
цветовой температуре накала
вольфрамовой нити Тс = 2848°.
Беря отношение площадей
и S2 к £, ограниченных соответ-
ствующими кривыми, и зная JMTKC
11 V макс* можно определить зна-
чения световой интегральной чув-
ствительности данных фотоэле-
ментов при цветовой температуре
7’с=2848°. Так, например, полагая
для кислородно-цезисвого фотоэле-
мента
те
Рпс. 231. Кривые, изображающие функции
7(Х)г'(Х) для кпслородно-цезисвого и сурьмяпо-
цсзиевого фотокатодов, и кривые, представля-
ющие функции г'(Х) и Vr (X) г'(Х)
^макс = 2-10“s а'вт,
для сурьмяно-цезпевого фото
элемента
макс — 6,5-10“2 а/ет,
V маге = 621 лм/'вт,
па основании определения площадей 5]
пая
для
S2 и S из рис. 231 световая интеграль-
чувствитслыюсть указанных фотоэлементов определится значениями:
кислородно-цезисвого фотоэлемента
К [др 2о мка/лм,
для сурьмяно-цезиевого фотоэлемента
82 мка I лм.
Беря отношение Sj и S2 к площади, ограниченной кривой г' (А), можно опре*
делить и энергетическую интегральную чувствительность того и другого фотоэлемента.
Из приведенных выше выражений (262) и (264) следует, что как евзтовая, так
и энергетическая интегральные чувствительности того или иного фотоэлемента
являются функциями температуры накала нити лампы Т.
266
Входящая в вышеприведенные формулы спектральная энергетическая светимость
г' (X, Т) в реальном процессе воспроизведения сигнала с фотографической фонограм-
мы равна ar (Л, Т) :2 (л), где г (X, Т) — спектральная энергетическая светимость про-
свечивающей лампы (энергия, излучаемая телом накала лампы поверхностью в 1 см2
в 1 сек.); а — коэффициент использования лучистого потока лампы; г2(Х)— спектраль-
ный коэффициент пропускания всех оптических элементов, находящихся между
телом накала лампы и фотокатодом (оптической системы, колбы лампы (рпс. 232) 28,
фотоэлемента и фонограммы).
Характерная для обычных условий воспроизведения кривая зависимости сум-
марного спектрального коэффициента пропускания от X показана на рис. 233.
Рис. 232. Коэффициент спект-
рального пропускания стенки
колбы ламп из различного стек-
ла: 1—оптическое увиолевое стек-
ло Л-20; 2—колба пз увиолевого
стекла (0,7—0.8 мм) от лампы
GEC; 3—колба из свинцового
стекла (0,55 мм) от лампы МЭ.ЛЗ;
4—колба из молибденового стекла
Рпс. 233. Кривая зависимо-
(т г суммарного коэффициента
спектрального пропускания
оптической звуковоспроизво-
дящей системы от X
Обычно за чувствительность фотоэлемента принимается световая
интегральная чувствительность, выражаемая в амперах на люмен. Та-
кая оценка моя ет считаться обоснованной только при ограничении пото-
ка лучистой энергии видимой частью спектра, ибо люмен является едини-
цей лишь видимого потока (светового потока, оцениваемого глазом).
В действительности же многие фотоэлементы имеют спектральную чув-
ствительность, выходящую за пределы видимой части спектра (например,
кислородно-цезиевые фотоэлементы, которые имеют сравнительно боль-
шую чувствительность в инфракрасной области спектра). Если при этом
величина лучистой энергии, излучаемой источником света в невидимой
части спектра, имеет относительно большое значение, то за чувствитель-
ность фотоэлемента должна быть принята его энергетическая интеграль-
ная чувствительность, выражаемая в амперах на ватт.
Так, например, при использовании кислородно-цезиевых фотоэлемен-
тов, спектральная чувствительность которых распространяется в область
инсфракраспых лучей (примерно до 1200 ту.) и просвечивающей лампы 12 в
30 вт, имеющей довольно сильное излучение лучистой энергии в ближней
инсфракрасной области спектра (при обычной цветовой температуре по-
рядка 3100° К), ток фотоэлемента в значительной мере обусловлен его
энергетической интегральной чувствительностью. Фототок сурьмяио-
цезиевых фотоэлементов, наоборот, может быть определен их световой
интегральной чувствительностью. (Распространение спектральной чувстви-
тельности в область крайних ультрафиолетовых лучей можно не учиты-
вать ввиду сильного поглощения этих лучей оптической системой.)
Учитывая, что интегральная чувствительность (как световая, так и
энергетическая) фотоэлемента зависит от температуры нити просвечиваю-
щей лампы/выражение ее числом ампер на люмен (световая интегральная
чувствительность) или числом ампер на ватт (энергетическая интегральная
267
чувствительность) может быть определенным только тогда, когда указаны
применяемый источник света и температура тела накала. В СССР для целей
измерения чувствительности фотоэлементов принят стандартный источник
зевета—вольфрамовая газонаполненная лампа накаливания с цветовой
температурой Тс= 2848° К. Измеренная при использовании данного источ-
ника света световая интегральная чувствительность может быть названа
эталонной чувствительностью фотоэлемента.
Кислородно-пезиевые вакуумные фотоэлементы имеют среднюю эта-
лонную чувствительность порядка 20—25 мка!лм. 1 азонаполненные
фотоэлементы—порядка 120—
150 мка/лм. (Коэффициент га-
зового усиления чувствительно-
сти равен 6.) Сурьмяно-цезиевые
фотоэлементы характеризуются
средней эталонной чувствитель-
ностью порядка 80—85 мка/лм.
На рис. 234 приведены кри-
вые зависимости эталонной (све-
товой) и энергетической ин-
тегральных чувствительностей
сурьмяно-цезиевых и кисло-
родно-цезиевых фотоэлементов
от цветовой температуры при-
меняемых просвечивающих ламп
(по Хрущеву11).
Вертикальные границы, про-
веденные на графике пунктиром,
соответствуют цветовым темпе-
ратурам: 2150° К просвечиваю-
щей лампы 5 в 35 ет (широко-
просвечивающей лампы 4 е
и 3100° К просвечивающей
Рпс. 234. Кривые зависимости световой (эта-
лонной) и энергетической интегральных чув-
ствительное гей супьмяно-цезпевых - -----
родно-цезиевых фотоэлементов от
температуры
и кисло-
цветовой
пленочные кинопередвижки),
3 ет (узкопленочные кинопередвижки)
лампы 12 в 30 вт (стационарная киноаппаратура). Кривые 1 и 2 выражают
эталонную, а кривые 3 и 4 энергетическую чувствительности сурьмяно-
цезиевого и кислородно-цезиевого фотоэлементов.
2800° К
Рассмотрение графика позволяет сделать следующие выводы, касающиеся чув-
ствительности сурьмяно-пезиевых п кислородно-цезиевых фотоэлементов и их рацио-
нального использования при применении просвечивающих ламп с различной цветовой
температурой:
а) Световая интегральная чувствительность сурьмяно-цезиевого фотоэлемента,
начиная от 2600° К, сравнительно мало зависит от увеличения температуры Тс, в то
время как световая интегральная чувствительность кислородно-цезиевого фотоэле-
мента резко падает при возрастании температуры Тс. При цветовой температуре при-
мерно 2150° К световые интегральные чувствительности обоих фотоэлементов
имеют одинаковое значение (порядка 60 мка/лм).
Такое изменение световых интегральных чувствительностей в зависимости от
температуры обусловлено следующими физическими факторами: при увеличении
температуры накала нити просвечивающей лампы максимум спектральной энергетиче-
ской светимости г (k,T) смещается от инфракрасной области в область более коротких
длин волн. Следовательно, возрастание спектральной энергетической светимости
в этой последней области будет происходить в большей степени, чем в длинноволновой
области. Для кислородно-цезиевого фотоэлемента такое перераспределение энергии
излучения от инфракрасной и красной областей, где спектральная чувствительность /(л)
относительно велика, в более коротковолновую область спектра, в которой/(X) имеет
меньшее значение, вызовет уменьшение значения числителя в формуле (262), и следо-
вательно, при постоянной величине знахменателя—уменьшение световой интегральной
чувств и тел ь пости фотоэ л емента.
Для сурьмяно-цезиевого фотоэлемента, имеющего более высокую спектральную
чувствительность именно в коротковолновой области спектра, увеличение температу-
268
ры приводит, наоборот, к увеличению числителя в формуле (262) и соответственно
к возрастанию световой интегральной чувствительности фотоэлемента. В случае
использования кпслородпо-цсзпевых газонаполненных фотоэлементов при цветовой
температуре 2150° К (широкопленочные кинопередвижки) их световая интегральная
чувствительность будет примерно в 2,6 раза больше эталонной чувствительности, опре-
деленней при цветовой температуре 2848° К (т. е. вместо 150 мка/лм примерно
390 мка/лм). Сурьмяно-цезиевые фотоэлементы, используемые при цветовой температу-
ре 2150° К, имеют световую интегральную чувствительность примерно в 1,3 раза мень-
ше эталонной чувствительности. Энергетическая интегральная чувствительность
фотоэлементов, как правило, повышается с увеличением температуры, но это повыше-
ние происходит весьма незначительно у кислородно-цезиевых фотоэлементов н резко
у сурьмяпо-цезиевых фотоэлементов. При цветовой температуре 2150° К (просвечи-
вающие лампы кинопередвижек) энергетические чувствительности кислородпо-цези-
евых и сурьмяно-цезиевых фотоэлементов примерно одинаковы и равны приблизи-
тельно 2,5-10~4 ajem. При цветовой температуре 3100° К энергетическая интегральная
чувствительность сурьмяно-цезиевого фотоэлемента приблизительно в четыре раза
превышает энергетическую интегральную чувствительность кислородно-цезиевых
фотоэлементов.
б) Кривые энергетической интегральной чувствительности фотоэлементов имеют
мсныпую кривизну, чем кривые эталонной чувствительности фотоэлементов.
в) При относительно высокой цветовой температуре вольфрамовой инти накали-
вания (например, порядка 2800° К) сурьмяно-цезиевые фотоэлементы в отношении
интегральной чувствительности имеют преимущество перед кислородно-цезиевыми
фотоэлементами.
В настоящее время в отечественной кинематографии применяются
следующие типы кислородно-цезиевых газонаполненных (ЦГ) и сурьмя-
но-цезпевых вакуумных фотоэлементов (СЦВ): t
ЦГ-4—в стационарных киноустановках и широкопленочных кино-
передвижках; СЦВ-4—в стационарных киноустановках (с звуковоспроиз-
водящей аппаратурой УСУ-45, УСУ-46); ЦГ-3 (малогабаритный)—в узко-
пленочной аппаратуре; СЦВ-3 (малогабаритный)—в узкопленочной ап-
паратуре (УТ-20, УТ-40). Основные параметры данных промышленных
типов фотоэлементов Приведены в табл. XVIII (по Лукьянову82).
Использование в звуковоспроизводящей аппаратуре фотоэлементов
различных типов объясняется их различной спектральной чувствитель-
ностью, которая выбирается применительно к тому или иному темпера-
турному режиму лампы просвечивания. Именно по этой причине нельзя
заменить газонаполненные кпелородно-цезиевые фотоэлементы, приме-
няемые в кинопередвижках, где используется лампа просвечивания с низ-
кой температурой накала, вакуумными сурьмяно-цезпевыми фотоэлемен-
тами.
Наряду с рассмотренными выше спектральной характеристикой и
интегральной чувствительностью можно указать еще на другие характе-
ристики фотоэлемента, которые связаны с конкретным устройством (кон-
струкцией) того или иного фотоэлемента.
К числу таких технических характеристик относятся:
1) световая характеристика в виде зависимости фототока от светового
потока, падающего на фотокатод;
2) электрическая или вольтамперная характеристика в виде зави-
симости фототока от напряжения между анодом и катодом при некотором
постоянном значении светового потока;
3) частотная характеристика (для газонаполненных фотоэлементов)
в виде зависимости относительной чувствительности от частоты;
4) характеристика изменения чувствительности фотоэлемента во вре-
мени;
5) уровень помех.
Согласно физическому закону образования фототока сила последнего
должна быть прямо пропорциональна величине лучистого потока. Сле-
довательно, при сохранении постоянным спектрального состава лучистого
269
Данные промышленных типов фотоэлементов.
Тип фото- элемента Рабочее на- пряжение (в) Потенциал (напряже- ние) зажи- гания в тем- ноте (в) Световая инте- гральная чувстви- тельность нового фотоэлемента прп освещении его све- товые потоком в несколько сотых долей люмена (при комнатной те ’пе- рат у ре) (лдеа/лм) Темновой ток (прп комнатной температуре) прп номиналь- ном рабочем напряжении (а) Крутизна вольт- амперной ха- рактеристики прп рабочем напряжении (мка/лм • в)
ЦГ-3 240 >300 >150 1.10“7 5—6
ЦГ-4 240 >310 >150 МО"7 5—6
СЦВ-4 90—240 — > 80 <1.10-8 0
излучения и соответственно F(k) фототок должен быть пропорционален
световому потоку, падающему на фотокатод. Однако в реальных фото-
элементах при больших освещенностях имеет место отступление от линей-
ной зависимости между фототоком и световым потоком. Это отступление
обусловливается главным образом образованием зарядов на стенках бал-
Рис. 236. Вэльтамиерные характе-
ристики вакуумного сурьмяно-це-
зисвого фотоэлемента
Рпс 235 Вольтампорпые харак-
теристики вакуумного кисло-
родно-цезпс вого фотоэлемента
лона, пространственного заряда внутри баллона, а также «усталостью»-
фотоэлемента при больших освещенностях (оно проявляет себя в наиболь-
шей мере в вакуумных сурьмяно-цезиевых фотоэлементах).
Для неконцептрированпых световых потоков, величина которых не
превышает нескольких десятых долей люмена, при постоянном, поминаль-
ном напряжении межд^ анодом и катодом можно считать зависимость
между фототоком и световым потоком линейной как для кислородно-цезие-
вых (вакуумных и газонаполненных), так и для сурьмяно-цезиевых фото-
элементов.
Фотокатод может иметь неодинаковую чувствительность в различных
своих участках (точках), поэтому необходимо, чтобы модулированный
лучистый пли световой поток освещал всегда большую неизменяемую
площадь фотокатода. Модуляция лучистого или светового потока, сопро-
вождаемая изменением освещенной площадп фотокатода (например, при
воспроизведении сигнала с поперечной фонограммы), может приводить
к образованию нелинейных искажений.
Вольтамперные характеристики показывают значение тока насыще-
ния, который имеет место в той или иной конструкции, при различных
270
Т а б л л и а ХЛ Ш
применяемых в звуковой кинематографии
Спад частотной характеристики прп увеличении частоты от 3100 до 10 000 гц (^3100/^10l) (дб) Изменение световой интегральной чув- ствительности прп переходе от центра окна фотоэлемента к периферии (в си- лу изменения чув- ствительности фо- токатодов и отра- жения света от стекла баллона прп наклонном паде- нии лучей) (7С.«ин/К маке) Макси- мальный уровень помех (шумов) дб) Пределы изме- нения световой интегральной чувствительно- сти в децибелах прп повышении температуры с 20 до 50° С (K„/Kz) Среднее вре- мя относи- : тельной ста- билизации чувствитель- ности фото- элемента (т) Остаточная чувствитель- ность фото- элемента в % от начальной! по истечении времени т (KV'Ko)
4,5 10—20% -72 -5, 4-9 50 25
5,2 10—20% -73 -5, -49 -1, 4-0,5 100 25
0 -80 1 000 90
значениях светового потока, падающего ла фотокатод. Вольтамнерпые
характеристики, типичные для вакуумных кпелородно-пезневых и сурьмя-
но-цезиевых фотоэлементов, приведены иа рис. 233 и 236. Кат; видно из
этих кривых, при освещении фотокатода постоянным световым потоком
фототок растет вместе с увеличением напряжения. По мере возрастания
Рис. 237. Вольтамисрпая ха-
рактеристика вакуумного фо-
тоэлемента СЦВ-4
Рпс. 238. Вольтамперпая
х а р а ктер истина i а з он агиj -
нови ого к।к л ор одп о-l юзи-
евого фотоэлемента тина ЦГ
напряжения этот рост становится все меньше и меньше, и, наконец, прп
некотором напряжении, ток достигает насыщения. Насыщение физиче-
ски означает, что все электроны катода достигают анода. Прп возра-
стании светового потока, выбранного в качество параметра, начало го-
ризонтальной прямой сдвигается вправо, т. е. насыщение наступает при
более высоком напряжении.
Для обеспечения линейной зависимости между’ фототоком и световым
потоком (линейной световой характеристики) вакуумные фотоэлементы
должны использоваться с напряжением, превышающим напряжение насы-
щения, которое зависит от конструкции фотоэлемента. (Прп напряжении
выше напряжения насыщения чувствительность фотоэлемента не является
функцией анодного напряжения.) Как видно из кривой, приведенной на
рис. 237, напряжение насыщения вакуумного сурьмяно-цезиевого фото-
элемента СЦВ-4 имеет значение порядка 40 с. (Указанное выше в таблице
напряжение в 240 в для различных фотоэлементов обусловлено удобст-
вами использования данного напряжения, применяющегося для питания
]) аз л и чпы х у си л и тел ьиы х у стр oi i с т в.)
271
дб
°]
Ё ~2'
е-4.
S-6-
1-е-
S=
Вольтамперная характеристика газонаполненного (аргоном) кисло-
родно-цезиевого фотоэлемента типа ЦГ приведена на рпс. 238. По
своему виду она резко отличается от вольтамперной характеристики ва-
куумного кислородпо-цезпевого фотоэлемента. Резкое увеличение фото-
тока при возрастании напряжения в случае газонаполненного фотоэле-
мента (при напряжениях, больших 100 в) обусловлено тем, что электроны,
вылетающие из катода, па своем пути к аноду производят ионизацию
газа (столкновением), вследствие чего возрастает количество электронов,
достигающих анода. При некотором большом напряжении, называемом
напряжением зажигания, порядка 350 в для указанного фотоэлемента не-
самостоятельный разряд в газе пере-
ходит в самостоятельный тлеющий
разряд, и фотоэлемент выходит из
______________________________________________ d i
строя. Большая крутизна вольт-
амперной характеристики является
источником нелинейных искажений,
но практически эти искажения мо-
гут быть незначительным]г.
В каждом фотоэлементе при от-
сутствии освещения фотокатода всег-
да имеет место некоторый так назы-
ваемый темновой ток, обусловленный
термоэмисспей фотокатода и токами
утечки, зависящими от конструкции фотоэлемента. Изменение этого тока
в зависимости от напряжения происходит по кривой, подобной вольтам-
перной характеристике фотоэлемента.
Вакуумные фотоэлементы практически имеют прямолинейную час-
тотную характеристику в диапазоне звуковых частот. Спад частотной ха-
рактеристики газонаполненных кислородно-цезиевых фотоэлементов обу-
словлен инерцией процесса ионизации данных фотоэлементов, которая
зависит от рода и давления газа, конструкции электродов и рабочего на-
пряжения (наименьшую инерцию обусловливает аргон).
Инерция фотоэлемента возрастает с увеличением коэффициента газо-
f-40e
2-80в
ЗЧбОе
4-200в
5-2Д06
6-280о 5
300 500 1000 2 3 4 5 678910
Частота
Рис. 239. Частотные характеристики
фотоэлементов типа ЦГ-4
вого усиления, поэтому увеличение чувствительности за счет возрастания
коэффициента газового усиления неизбежно приводит к ухудшению час-
тота ой характеристики.
Па рис. 239 приведены частотные характеристики фотоэлементов
типа ЦГ-4 при одинаковом начальном токе, но при различных напряже-
ниях, выбранных в качестве параметра 83.
Чувствительность (фотоэлементов не сохраняется постоянной, а изме-
няется со временем. Происходит это вследствие утомления и изменения
структуры катода. Вакуумные фотоэлементы имеют большое постоянство
чувствительности, чем газонаполненные фотоэлементы, а сурьмяно-це-
зиевые фотоэлементы—большее, чем кислородно-цезпевые фотоэлементы.
Па рис. 240 приведены кривые изменения чувствительности газона-
полненных кислородно-цезиевых и вакуумных сурьмяно-цезиевых фото-
элементов производства МЭЛЗ, определенные при непрерывном освеще-
нии белым светом (напряжение 240 в, световой поток 0,02 л.м)82. Как видно
из этих кривых, чувствительность газонаполненного кислородно-цезие-
вого фотоэлемента (при рабочем напряжении 240 в) падает до 25—35%
от своего максимального начального значения через 50—100 часов работы
фотоэлемента. Чувствительность вакуумного сурьмяно-цезиевого фотоэле-
мента падает значительно медленнее во времени. Уровень помех, создавае-
мых фотоэлементами, определяется отношением среднеквадратичного напря-
272
жения шумов (на активном сопротивлении в цепи фотоэлемента) при за-
данном постоянном световом потоке к среднеквадратичному напряжению
(возникающему на том же сопротивлении) при амплитуде синусоидального
колебания светового потока топ же величины.
Кривые зависимости относительного шума от напряжения при одной
п той же величине фототока для газонаполненного и вакуумного кисло-
родно-цезиевых фотоэлементов приведены на рпс. 24183.
Абсолютная величина шума пропорциональна фототоку. Прп прочих
равных условиях шум том ниже, чем выше напряжение зажигания. Вакуум-
1) 200 400 600 800
2) 1000 2000 3000 4000 Ч°С°В
Рис. 240. Кривые измене-
ния чувствительности га-
зонаполненных кислород-
но-цезиевых и вакуумных
сурьмяно-цезиевых эле-
ментов
Рпс. 241. Кривые зависимости от-
носительного шума от напряжения
для газонаполненного и вакуумно-
го кпелородно-цезиевых фотоэле-
ментов
ные сурьмяно-цезиевые фотоэлементы создают шум меньший, чем газона-
полненные кпелородно-цезиевые фотоэлементы.
В табл. XVIII приведена сводка данных, относящихся к применяе-
мым в кинематографии газонаполненным кислородно-цезиевым и вакуум-
ным сурьмяно-цезпевым фотоэлементам.
Сравнивая между собой характеристики газонаполненных кислород-
но-цезиевых фотоэлементов и вакуумных сурьмяно-цезиевых фотоэлемен-
тов применительно к задаче воспроизведения звукового сигнала с фото-
графической фонограммы, можно сделать следующие выводы:
1. Газонаполненные кислородно-цезиевые фотоэлементы уступают
по своему качеству вакуумным сурьмяно-цезиевым фотоэлементам. Основ-
ными недостатками данных фотоэлементов являются инерционность и от-
сутствие тока насыщения. Последние приводят к образованию частотных
и нелинейных искажений и к сильной зависимости параметров фотоэле-
ментов от колебаний приложенного напряжения. Наряду с этими недостат-
ками можно отмстить еще меньшую стабильность и больший уровень соб-
ственных шумов у данных фотоэлементов.
2. Достоинством газонаполненных кислородно-цезиевых фотоэлемен-
тов является их сравнительно более высокая интегральная чувствитель-
ность.
С точки зрения анализа частотной характеристики входной цепи
усилительного устройства при различных схемах включения фотоэле-
ментов выгодно представить нагруженный фотоэлемент с внешним фото-
эффектом в виде генератора тока. Изложим подобную методику расчета
различных схем включения фотоэлементов, которая имеет более точное
значение для вакуумных фотоэлементов (разработана Лауфером). В общем
случае ток в цепи фотоэлемента /ф является функцией светового потока,
падающего на катод F п приложенного к фотоэлементу анодного напря-
18 В. А. Бургов
273
жепия zza, т. е. 1Ф — / (F, иа), поэтому полный дифференциал тока фото-
элемента:
di^
+ (265)
При постоянном анодном напряжении Ua
~^ = К (световая пнтегральная чувствительность фотоэлемента).
Прп постоянном световом потоке F
== -^7 (дифференциальная проводимость фотоэлемента).
Следовательно
(Нф = KdF 4- dua (266)
илп прп /< = пост., /?£ = пост. и изменении светового потока по синусо-
идальному закону амплитуда фототока (полагаем, что изменение фото-
тока мало)
7тФ = КТтЛ-~ита. (267)
При работе фотоэлемента па нагрузку с сопротивлением Z
Uma ~ I тФ
поэтому
= (268)
пли, так как э. д. с. источника Е определяется произведением тока ко-
роткого замыкания (Z = 0) на внутреннее сопротивление источника, то
ТтФ = ^Ф, '(269)
где ~
ЕтФ = КТ^ (270)
Таким образом, фотоэлемент с впеппшм фотоэффектом при постоян-
ном анодном напряжении п прп воздействии на пего переменного свето-
вого потока можно представить в виде генератора колебаний э. д. с',
с амплитудой:
ЕтФ = KFт R^
У вакуумных и газонаполненных фотоэлементов при малой величи-
не светового потока, падающего па катод фотоэлемента, Ri <£ Z (в осо-
бенности велико /?• у вакуумных фотоэлементов), поэтому эти фотоэле-
менты можно рассматривать как генераторы переменного тока.
На рис. 242 приведены различные схемы включения фотоэлементов,
их эквивалентные электрические схемы и частотные характеристики. . г
Коэффициент неравномерности (спад или подъем) частотной харак-
теристики представлен величиной:
= (271}
Uragf2
где Umgj — амплитуда напряжения на сетке первой лампы при частоте./.-
274 ?"<
Пример.
При применении гальванической схемы включения фотоэлемента (см. рпс. 242)
коэффициент неравномерности или спад частотной характеристики М па высокой
частоте /0 равен:
/l + (2-/0RrtC0)^
(272)
где RH—нагрузочное сопротивление, которое одновременно является сопротивлением
утечки первой лампы фотоусплительиого каскада; Со—паразитная емкость: нод*
Схема включения Эквивалентная схема на низких частотах Эквивалентная схема на средних частотах Эквивалентная схема Частотная на высоких частота^ характеристика
Гальваническая К сетке g; f 1 лампы /? 1/ —- со limn 11 _ | I z_Co. n '1 11 1 Яя|] Сл уСвхр; *jn;g ^тф || С«. А :1с Д t 1т 71 ргех “mg А 0 3 436 /о Г
Реостатно-емкостная -On 1 у и y Д >%, w Нн(| Umg !тф 1. Со 1 А 11 1; 1 Мдб о[- 3
Рис. 242. Различные схемы включения фотоэлемента и их частотные характе-
ристики
водящих проводов (Сл), входа самого фотоэломепта и участка «сетка-ппть» лампы (£вх)
Из (272) следует, что . ,
1
RH = 2r.f0C0
-i/’l-J/2
V м2
Формула (272) определяет влияние величины нагрузочного сопротивления на
частотную характеристику фотоусилптельного каскада при наличии паразитной
емкости CQ. л
Если допустить спад частотной характеристики па частоте а>0=2 п • 8000 гц,
выражаемый 717=0,7, то при паразитной емкости порядка Со=40 мкмкф полу-
чим /?н^200 ООО ом. Увеличение этого значения Rh при данных конкретных усло-
виях вызовет возрастание усиления колебаний низкой звуковой частоты, но ухудшение
частотной характеристики на высоких частотах. Считая, что максимальный световой
поток, падающий на фотокатод вакуумного сурьмяно-цезиевого фотоэлемента чувстви-
тельностью 80 мка/лм, равен 0,02 лм для максимального фототока, получим значение
1,6 мка, а для падения напряжения па указанном нагрузочном сопротивлении
•при низких частотах (когда Z=7?h—200 000 ом)—величину порядка 0,3 в:~‘
18* 275
Результаты анализа различных схем включения фотоэлементов пока-
зали, что наиболее простой и достаточно удовлетворительной в отноше-
нии качества является реостатно-емкостная схема включения. Последняя
преимущественно применяется на практике.
При очень больших значениях емкости подводящей проводки (соеди-
нительной линии) выгодно применить схему включения фотоэлемента с
использованием каскада с катодной нагрузкой (катодного повторителя).
Трансформаторные схемы включения отличаются некоторой критично-
стью в отношении наводок и требуют тщательного выполнения транс-
форматоров.
Во всех указанных схемах включения фотоэлементов с целью сниже-
ния относительного уровня помех применяются большие нагрузочные
сопротивления. Но это относится
фотоусилительным каскадом. Что
Рис. 243. Эквивалентная схема фото-
усилительного каскада с комплексной
обратной связью (включение источни-
ков питания не показано): 1ф—дей-
ствующее значение переменной состав-
ляющей фототока (от генератора то-
ка); гф—нагрузочное сопротивление пе-
ременному току фотоэлектрического
прибора в области низких частот; г а—
нагрузочное сопротивление лампы фо-
токаскада по переменному току; Сф—
входная емкость; Са—выходная ем-
кость; Св—емкость в цепи фильтра об-
ратной связи; 7?!, /?2—сопротивления це-
пи обратной связи
лишь к помехам, создаваемым самим
же касается относительного уровня
помех, обусловленных недостаточной
экранировкой входных цепей от внеш-
них переменных электрических по-
лей и микрофонными эффектами фо-
тоэлектрического прибора и входных
линий, то он пе зависит от величины
нагрузочного сопротивления.
С целью уменьшения влияния
последних помех, а также понижения
шума самой фонограммы наряду с
возрастанием нагрузочного сопротив-
ления предложено (Карнауховым)
расширить читающий штрих (до 40—
43 р) и компенсировать увеличение
спада частотной характеристики на
высоких частотах с помощью парал-
лельной комплексной обратной связи
по напряжению, охватывающей фо-
токаскад.
Схема подобного фотоусилптельного
каскада с комплексной обратной связью
приведена на рпс. 243. Лампа фотокаскада
охвачена параллельной обратной связью по
напряжению, которая приводит к уменьшению усиления каскада на низких и средних
частотах. По мере возрастания частоты уменьшается глубина обратной связи (за счет
емкостей Сф, Св и Са), повышается коэффициент усиления и частотная характеристика
приобретает подъем на высоких частотах.
На рпс. 244 приведены частотные характеристики эффекта читающего штрпха
(ширинэй 43 <х), фотокаскада с комплексной обратной связью и суммарная характери-
стика. Как видно из рпс. 244, применение фотокаскада с комплексной обратной связью
позволяет получить достаточно равномерную частотную характеристику в полосе
частот до 8000—9000 гц с резким спадом после этой частоты, что также выгодно в отно-
шении влияния помех (шума заплывания поперечной фонограммы).
При сравнительно большой величине светового потока, падающего
па фотокатод газонаполненного кислородно-цезиевого фотоэлемента, для
определения основных соотношений, относящихся к фотоусилительному
каскаду, необходимо исходить пз вольтамперной характеристики фото-
элемента.
На рис. 245 приведена вольтамперная характеристика газонаполнен-
ного кислородно-цезиевого фотоэлемента, снятая при световом потоке
в 1 .-w82, следовательно, ординаты этой характеристики выражают чув-
ствительность фотоэлемента как функцию напряжения в рабочих условиях.
275
Если считать, что В является рабочей точкой характеристики, т. е. точке В
отвечает номинальное рабочее напряжение Е, приложенное к электродам неосвещен-
ного фотоэлемента, то при падении на фотокатод светового потока F образуется фо-
тоток /ф, который на нагрузочном сопротивлении Вп создает падение напряжения Ди.
Это падение напряжения вызывает уменьшение напряжения на электродах фотоэле-
мента, которое становится равным:
Соответственно уменьшается
Считая крутизну вольтамперной
напряжения постоянной и равной g, умень-
шенная 1 v '
будет:
ua = E-Su. (273)
и интегральная чувствительность фотоэлемента,
характеристики в данном диапазоне изменения
чувствительность фотоэлемента
K^Ko-g^u, (274)
где Ко—начальная чувствительность неос-
вещенного фотоэлемента.
Отсюда согласно формулам 1ф — КЕ
1Ф^н
и Ди =—, ----
/1 + (7?н<»С)2
1ф — К^Е—gSuE —K.F
&фКнР
/1 + (Я„<»СР
(275)
равен:
Следовательно, фототок будет
K0F
S'V’
1Ф
(276)
(2П)
/Г+(Л„шсу
илп в частности прп низких частотах
Выражения (276) и (277) говорят о
том, что зависимость между током и све-
товым потоком в данном случае имеет
нелинейный характер. Также нелиней-
ной является зависимость между фотото-
ком и напряжением Ди на входе фотоу сн-
лйтеля:
Рпс. 244. Частотные характеристики
эффекта читающего штриха (шириной
43а), фотокаскапа и суммарная харак-
теристика
Рис.
(278)
245. К определению чув-
ствительное’! п газонаполненного
фотоэлемента при работе на пе-
ременном световом потоке
K0FRH
ДМ=Т+^ •
У газонаполненных кпелородно-цезие-
вых фотоэлементов, применяемых в кине-
матографии, KQ =150 мка/лм и g =
5 мка/лм-в (см. табл. XVIII). При пх
использовании в фотоу си лите льном каска-
де, имеющем нагрузочное сопротивление
/?к=2-105, напряжение Ди на входе фото-
усилителя будет:
&U = -А-г, •
I-J-jE
Кривая, выражающая эту зависи-
мость, приведена на рис. 246. Как видно
из этого рисунка, для световых потоков,
не превышающих 0,05 лм, зависимость между Ди и световым потоком можно считать
линейной. При больших потоках возникают уже нелинейные искажения.
Если световой поток, падающий иа фотокатод газонаполненного фотоэлемента,
изменяется по синусоидальному закону и g = 5 мка/лм-e, 7?н = 2105 ом, F=0,02 лм,
т. е. gBHF = 0,02, то вторая гармоника не превышает 1%, а третья — совсем мала.
277
В том или ином случае линейной передачи синусоидального сигнала
переменное напряжение ит на входном сопротивлении фотоусплителя Zb
может быть выражено произведением световой интегральной чувстви-
тельности фотоэлемента К, коэффициента модуляции пропускания фоно-
граммы среднего светового потока, падающего на фонограмму Fb,
среднего коэффициента пропускания фонограммы т0 и входного сопро-
тивления фотоусилителя Zb, т. е.
ит = KmxFbxbZb
(279)
В данной формуле F^—постоянный световой поток, прошедший
фонограмму и упавший па фотоэлемент; KF^q—постоянный фототок.
Коэффициент модуляции пропускания фонограммы равен коэффициенту
Рис. 24 G. Отступления от прямой про-
порциональности между напряжением
па входе фотоусплителя и световым по-
током в случае газонаполненного фото-
элемента
и_ения амплитуды фототока к посто-
янной слагающей фототока (при на-
личии фонограммы).
Действительно, световая интегральная
чувствительность фотоэлемента
^0т0 * 04)
откуда амплитуда фототока
г/п — KF от1,
или, так как амплитуда пропускания
тг = я?._т0,
то
im = KF^rn^
и следовательно
— imZb — KmrFото' ь, (280)
Обычно выражают входное напряжение фотоусилителя его эффек-
тивным значением84:
Щпэфф — 0, iKm^F qZqZ^ (281)
где KmzF^Q представляет собой амплитуду фототока, обусловленную
амплитудой пропускания фонограммы tv
Прп отсутствии фонограммы фототок (постоянный) определяется све-
товым потоком читающего штриха Fb п равен KFb. Следовательно, отно-
шение переменной слагающей фототока, обусловленной фонограммой,
к фототоку прп отсутствии фонограммы, равное
KmrFG-Q
XFq
(282)
m^o=Ti,
является общим выражением отдачи фотографической фонограммы. Вы-
ражение (281) является исходным для расчета усилительного воспроиз-
водящего устройства. Износ фонограммы прп эксплуатации приводит
к уменьшению эффективной величины амплитуды пропускания фоно-
граммы О,7О7ттто.
Ниже приводятся результаты экспериментального исследования влияния износа
фонограмм на величину отдачи фонограммы, уровня ее шума и коэффициента моду-
ляции пропускания (фототока) (данные получены Барбанелем).
Для эксперимента был заготовлен ряд образцов обычных поперечных черно-
белых фонограмм с записями паузы (с шумопонижением и без шумопонижения)
и частот 1000 и 7000 гц. Указанные образны подвергались износу путем пх прогонов
через кинопроектор типа КП Т-1 и перемотки после каждого прогона. Через каждые
50 прогонов производились измерения. Уровень отдачи фонограммы определялся путем
измерения переменного напряжения ит = на входном (пли выходном)
278
сопротивлении усилителя звуковоспроизведения (при линейной характеристике всего
тракта звуковоспроизведения).
Уровень шума определялся путем измерения переменного напряжения и'т при
прохождении через кинопроектор паузы, записанной с шумопонижением. Средний коэф-
фициент пропускания т0 определялся с помощью объективного микрофотометра.
Коэффициент модуляции фототока mi = определялся расчетным путем по фор-
муле:
Umn 'т°
min = - - %>
ито On
где min—коэффициент модуляции фототока прп данном п числе прогонов; и'тп—пе-
ременное напряжение прп данном п чпсле прогонов; тОп—средний коэффициент про-
пускания прп данном п числе прогонов; и'то,то—напряжение п средний коэффициент
пропускания прп «нуле» про-
гонов.
Данные эксперимента (для
одного среднего образца) при-
ведены на рпс. 247, дающем
зависимости отдачп ит, шума
и'т п коэффициента модуляции
фототока от числа прого-
нов.
Полагая 0,707л?тто = 0,07,
формула (281) приобретает вид:
итэфф — OfilKFoZt,.
При применении ваку-
умного сурьмяпо-цезпевого фо-
тоэлемента ч у вствптел ьностью
К = 80 мка/лм п среднем све-
товом потоке читающего штрп-
ха Fq = 0,02 лм расчетная ве-
личина эффективной амплиту-
ды напряжения на нагрузоч-
HOxM сопротивлении Zb =
.= 100 000 ом будет равна:
Рпс. 247. Экспериментальные кривые зависимости
отдачп ип, шума и'ч и коэффициента модуляции
фототока mt от числа прогонов фонограммы
ит эФФ = 0,07-^-0,02.1.103 = 0,011 = И мв.
Электрическая мощность сигнала на входе усилителя:
2
ТУ = ™ W = 1,2-10-» вт.
Zb
Для нормальной работы громкоговорителей в кинотеатрах необхо-
дима мощность порядка нескольких десятков ватт. Следовательно, при
использовании фотоэлементов с указанной выше чувствительностью не-
обходимо иметь сложные усилительные звуковоспроизводящие устройства,
обеспечивающие достаточно большое усиление электрического сигнала.
С большей сложностью усилителя обычно связаны и большая его чув-
ствительность к помехам и меньшая устойчивость его работы. Таким
образом, чувствительность фотоэлемента имеет большое значение с точки
зрения устройства звуковоспроизводящего усилителя.
Резкое увеличение чувствительности фотоэлемента дает возможность
уменьшить количество каскадов усиления, т. е. упростить звуковоспроиз-
водящий усилитель и повысить качество и устойчивость его работы. Так,
например, исключение первого каскада усиления из современного уси-
лительного устройства требует применения фотоэлемента с чувствитель-
ностью порядка нескольких миллиампер на люмен, а первых двух каска-
дов усиления—с чувствительностью порядка нескольких десятков милли-
ампер на люмен.
279
Учитывая, что усилительная звуковоспроизводящая аппаратура (в от-
личие, например, от усилительной записывающей аппаратуры) является
массовой аппаратурой, повышение чувствительности фотоэлементов яв-
ляется крайне необходимым. Вакуумные фотоэлементы с сурьмяно-цезпе-
вымп фотокатодамп имеют значительно большую чувствительность, чем
вакуумные кислородно-цезиевые фотоэлементы (примерно в четыре раза),
и не очень значительно отстают от чувствительности газонаполненных
кислородно-цезиевых фотоэлементов, по в то же время во всех других
отношениях имеют преимущества перед последними (в особенности для
воспроизведения сигнала с цветной многослойной кинопленки). Такое
положение сделало целесообразным разработку и применение для целей
воспроизведения звука с фотографиче-
ской фонограммы электронных умножи-
телей83 с сурьмяно-цезиевыми фотокатс-
дамп.
Разработанные (впервые Кубец-
ким86, затем Тимофеевым и другими)
фотоэлектронные умножители, пред-
ставляющие собой фотоэлементы с мно-
гократным электронным усилителем фо-
б
а
Рис. 248. Принципиальная схема
однокаска диого фотоэлектронного
умножителя
тотока с использованием явления вто-
ричной эмиссии электронов, имеют чув-
ствительности, в десятки тысяч раз пре-
вышающие чувствительность обычных
фотоэлементов. Многокаскадные фото-
электронные умножители с кислородно-цезпевыми фотокатодамп в силу
неустойчивости п неоднородности параметров, а также ввиду нсобходи-
мости высокого напряжения не получили широкого применения в кине-
матографии. Более выгодным оказалось использование однокаскадных
фотоэлектронных умножителей с сурьмяно-цезпевым фотокатодом.
Подобные однокаскадные фотоэлектронные умножители (разработан-
ные ЛИКИ п ВЭИ) отличаются простотой изготовления и однородностью
параметров. Они имеют чувствительность порядка 500—700 мка/лм и не
требуют, как многокаскадные электронные фотоумножители, высокого
напряжения.
Принципиальная схема однокаскадного фотоэлектронного умножителя
приведена на рпс. 248, а и б. Падающий на сурьмяно-цезпевый фотокатод
Кг световой поток вызывает вылет пз фотокатода электронов, которые,
пролетая через анод А, бомбардируют эмиттер /ь2, выбивая пз него вто-
ричные электроны. Эти вторичные электроны увеличивают общий элек-
тронный поток, падающий на анод, обусловливая тем возрастание тока
в цепи фотоэлемента.
Вакуумный сурьмяпо-цезпевый фотоэлемент с однокаскадным элек-
тронным усилением, рассчитанный на работу при напряжении 240 в,
является массовым типом фотоэлектронного умножителя, впервые широко
применяемым в отечественной киноаппаратуре. Этот фотоэлемент в на-
стоящее время широко внедряется в киносеть. Его использование воз-
можно во всех ранее выпущенных звуковоспроизводящих усилителях
и требует лишь незначительных изменений схем данных усилителей. Но-
вая серийная усилительная аппаратура включает в себя фотоэлемент
данного типа.
Пример.
Инициатива в разработке и применении одпокаскадпых сурьмяно-цезиевых фото-
электронных умножителем с целью применения их в кинематографии принадлежит
Ленинградскому институту киноинженеров (ЛИКИ). ЛИКИ (Штаркером, Подкуйко,
280
Чубиповым) разработан однокаскадпый фотоэлектронный умножитель ФЭУ-1, успешно
применяемый во многих кинотеатрах (рис. 249а).
Внешние форма и габариты фотоэлемента ФЭУ-1 ничем пе отличаются от формы
и габаритов обычного вакуумного сурьмяно-цезиевого фотоэлемента типа СЦВ-4.
Сурьмяно-цезпевые фотокатод и эмиттер нанесены на противоположных внутренних
стенках колбы, а анод в форме кольца с редкой сеткой размещен вблизи эмиттера.
Эмиттер расположен в нижней частп колбы. (Вследствие такого размещения эмиттера
цоколь ФЭУ-1 несколько укорочен по сравнению с цоколем СЦВ-4.) Вывод эмиттера
устроен па специальную клемму, укрепленную на цоколе. Выводы анода и катода сде-
ланы па штырьки цоколя. Замыкание клеммы эмиттера со штырьком анода превращает
фотоэлектронный умножитель в обычный сурьмяно-цезпевый фотоэлемент. Фотоэле-
Нптппд
15-
Рпс. 249а. Однокаскадный фото-
электронный умножитель ФЭУ-1
Рпс. 2496. Электрические (вольтам-
перпые) характеристики одпокаскад-
вого фотоумножителя ФЭУ-1
мент ФЭУ-1 ЛИКИ пмеет чувствительность порядка 400—600 ма/лм (прп общем напря-
жении питания 240 в) и практически линейную световую характеристику для использу-
емых световых потоков. Основные электрические (вольтамперные) характеристики
ФЭУ-1 приведены па рис. 2496 (соответствуют световому потоку 0,01 лм).
Общая вольтамперная характеристика 7 выражает собой зависимость фототока от
общего питающего напряжения при постоянном отношении напряжений па эмиттере
и аноде (порядка 3). Небольшая кривизна данной характеристики при общем питаю-
щем напряжении порядка 220—240 в говорит о малом влиянии колебаний напряжения
па чувствительность фотоэлемента. Эмиттер пая вольтамперная характеристика 2 пока-
зывает изменение фототока в зависимости от напряжения на эдшттере при постоянном
напряжении (220 в) па аноде. Анодная вольтамперная характеристика 3 выражает собой
зависимость фототока от анодного напряжения, взятого по отношению к эмиттеру при
постоянном напряжении эмиттера по отношению к катоду.
Нормальным электрическим режимом работы ФЭУ-1 является режим, прп кото-
ром: общее напряжение питания нобгц= 220—240 <?, напряжение иа эмиттере иэ= 170 в,
напряжение на аноде (относительно эмиттера) г/а=50—70 в.
Применение ФЭУ-1 хотя и пе даст еще возможности устранить первым каскад
усиления в усилительных устройствах, но имеет то преимущество, что позволяет умень-
шить в четыре-пять раз коэффициент усиления в применяющихся усилителях, повышая
тем самым стабильность действия данных усилителей и уменьшая пх чувствительность
к помехам. Наряду с ФЭУ-1 создан малогабаритный фотоэлемент данного типа для уз-
кий кинопленки—ФЭУ-2.
В целях уменьшения помех и шума, возникающих от наводок электрических
и магнитных полей и явления старения (необратимой усталости), разработана кон-
струкция сурьмяно-цезиевых фотоэлементов ФЭУМ (Штарксром, Подкуйко) с фотокато-
дом и эмиттером на металлической (никелевой) подложке. ФЭУМ отличается высокой
стабильностью (нс наблюдается изменения фототока в течение 700 часов освещения
в условиях эксплуатации) и низким уровнем помех. Средняя интегральная чувстви-
тельность фотоэлемента ФЭУМ имеет значение порядка 500 мка/лм (коэффициент
вторичной эмиссии 8—10).
ГЛАВА IV
ФОТОГРАФИЧЕСКИ!! МЕТОД ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
С ПОМОЩЬЮ ПОПЕРЕЧНОЙ ФОНОГРАММЫ
§ 50. ЭКСПОЗИЦИОННЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА КИНОПЛЕНКЕ
В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗВЕРТКИ СИГНАЛА ПИШУЩИМИ ШТРИХАМИ
ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЛИ ТРАПЕЦОПДАЛЬНОЙ ФОРМЫ
Развертка сигнала пишущим штрихом конечной ширины в процессе
поперечной заппсп приводит к неравномерному распределению экспозиции
по площади кинопленки. Характер данного экспозиционного изображе-
ния зависит от ширины пишущего штриха и формы его модуляционного
края. Получаемый эффект распределения экспозиции по площадп кино-
пленки равносилен тому, как если бы кинопленка сохраняла положение
покоя, а пишущий штрих совершал движение по закону кривой запи-
сываемого сигнала. На этом основании прп поперечной заппсп косину-
соидального сигнала прямоугольным пишущим штрихом равномерной
освещенности экспозиционное изображение па кинопленке легко найти
путем определения экспозиции отдельных участков (точек) неподвижной
кинопленки в результате движения штрпха по косинусоиде87. Суммарная
экспозиция получается в результате сложения экспозиций, обусловли-
ваемых движением отдельных бесконечно узких пишущих штрихов.
В этом случае, как показано на рис. 250, экспозиционное изображение на
кинопленке в пределах длины волны записанного колебания имеет шесть
зон, из которых четыре зоны являются зонами неравномерной экспозиции.
Неравномерная экспозиция точек кинопленки, находящихся в этих зонах
при постоянной освещенности пишущего штрпха, обусловлена различным
временем их освещения.
Все точки кинопленки, находящиеся в зоне 1, ограниченной кривой
ABODE и осью абсцисс, имеют одинаковую экспозицию IIъ=—’ где b—ши-
рина пишущего штрпха; v—скорость движения кинопленки; Е—освещен-
ность пишущего штриха.
В зонах 2 п 4 точки, имеющие одинаковую экспозицию, распола-
гаются по косинусоидальным кривым, одна из которых показана пунк-
тиром на рис. 250, причем абсолютное значение экспозппии за] иепт от
фазового сдвига той или иной косинусоидальной кривой. Экспозиция
любой точки кинопленки, находящейся в зоне 2, определяется длиной
отрезка о, »т. е.
(283)
282
где Hz — экспозиция точек зоны 2, лежащих на косинусоиде, опреде-
ляемой формулой: У = а-у атст>2ъ (X —длина волны записи), а
Нь — экспозиция всех точек зоны 1, Для основной косинусоиды I 8 = 0;
йоэтому все точки, лежащие па ной в пределах зоны 2, имеют экспо-
зицию Hz = 0. Наоборот, для косинусоиды II Ъ = 6; следовательно, все
точки кинопленки, лежащие на косинусоиде в пределах зоны 2, имеют
экспозицию, равную экспозиции Нь всех точек зоны I.
Время экспозиции любой точки кинопленки, находящейся в зоне 4,
определяется длиной отрезка, параллельного оси абсцисс и ограниченного
этой точкой, и ветвью косинусоиды II, т. е. экспозиция точек зоны 4,
лежащих на косинусоидаль-
ных кривых, сдвинутых по
отношению к косинусоиде
I на отрезок о:
Hz
Рпс. 250. Характер экспозиционного изображе-
ния па кинопленке при записи прямоугольным
пишущим штрихом косинусоидальных колеба-
ний (рассеяние света в слое не принимается во
внимании):
27737
уравнение кривой I — у [ = а + am cos ;
о 2т:(з?—Ь)
уравнение кривой II—уп=а-\- am cos—;
т—коэффициент модуляции (6—неэкспонирован-
ная зона)
' Для косинусоиды 7 8 = 0,
роэтому все точки, лежащие
на ней в пределах зоны 4, име-
ют экспозицию IIъ. Наобо-
рот, для косинусоиды II
ь = следовательно, Hz = 0,
т. е. все точки кинопленки,
принадлежащие в пределах
воны 4 косинусоиде II пме-
|от экспозицию, равную 0.
В зонах 3 п 5 точки,
имеющие одинаковую экспо-
зицию, располагаются на
прямых, параллельных краю
пишущего штриха, причем абсолютное значение экспозиции зависит от
положения данных прямых по отношению к узловым точкам С п F.
» Экспозиция точек, лежащих на горизонтальных прямых в пределах
зоны 3, определяется в зависимости от величины сдвига о косинусоиды,
проходящей через точку пересечения горизонтальной прямой с косину-
соидой I, а именно:
Для точки С имеем 8 = Ь, и экспозиция в ней равна II ъ, а для точек,
лежащих на прямой GK, 8 = 0, следовательно, Hz = 0.
Аналогично экспозиция точек, лежащих па горизонтальных прямых
в пределах зоны 5, также в зависимости от 8
Для точек, лежащих на прямой АВ, 8 = 0; следовательно, экспозиция
этих точек равна Нь] для точки F 8 = 0 и /7б = 0.
Соединяя точки, находящиеся в различных зонах и имеющие оди-
наковую экспозицию, получаем кривые равной экспозиции при записи
^синусоидального сигнала. Подобные кривые изображены на рпс. 251.
|Гаким образом, конечная ширина пишущего штриха приводит к тому,
нто при поперечной записи имеет место градационное распределение
Ькспозиции по площади кинопленки (за счет переменного времени экс-
283
Рис. 251. Кривые равной экспозиции
при записи прямоугольным
штрихом косинусопдалЫ1ых
Направление
колебаний
пишущим
колебаний
Световое пяЬпно
Рис. 252. Форма пишущего
пириха при М-образном све-
товом пятне; D'—изображение
Рис. 253. Схема к определению распределения
экспозиции кинопленки при записи косинусо-
идального сигнала арапецоилальным пишущим
штрихом (£—неэкспонированная зона)
Рпс. 254. Кривые равной экспозиции прп
записи косинусоидального сигнала тра-
пецеидальным пишущим штрихом
284
позиции) в виде зон неравномерной экспозиции на краях экспозицион-
ного изображения (между максимально экспонированными и минимально
экспонированными участками кинопленки с линейным спадом экспозиции
в данных зонах). Относительная величина зон неравномерной экспозиции
экспозиционного изображения на кинопленке имеет тем большее значение,
чем выше частота записываемых колебаний, или чем меньше длина
волны записи по сравнению с шириной пишущего штриха.
На практике широко применяется пишущий штрих трапепоидальной
формы, обусловленный М-образиой или треугольной формой колеблю-
щегося светового пятна, модулирующего механическую щель (рпс. 252).
Распределение экспозиции на кинопленке при такой форме пишущего
штриха также подчиняется определенной закономерности. Характер
экспозиционного изображения при трапецопдальной форме пишущего
штриха (согласно анализу, произведенному Цпрулиной88) зависит от
отношения амплитуды скорости записываемого колебания атю к по-
стоянной скорости движения кинопленки v и от угла наклона (среза)
модулирующего края пишущего штрпха а (рпс. 252).
С точки зрения закономерностей распределения экспозиции харак-
терными являются случаи (условия):
ат<а
V
, атт
tga и ----
о v
tga.
При экспозиционное изображение косинусоидального ко-
лебания пишущим штрихом трапецоидальной формы подобно экспози-
ционному изображению данного сигнала, полученному прямоугольным
пишущим штрихом (рис. 253); оно имеет две зоны равномерной экспози-
ции и четыре зоны неравномерной экспозиции.
В зоне равномерной экспозиции 1 время экспозиции всех точек
Ъ 7
кинопленки равно — , где 6 —ширина пишущего штриха.
Время экспозиции точки кинопленки ЛЛ1, находящейся в зоне 2
t ... . 2гх j 2л (х—
(зоне, ограниченной кривыми у^а-^ат cos у-и yll=a+h-i-amcos—д-—- \
в направлении прямой, параллельной пишущему краю штриха,
определяется значением:
Vb
Ъ = (285)
где V равно отношению отрезков к BQCr.
Время экспозиции точек кинопленки в зоне 4 равно:
^ = (1-Г)|. (286)
В зонах 3 и 5 точки кинопленки, имеюшие одинаковое время экспо-
зиции, располагаются на прямых, параллельных наклонному краю пи-
шущего штриха.
В зоне 3 время экспозиции, соответствующее данным прямым, равно:
Ъ = (287)
а в зоне 5:
^ = (1-Р)4» (288)
где
О _ ММ'
Р MN ”
285
Соединяя точки, находящиеся в различных зонах, имеющие одина-
ковое время экспозиции, получаем кривые равном экспозиции. Подобные
кривые изображены на рпс. 254.
Экспозиционное изображение при записи косинусоидального сигнала
прямоугольным пишущим штрихом можно рассматривать как частный
случай применения трапецеидального пишущего штрпха, у которого а = 0.
Прп < tga (рис. 255) образуются лишь три зоны: 1, 2иЗ. Зона
2пх
равномерной экспозиции 1 ограничена кривой ут = а 4 ат cos -у-
и осью аг, а зона неравномерной экспозиции 2 ограничена кривыми
ут = а 4- am cos —- и уп = а 4- h 4-
2к(х—Ь)
4- am cos —Ц .
л
Время экспозиции всех точек
зоны 1 равно:
Ъ
U1 v 9
Рис. 255. Кривые равной экспозиции при
записи синусоидального сигнала трапе-
цеидальным пишущим штрихом
(289)
а точек зоны 2 (в направлении,
параллельном наклонному краю
пишущего штриха):
(290)
где
Граничным условием, разделяющим оба рассмотренных случая распре-
деления экспозиции, является:
CZ722-CO /нал \
— =Zga. (291)
( Прп применении отечественной звукозаписывающей аппаратуры а я 60й;
а ъ 0,5 мм (двусторонняя фонограмма) u v = 456 мм {сек. Для данных
значений а, а, г; и т = 1 граничной частотой /гр будет частота колебаний:
. , _ tg 60°-1-456 _25Q
; ) 'гр— 2л-0,5 —гц,
т. е. прп частоте записываемых колебаний меньшей 250 гц экспозици-
онное изображение будет характеризоваться рпс. 253, а при частоте
большей 250 гц — рпс. 255.
§ 51. ВЛИЯНИЕ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА (КИНОПЛЕНКИ),
УСЛОВИИ ЕГО ПРОЯВЛЕНИЯ II РАССЕЯНИЯ СВЕТА В ФОТОСЛОЕ
НА ХАРАКТЕР ФОТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ-
НЕГАТИВА ФОНОГРАММЫ
5 Фотографический процесс отзывает свое влияние иа качество зву~
копередачи в виде образования нелинейных и частотных искажений.
Это происходит по той причине, что сигнал, развернутый пишущий
штрихом по длине кинопленки в процессе поперечной записи, представ-
ляется градационным распределением экспозиции по площади кинопленки
или неравномерным экспозиционным изображением. Как это уже ука-
зано выше, градация экспозиции проявляется в форме краевых зон
неравномерной экспозиции на границе максимально экспонирован*
286
ных п неэкспонированных участков кинопленки. Образование данных
зон неравномерной экспозиции обусловлено действием не только ко-
нечной ширины пишущего штриха, но и процессом рассеяния света в све-
точувствительном слое кинопленки.
Фотографический процесс обработки поперечной записи влияет на
распределение плотностей в участках пленки, соответствующих зонам
неравномерной экспозиции, и тем самым на качество звукопередачи. Это
влияние сказывается в форме образования тех или иных нелинейных
и частотных искажений и фонового шума, обусловленного перезкостыо
границы экспонированных и неэкспонированных участков пленки (нали-
чием зон неравномерной плотности).
Относительная величина зон неравномерной экспозиции и соответ-
ственно зон неравномерной плотности па кинопленке имеет тем большее
значение, чем выше частота записываемых колебаний; поэтому при по-
перечном методе фотографический процесс создает искажения передавае-
мого сигнала на высоких частотах. Для получения необходимой экспози-
ции кинопленки пишущий штрих имеет конечную ширину; кроме того
при использовании любой пленки трудно полностью освободиться от
рассеяния света, поэтому практически всякая поперечная запись имеет
указанные зоны неравномерной экспозиции. Характер экспозиционного
изображения сигнала, развернутого пишущим штрихом, зависит также
от формы последнего, а характер соответствующего фотографического
изображения в виде поперечной фонограммы, кроме закономерностей,
определенных характеристической кривой и рассеянием света, может
зависеть еще от пограничных эффектов проявления. Таким образом, влия-
ние фотографического процесса на качество звукопередачи при попереч-
ном методе обусловлено следующими факторами:
1) формой и конечными размерами пишущего штриха;
2) рассеянием света в фотослое кинопленки;
3) законом почернения фотографического слоя, выраженным характе-
ристической кривой (плотность, коэффициент контрастности);
4) пограничными эффектами проявления, оказывающими влияние
в форме образования искажений на высоких частотах.
Влияние пограничных эффектов проявления значительно снижается
при применении усовершенствованных проявочных систем и специальных
кинопленок для записи, медленно проявляемых до коэффициента конт-
растности, близкого к максимальному ого значению. Учитывая этот фак-
тор, мы в дальнейшем своем изложении ограничимся рассмотрением влия-
ния на характер фотографического изображения в виде негатива фоно-
граммы лишь первых трех факторов, играющих основную роль в фотогра-
фическом процессе звукопередачи. - »
Первые два фактора определяют распределение экспозиции на кино-
пленке или характер экспозиционного изображения, а третий—характер
соответствующего фотографического изображения.
Экспозиционное изображение на кинопленке обусловлено разверткой
сигнала не том пишущим штрихом равномерной освещенности, который
определен оптическим изображением, падающим на кинопленку, а том
расширенным пишущим штрихом, имеющим неравномерную освещен-
ность (рассеянным пишущим штрихом), который образовался в резуль-
тате рассеяния света в фотографическом слое кинопленки. Подобным рас-
ширенным (рассеянным) пишущим штрихом неравномерной освещенности
и осуществляется, собственно, запись (развертка по длине кинопленки)
того пли иного сигнала. На рпс. 256. показано экспозиционное изобра-
жение на кинопленке, образовавшееся в результате записи косинусои-
дального колебания прямоугольным штрихом с учетом рассеяния света.
287
Как видно из данного рисунка, запись рассеянным пишущим штри-
хом приводит так же, как и прп использовании нерассеяпного пишу-
щего штриха, к образованию зон неравномерной экспозиции, но имеет
место иное распределение экспозиции в данных зонах. Если при равно-
мерной освещенности нерассеяпного пишущего штриха изменение экспо-
зиции в зонах неравномерной экспозиции происходит по лпнейному
закону, то при неравномерной освещенности рассеянного пишущего
штрпха оно становится уже нелинейным.
Указанное выше распределение освещенности рассеянного пишу-
щего штриха обусловливает в результате развертки сигнала следующий
характер изменения экспози-
ции в зонах неравномерной
экспозиции: по направлени-
ям от максимально экспони-
рованных к минимально экс-
понированным участкам (ука-
занным па рис. 256 стрелка-
ми) экспозиция уменьшается
сначала медленно, потом бы-
стрее.
Резкое изменение экспо-
зиции обусловлено левой по-
ловиной ширины рассеян-
ного пишущего штриха, в
пределах которой освещен-
ность меняется от самых ма-
лых значений до максималь-
ной своей величины. Спад
освещенности (начиная с мак-
симальной освещенности) в
правой половине ширины Ьэ
Рис. 256. Характер экспозиционного изобра-
жения прп записи косинусоидальных колеба-
нии прямоугольным пишущим штрихом с уче-
том рассеяния света
пишущего штриха как раз и приводит к тому, что в дальнейшем возрас-
тание экспозиции в зонах происходит более медленно.
Согласно (67) освещенность рассеянного пишущего штрпха во внепптеп части:
En внешн = ENqC с^.
Следовательно, закон изменения экспозиции на краю зон определяется формулой:
Ьэ/2и
Н = Ejvoe~cf dt.
о
{E'n^—постоянная максимальная освещенность; р—координата; с—коэффициент,
зависящий от поглощения и рассеяния.)
Время экспозиции в данном случае
t=z-=$,
V
trq V—скорость движения кинопленки в процессе записи; z—координата, связанная
С кинопленкой.
Поэтому
Ьэ[2ъ
H(z) = E'Noe-cz+ctv dt = HN0e~c\ (292)
О
где
= Enq ectv dt.
0
288
Рис. 257. Характеристическая кривая и со-
ответствующая ей кривая зависимости коэф-
фициента пропускания от экспозиции HN
Прп достаточно высокой освещенности пишущего штриха, падаю-
щего на кинопленку (и соответственно освещенности рассеянного пишу-
щего штриха), указанный выше характер изменения экспозиции в зонах
равносилен (с точки зрения образования фотографического изображения,
отвечающего большому значению коэффициента контрастности у) расши-
рению равномерно и максимально экспонированной площади экспози-
ционного изображения. Очевидно, это расширение тем больше, чем больше
освещенность пишущего штриха.
Таким образом, влияние рассеяния света в фотослое привело как
бы к нивелированию зон неравномерной экспозиции и в то же время
к искажению формы кривой,
ограничивающей площадь прак-
тически равномерной и макси-
мальной экспозиции киноплен-
ки. Форма данной ограничива-
ющей кривой всегда определяет-
ся формой той или иной кривой
равной экспозиции (см. рпс. 251).
Изменение освещенности пишу-
щего штриха приводит к пере-
мещению границы практически
равномерного экспозиционного
изображения в виде перехода
от одной кривой равной экспо-
зиции к другой кривой равной
экспозиции.
Данный переход определяет изменение формы ограничивающей кривой
в зависимости от освещенности пишущего штриха. Экспозиционное изо-
бражение на кинопленке при записи рассеянным пишущим штрихом
того или иного сигнала определяет собой соответствующее распределение
плотностей фотографического изображения. Это распределение происхо-
дит на основе характеристической кривой, найденной в условиях записи,
т. е. применительно к данному пишущему штриху и скорости кинопленки.
Как следует из характеристической кривой, выражающей зависимость
плотности от логарифма экспозиции, распространенное фотографическое
изображение в виде негатива фонограммы ограничивается не нулевой
плотностью, а некоторой конечной небольшой плотностью, соответству-
ющей плотности Do вуали (рис. 257). Таким образом, крайние весьма
малые экспозиции экспозиционного изображения не производят фотогра-
фического действия, в силу чего фотографическое изображение пред-
ставляется отсеченным экспозиционным изображением. Граница этого
среза в форме той или иной кривой равной экспозиции зависит от
максимальной экспозиции экспозиционного изображения.
Полагая, что все экспозиции, лежашие выше экспозиции, соответствующей
плотности вуали Do, находятся на прямолинейном участке характеристической
кривой, имеем зависимость между плотностью DN и экспозицией
DN = D0 + 1NlgHN, (293)
где —коэффициент контрастности негатива.
Из (293) следует, что коэффициент пропускания экспонированной зоны негатива
= WFDn = 10~d<>Hn-^n (294)
Зависимость между и HN при определенном значении которая может
быть установлена путем перерасчета характеристической кривой, графически пока-
19 в. А. Бургов
289
зава на рис. 257. Сопряжение данной характеристики с распределением экспозиции
в зонах неравномерной экспозиции определяет характер фотографического изображе-
ния на кинопленке в виде негатива фонограммы. Если допустить, что экспозиция
на краю распространенного экспозиционного изображения спадает но экспоненциаль-
ному закону
= (295)
где —максимальная постоянная экспозиция; с—коэффициент, зависящий от
поглощения и рассеяния света; z—координата, то, подставляя (295) в (294), найдем
соответствующее изменение коэффициента пропускания
Tjv = ke~CiNz (296)
пли плотности
Dyy = Igio е (297)
(А и ki—константы).
Из (297) следует, что резкость фотографического изображения в виде негатива
фонограммы будет:
— dDN
21/ = —-^ = ^!^, (298)
т. о. при определенном значении коэффициента с увеличение значения коэффициента
контрастности повышает резкость фотографического изображения, создавая более
узкий переход от максимальной к минимальной плотности.
Прп коэффициенте с порядка 0,08 — 0,1 и *[N порядка 2 и выше
имеет место достаточно большая резкость фотографического изображе-
ния. В этом случае можно считать, что фотографическое изображение
в виде негатива фонограммы практически пмеет во всех точках постоян-
ную плотность, определенную согласно характеристической кривой зна-
чением максимальной экспозиции экспозиционного изображения. Таким
образом, эффект рассеяния света в форме расширенного пишущего
штрпха неравномерной освещенности и высокий коэффициент контраст-
ности кинопленки привели практически к нивелированию зон перемен-
ной плотности, которое произошло в силу распространения максималь-
ной равномерной плотности на более широкий участок каждой зоны.
В результате фотографическое изображение имеет всюду одинаковую
плотность (максимальную), но оно искажено по форме в силу расшире-
ния за счет краевых зон.
Поскольку резкость фотографического изображения при развертке
сигнала рассеянным пишущим штрихом приобретает (при высокой кон-
трастности фотослоя) большее значение по сравнению с разверткой
нерассеянпым пишущим штрихом, пет особой необходимости иметь резко
очерченный по ширине оптический пишущий штрих и предъявлять чрез-
мерно строгие требования в отношении коррекции к оптической системе.
Строго говоря, при фотографической поперечной записи на кинопленках
высокой контрастности с рассеянием света записывающая оптика (опти-
ческая система, дающая изображение в виде оптического пишущего штриха
на кинопленке) должна рассчитываться с учетом рассеяния света в фото-
слое. Такие понятия, относящиеся к оптическому изображению, как
резкость, дифракция и др., должны быть в этом случае заменены фото-
графической резкостью, оптпкофотографпческой дифракцией и др.
§ 52. ЗАПЛЫВАНИЕ ФОНОГРАММЫ
Расширение фотографического изображения за счет краевых зон,
происходящее в силу рассеяния света в фотослое, называется заплыва-
нием фонограммы.
290
Заплывание фонограммы (по сравнению с идеальной фонограммой,
отвечающей бесконечно узкому пишущему штрпху при отсутствии рас-
сеяния света) происходит всегда в направлениях изменения экспозиции,
определенных экспозиционным изображением, так что в конечном счете
искаженной ограничивающей кривой является та или иная кривая рав-
ной экспозиции. На этом основании можно условно считать, что при
записи того илп иного звукового сигнала фотографическое изображение
в виде негатива фонограммы определяется разверткой сигнала эквива-
лентным пишущим штрихом при допущении, что все точки образовав-
шегося экспозиционного изображения обусловливают одинаковую плот-
ность, соответствующую максимальной экспозиции экспозиционного изо-
бражения. Ширина данного эквивалентного пишущего штриха, равная
величине расширения фотографического изображения за счет краевых зон
пли величины заплывания, определяется величиной коэффициента, завися-
щего от поглощения и рассеяния света с, значением максимальной экспо-
зиции Н (или соответственно освещенностью пишущего штрпха) и характе-
ристической кривой кинопленки.
Математически она может быть представлена формулой 91:
ba = ^-(DN-DNo), (299)
где Ь9 — ширина эквивалентного пишущего штрпха; — коэффициент
контрастности негатива; Zjv — коэффициент заплывания (пропорциона-
лен — J; плотность негати-
ва; D„ —плотность негатива, при
которой отсутствует эффект изме-
нения ширины штрпха.
Пусть на неподвижную киноплен-
ку падает экспозиционное изображение
в виде рассеянного пишущего штрпха
(рис. 258) так, что внешняя экспози-
ция или экспозиция за пределами пло-
щадп порассеянного пишущего штрпха
(см. формулу 66)
Рис. 258. Схема к выводу ширины экви-
валентного пишущего пириха
Н*9) = е~с₽ (есЬ/2—(300)
Л
где Н—постоянная экспозиция, обу-
словленная оптическим штрихом без
рассеяния; с—коэффициент, зависящий от поглощения п рассеяния света; Ь—шири-
на оптического штриха (без рассеяния) п р—координата.
Получение в случае рассеяния света одной и той же распространенной экспо-
зиции фотослоя при различных значениях первоначальной экспозиции и
оптического штриха позволяет написать равенство:
Ное~с$° (ecbl2—e~cb‘2) = (ecbl2—e~cb>2), (301)
откуда следует
сРо
или
lg^-‘ = c(?i—?о) 1g е-
(302)
Суммарное заплывание с обеих сторон пишущего штриха определится значением:
2 (31—₽о) = &—Ьо, (303)
где Ь—bQ — изменение ширины штриха.
19* 291
Считая, что данное заплывание имеет место при Нг = Н, получаем:
6-t0 = ANlg^-, (304)
где
к = 2-
N с 1g е
является коэффициентом заплывания применительно к пишущему штриху конечной
ширины. При к^ = 0 измэпение ширины штриха b—Ьо = 0.
Предполагая, что экспозиции Н и /70 соответствуют прямолинейному участку
характеристической кривой, можно на основании (33) написать равенства:
= (305)
И
^o = T№g^-. (зоб)
где Dn и DNq—плотности, отвечающие экспозициям Н и Но\ Ни — экспозиция,
соответствующая началу прямолинейного участка.
Следовательно, величина заплывания, или ширина эквивалентного пишущего
штриха, равна:
к
ъ =ъ-ъо= -JL(DN-DN0). (307)
In
(Использование понятия эквивалентного пишущего штриха предполагает, что всегда
DN > ^W)
Ширина эквивалентного пишущего штриха может быть как больше,
так и меньше ширины пишущего штриха, падающего на кинопленку.
Данное понятие эквивалентного пишущего штриха выгодно в том отно-
шении, что дает возможность определить искаженное фотографическое
изображение в случае записи любого сигнала. Как мы увидим в даль-
нейшем, с его помощью можно выразить сложные изменения экспози-
ционных изображений в процессе копирования более простыми при-
ближенными, но достаточно точными для практики физическими пред-
ставлениями.
Конечная ширина эквивалентного пишущего штриха определяет
собой величину возникающих в фотографическом процессе как нелиней-
ных, так и частотных искажений, имеющих в случае первичной записи
один и тот же источник в виде рассеяния света в фотографическом слое
(увеличение нелинейных искажений в первичной записи связано с воз-
растанием частотных искажений и наоборот).
§ 53. ШУМ ЗАПЛЫВАНИЯ И ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
НЕГАТИВА ФОНОГРАММЫ
ъ
В результате развертки косинусоидального сигнала эквивалентным
пишущим штрихом возникают несимметричные нелинейные искажения
в форме образования главным образом четных гармоник и изменения
средней составляющей. Поскольку данные фотографические искажения
приобретают ошутпмое значение лишь при записи колебаний высокой
звуковой частоты, то образующиеся четные гармоники по своей частоте
выходят за пределы необходимого для неискаженной передачи частот-
ного диапазона. Изменение же средней составляющей в форме образу-
ющихся в случае сложного звукового сигнала (представляемого суммой
отдельных гармонических, составляющих) комбинационных тонов оказы-
вает уже существенное влияние на качество звукопередачи.
41 Данный эффект приобретает особое значение при записи речи, где
оп проявляет себя в форме образования паразйтного низкочастотного
*292
шума, сопровождающего воспроизведение свистящих и шипящих звуков
речи (звуки «С», «Ч», «Ш», «Щ»), которые, как известно, имеют наибо-
лее высокие характеристические частоты. Величина такого шума, обуслов-
ленного фотографическим заплыванием фонограммы (шума заплывания),
является основным критерием качества фотографического процесса звуко-
передачп. Другим дополнительным критерием является отдача фоно-
граммы. Величина шума заплывания, возникающего при записи речи,
определяется степенью изменения средней составляющей при контроль-
ной записи простых гармонических колебаний или контрольной записи
периодических колебаний в форме биений. Это имеет место потому, что
степень изменения средней составляющей при записи как простых (гар-
монических), так и сложных периодических колебаний характеризует
собой величину образующихся (прп одинаковых условиях записи и фото-
обработки) комбинационных тонов, отвечающих сложному сигналу. Вели-
чина изменения средней составляющей и соответственно шум заплыва-
ния зависят от характера сигнала п шпрпны эквивалентного пишущего
штриха и в каждом отдельном случае могут быть определены пз раз-
вертки сигнала эквивалентным пишущим штрихом.
Если произвести микрофотометрирование (например, с помощью
регистрирующего микрофотометра) типичного негатива поперечной фоно-
граммы с записью косинусоидальных колебаний, то эффект изменения
средней составляющей может быть выражен величиной изменения сред-
него коэффициента пропускания:
= (308)
где т0 и т' —средние коэффициенты пропускания фонограммы (например,
за период записанных колебаний) без фотографических искажений
и с фотографическими искажениями. Для того чтобы можно было судить
о степени влияния данного эффекта на качество звукопередачи, опреде-
ляется величина отношения к амплитуде пропускания колебания
основной частоты фонограммы т. е. относительное значение
дх = ^> (309)
которое является мерилом относительного уровня шума заплывания.
Ввиду того, что при поперечной записи и ее фотографической обработке
возникают преимущественно четные гармоники, приближенно можно
считать характерной в этом случае нелинейность звукопередачи, опре-
деленную квадратичной зависимостью у = х2, где у — выходной, а я —вход-
ной сигналы.
Записывая косинусоидальный сигнал (рис. 259) с угловой частотой
х = я’о (х2 — хс) cos u)Z,
где t—время, получим:
у = х2 + 2.т0 (rr2 — xQ) cos <nt 4- 4- cos 2<d/. (310)
Относительный уровень шума заплывания фонограммы выразится
« ~ (Хч-Хп)2
отношением величины изменения средней составляющей ~ 2 к ампли-
туде 2гг0 (х2 — х0) колебания основной частоты, т. е.
д (*2 —*о)2
1 4х0(^2—*о)
или, так как
л:т-Ьт2
хо — 2 9
293
то
1 а?2—
4 х2 4- хх *
Наблюдаемые на фонограмме амплитуды А к В отдельных искажен-
ных полуволн связаны со значениями а?2, хх и xQ зависимостями:
Отсюда следует
А = у2-у0 = х2-х2,
В = У0-у1 = х2-хг1.
А В = х2 — х2,
A-B = ^(xz-xtf
д 1 х2— Хх 1 А —В 89
1 4 х2 4- хх 2 Л 4- В
(311)
При записи косинусоидального колебания эквивалентным пишущим
штрихом шириной Ьэ, когда ограничивающие фотографическое изобра-
Рис. 259. Схема к определению
зависимости относительного шу-
ма заплывания от амплитуд ис-
каженных полуволн А и В
жение на кинопленке косинусоидальные
кривые (рис. 260) определяются выраже-
ниями:
Рпс. 260. Схема к выводу относительной
величины изменения средней составляю-
щей
2кх
yI = a-\- am cos — ,
, 2п{х-Ъэ)
Уц~а~^ а7П C0S -д---
где X —длина волны записи, имеем:
А = ат и В = am cos -т- .
А
Следовательно, приближенно
относительный уровень шума заплывания
_ \ _ 1 А-В_ 1 t
2 А + В 2 Z 2 tg 2Х •
( ат am cos -у- )
Выражая длину волны записи X через угловую частоту со и ско-
рость v движения кинопленки и подставляя значение Ьэ согласно фор-
муле (299), получим:
д _ 1 t(/b’_ 1
1 - 2 tg 4® ~ 2 tg 4(jvi>
(312)
294
Абсолютная величина изменения средней составляющей Дт пропор-
циональна значению А — В, или, так как
А-—В = ( am — ат cos -у- ), величине 2am sin2 у- = 2am sin2 -г- .(313)
Л у ~ки
I
i Как показывает формула (313), в случае записи косинусоидальных
колебаний абсолютная величина изменения средней составляющей (заплы-
вание фонограммы) зависит
дебанпй, а также от ширины
ляемого при данных A/v, 7N
и Dpjq величиной D^.
от частоты и амплитуды записываемых не-
эквивалентного пишущего штриха, опреде-
На рпс. 261, 262 (согласно
исследованиям Парфентьева90)
приведены микрофотограммы за-
писанного колебания частотой
5000 гц, а на рпс. 263—ряда ча-
стот, поясняющие искажения
формы передаваемого колебания
в негативе фонограммы и соот-
ветственно изменения средней со-
ставляющей пропускания негати-
ва фонограммы в зависимости от
указанных факторов.
Искаженное в результате
фотографического процесса сину-
соидальное колебание высокой
частоты может быть выражено
эмпирическим уравнением (по
Парфентьеву):
2тс
/ Л
в интервале 0 х —
N—величина поглощения (1—т);
х—расстояние вдоль осп негатива
фонограммы; X—длина волны за-
писи; с и п—постоянные для дан-
ной фонограммы; а и Ъ—коэффи-
циенты, характеризующие коле-
бание в случае отсутствия иска-
жений (нпзкая частота) согласно
формуле:
ят 7 2тгя
N = a + о cos—г— .
Л
7V==«-|-bcos
где
Рпс. 261. Искажения записанного синусоидаль-
ного колебания в зависимости от плот пости не-
гатива фонограммы: а—передача тона частоты
5000 гц при разных плотностях негатива фоно-
граммы; б—изменение формы звуковой волны
при разных плотностях негатива фонограммы
Что касается относительного шума заплывания, то он, как это сле-
дует из формулы (312), в случае записи косинусоидальных колебаний
не зависит от амплитуды сигнала.
При записи эквивалентным пишущим штрихом сигнала в форме периодически
повторяющихся прямоугольных импульсов, ширина которых Ь (при записи на кино-
пленке без искажений) равна расстоянию между ними (рис. 264), относительный
уровень шума заплывания приближению будет определяться отношением величины
ъ9 , , , Ь Ь3
расширения фотографического изображения к ширине -х-----н- светлой части, т. е.
л л л
*>э/2
295
Пропускание (в относит, един.)
Рис. 262. Искажения формы передаваемых синусоидаль-
ных колебаний частотой 5000 гц в негативе в зависи-
мости от амплитуды записи (глубины модуляции)
Рис. 263. Искажения формы передаваемых си-
нусоидальных колебаний различной частоты прп
одинаковых плотностях и глубине модуляции
Рис. 264. Схема к эффекту фотографи-
ческого заплывания прп записи пери-
одических прямоугольных импульс св
(штрпхового растра)
296
Представляя Ъ как половину длины волны записи, имеем:
, X v
b = ~2~~2f
где /—частота прямоугольных импульсов п v—скорость пленки
Следовательно, на основании (309)
км
д V2
1 i~b^2
(314)
Исходя из этого выражения, зависимости относительного шума заплывания
от плотности негатива DN, частоты / записываемых колебаний и коэффициента кон-
трастности негатива приближенно могут быть представлены формулами 91:
Вы
(315)
где
= (приближенно полагаем JDyVO = O);
A1 d2-f ’
где
2 ’
1
lNd3 — 1 ’
(316)
(317)
2v
где
“3== W (Рдг-^о) ‘
В общем случае абсолютная величина изменения средней составляю-
щей и соответствующий относительный уровень шума заплывания (или,
как мы в дальнейшем будем говорить, шум заплывания) зависят
от характера сигнала и ширины эквивалентного пишущего штрпха.
В каждом отдельном случае абсолютная величина изменения средней
составляющей и соответствующий относительный уровень шума заплы-
вания могут быть определены из анализа развертки сигнала эквивалент-
ным пишущим штрихом.
и соответственно Д1, выраженные формулами (313) и (312), могут
быть экспериментально определены, например, чисто статическим мето-
дом — путем просвечивания на неподвижной кинопленке искаженной
п неискаженной записей световым пятном и измерения соответствующих
значений прошедшего светового потока (фотометрический метод испыта-
ния). Но такой метод определения фотографического заплывания не яв-
ляется достаточно точным и уступает специальным динамическим методам
испытания с контрольными записями биений (метод разностного тона98)
или высокочастотных колебаний, амплитудно-модулированных низкой
звуковой частотой (метод перекрестной модуляции93).
297
Так как абсолютная величина изменения средней составляющей
(заплывание фонограммы) возрастает с увеличением амплитуды гармони-
ческих колебаний, то для суждения о величине возникающего шума
заплывания удобно пользоваться контрольной записью биений в форме
колебаний двух высоких частот порядка 5000 гц, например, zzmcosu^Z
и dmcosw2z, амплитуды которых одинаковы, а угловые частоты отли-
чаются между собой на величину До> = — <о2. Отношение амплитуды
возникающего в данном случае благодаря фотографической нелинейности
(заплыванию) разностного тона с угловой частотой Доо = — оз2 к ампли-
туде записанных па кинопленке основных тонов, или так называемый
коэффициент разностного тона
Д2, и является мерилом шума
заплывания. Логарифм этого от-
ношения, умноженный на 20,
обозначаемый символом Ьдб,
выражает коэффициент разно-
стного тона в децибелах.
Рис. 265. Микрофотограмма искаженной за-
писи биений колебаний 5000 и 4500 гц
На рпс. 265 приведена микро-
фотограмма искаженной записи би
ении прп наличии нелинейности,
определяемой квадратичным законом. В этом случае (см. рис. 259) при записи двух
косинусоидальных сигналов равной амплитуды с угловыми частотами и <d2
имеем"92:
х=гг0 + (ж2—хо) cos 04г + xq + (x2—Xq) cos o>2r
и
у=х2 = 4^5 + 4х0 (х2 — xQ) {cos cdj 14- cos w2Q 4-
1
4- (x2 —Яо)2 + -у (#2 — #o)2 {cos 2(0^ 4-cos 2<d2z} +
4- (x2 — rr0)2 {cos (^i — O>2) t 4- COS (04 4- (D2) t}.
(318)
w Следовательно, согласно определению коэффициент разностного тона Д2 равен:
(ж2 —л?о)2 1 {х2—хх) (
2 4х0(я2 — х0) 4 \х2 + х^' \ 0 2 ) ’
Шум заплыванпя определяется выраженном:
д (*2—*о)2 1 (*2 —*1)
1 4х0(ж2 — х0) 4 (x24-*i) ’
т. е. в данном случае
^2 = ^1
(коэффициент разностного тона и относительный уровень шума заплывания численно
совпадают).
Если прп мпкрофотометрироваппп (см. рис. 265) тмакс — максималь-
ная пропускаемость; ъмин — минимальная пропускаемость; т0 — средняя
« / макс 1 мин
пропускаемость при отсутствии искажении; т0 =----------------средняя про-
пускаемость при наличии искажений, то двойная амплитуда разностного
тона 2т2 будет равна величине изменения средней пропускаемости, т. е.
т
। / /rlUAU *
*8 = ''o-'to = 'to----------------------2
298
а двойная амплитуда записанных на кинопленке основных тонов
2тх = ^Макс ^мин‘
Отсюда коэффициент разностного тона
хмакс "Ь хмин
Т0 9
Д, = -1 =---------?----- (319)
1 макс \ч11н
или, так как
~ т0 ^мин И В ~ тмакс 'со>
ТО
(320)
Таким образом, при использовании для записи как одного синусо-
идального сигнала, так и двух сигналов шум заплывания выражается
через амплитуды отдельных искаженных полуволн А п В одной и той же
формулой.
Сравнивая (310) и (318), нетрудно убедиться, что при указанных
выше условиях коэффициент разностного тона и шум заплывания при
записи двух синусоидальных сигналов численно равны коэффициенту
гармоник в форме отношения амплитуды второй гармоники к образо-
вавшейся амплитуде основного колебания при записи одного синусо-
идального сигнала. Следовательно, о шуме заплывания, или коэффициенте
разностного тона, можно также судить по величине коэффициента гар-
моник при записи одного тона. Но этот метод в силу влияния помех
не является точным.
* Динамический метод испытания с контрольной записью биений
и с последующим определением в процессе воспроизведения записи раз-
ностного тона (путем применения соответствующей фильтрации выход-
ного сигнала) имеет существенные достоинства по сравнению с другими
объективными методами испытаний. Этот метод использует контрольный
сигнал, более близкий (в отношении образующегося шума заплывания)
к реальному сигналу речи, чем одинарный косинусоидальный сигнал,
что обеспечивает лучшее совпадение полученного результата с оценкой
шума заплывания на слух (по сравнению, например, с фотометрическим
методом или методом гармонического анализа). При проведении данного
метода применяется тот же процесс воспроизведения, который имеет
место при передаче речи (по сравнению, например, с микрофотометриче-
ским или фотометрическим методом).
Далее этот метод обеспечивает простую фильтрацию (простое устрой-
ство фильтра) при выделении из входного сигнала низкочастотного
разностного тона (по сравнению, например, с динамическим методом пере-
крестной модуляции). Наконец, при его использовании в результате
фильтрации уменьшается влияние помех, например в форме фонового
шума кинопленки (по сравнению, например, с методом гармонического
анализа).
Из анализа развертки косинусоидальных колебаний эквивалентным
пишущим штрихом, когда А = ат и В = am cos (см. рис. 260), следует,
299
что относительная частотная характеристика поперечной фонограммы
определяется формулой:
А + В
9
о Э о Э
=------- = C0S2 -77Г = COS2 -Г—
am 2к kv
(321)
(Данное выражение хорошо соответствует формуле частотной харак-
теристики поперечной фонограммы, выведенной Голдовским94: а = cos2kf,
где / — частота, а к — постоянная.)
Пусть разрешающая способность кинопленки, определенная в усло-
виях записи, равна Rs (найденная, например, путем записи сигнала
в форме периодически повторяющихся прямоугольных импульсов, имею-
Рис. 266. Относительная частотная
характеристика кинопленки
свет D = /,96
ГО2 2 ’ 4 ' 6 в'ю3 2 ’ 4 ’б8Ю4 гц
Рис. 267. Частотные характеристики кино-
пленки тппа ЗТ-4 прп записи белым и уль-
трафиолетовым светом (D—плотность)
щего такую ширину импульсов и просветов Ьэ, прп которой вследствие
заплывания полностью закрываются просветы между отдельными поло-
сами), тогда
Ь3 = ±- (322)
И
а = со^8-^. (323)
На рис. 266 приведена относительная частотная характеристика
одного сорта кинопленки (по отношению к записи колебаний часто-
той 1000 гц) при записи гармонических колебаний белым светом, а на
рис. 267 —другого сорта кинопленки (типа ЗТ-4) при записи белым
и ультрафиолетовым светом (в дб)90.
Пользуясь формулой (323), можно определить передаваемый негати-
вом фонограммы частотный диапазон в зависимости от разрешающей спо-
собности и скорости движения кинопленки.
Из сравнения формул (322) и (299) вытекает зависимость разрешающей
способности кинопленки от фотографических факторов в виде:
7?s = 2^(jyw-JDJV0)- (324)
300
Данная формула не является точной формулой (например, она не
является действительной при D^=D^q), но тем не менее она правильно
выражает качественное влияние на разрешающую способность коэффи-
циента контрастности, плотности и коэффициента заплывания. Плотность
Djvo в формуле (299) называется балансной плотностью; очевидно, когда
Dn=Dnq ширина эквивалентного пишущего штриха Ьэ=О(кк в формуле
(324) не может равняться нулю, ибо сама эта формула выведена исходя
из явления рассеяния света в фотослое).
Следовательно, принципиально при наличии рассеяния света в фото-
слое можно получить неискаженную передачу (отсутствие нелинейных
искажений в форме изменения средней составляющей) при воспроизве-
дении сигнала и с негатива поперечной фонограммы. Действительно, это
видно из микрофотограммы, изображенной ниже на стр. 307 (см. рис. 272).
Но этому случаю отвечает сравнительно малая плотность D^=Dnq (менее
или порядка 1), с чем связаны малая отдача и ощутимый шум киноплен-
ки, т. е. уменьшенный передаваемый динамический диапазон. При высо-
ких же плотностях, когда фонограмма передает больший динамический
диапазон, возникают рассмотренные выше искажения. Учитывая наличие
данных искажений передаваемого сигнала в оригинальной заппсп,
необходимо воспроизводить звук не с негатива, а с позитива попереч-
ной фонограммы, полученного с негатива путем печати.
§ 54. КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МЕТОД ПЕЧАТИ ФОНОГРАММЫ
Современный фотографический процесс обработки поперечной фоно-
граммы построен с таким расчетом, чтобы и негатив и позитив (копия)
фонограммы имели большие плотности и коэффициенты контрастности (ко-
торые обусловливают высокую резкость фотографических изображений),
а несимметричные искажения формы кривой в негативе компенсировались
соответствующими нелинейными искажениями при копировании.
В данном случае под компенсацией понимается не полное устранение
нелинейных искажений, а лишь компенсация эффекта изменения средней
составляющей с некоторым сохранением лишь симметричных искажений.
Как известно, симметричные нелинейные искажения в случае простого
косинусоидального сигнала характеризуются образованием лишь нечет-
ных гармоник; эти гармоники в виду их выхода за пределы необходимого
к передаче частотного диапазона не оказывают влияния на качество зву-
копередачи.
Все сказанное выше в целях простоты изложения предполагало ис-
пользование прямоугольного пишущего штриха, падающего на кино-
пленку, и соответственно прямоугольного эквивалентного пишущего
штриха. Именно эта форма пишущего штриха определила характер тех
несимметричных искажений гармонического сигнала, которые показаны
на рпс. 260 и 265, и соответственно частные выводы, касающиеся измене-
ния средней составляющей, шума заплывания и частотной характеристики,
выраженные в приведенных в предыдущем параграфе формулах.
На практике наряду с пишущим штрихом прямоугольной формы
широко применяется пишущий штрих трапецеидальной формы, обуслов-
ленный М-образпоп или треугольной формой колеблющегося светового
пятна, модулирующего механическую щель (см. рис. 252). Использование
пишущего штриха такой формы сильно усложнило бы анализ, по прин-
ципиально не нарушило бы сделанные выше выводы. Законы рассеяния
света и фотографического почернения при падении на фотослой пишущего
'Штриха любой формы определяют соответствующую форму эквивалент-
301
ного пишущего штриха. В результате развертки данным штрихом любого
сигнала определяются частные выводы, касающиеся эффекта изменения
средней составляющей, шума заплывания, частотной характеристики
(в случае записи гармонических колебаний) и т. д.
Вывод в отношении различия в характере фотографических искажений, полу-
чаемых при использовании прямоугольного пишущего штриха и пишущего штриха
трапецеидальной формы, можно сделать из сравнения экспозиционных изображений,
получаемых в результате развертки данными штрихами гармонических (косинусои-
дальных) колебаний, даже не принимая во внимание рассеяние света.
Подобные экспозиционные изображения поясняются схемами, представленными
на рис. 268.
Экспозиционное изображение, полученное в результате применения пишущего
Y ат со
штрпха трапецопдалыюи формы в случае —— > tga, где ат—амплитуда, <о—угло-
Рис. 268. С>емы экспозиционных изображе-
ний прп использовании пишущих штрихов
прямоугольной а и трапецеидальной б форм
вая частота, v—скорость кинопленки
и а—угол наклона (среза) пишуще-
го штриха, тоже содержит зоны не-
равномерной экспозиции (2, 3, 4 и 5
на рис. 253), но распределение экспо-
зиции в этих зонах меняется уже по
другому закону, а именно: если в пре-
делах любой из данных зон провести
секущую прямую В'пС{, параллель-
ную грани пишущего штрпха Во Сг
(рис. 268), то спад экспозиции в зо-
нах только вдоль этой прямой будет
линейным.
В случае развертки гармониче-
ского сигнала пишущим штрихом
трапецеидальной формы (без учета
рассеяния) возникающие несимметричные нелинейные искажения (вторая гармо-
ника) при амплитудах и частотах записи, когда не нарушается условие
>tga, не зависят от угла наклона а (доказано Цирулиной83). Только при
малом значении произведения аттгш, когда имеет место приближение к условию
апи» , «т
—-— = tg а, пишущий штрих трапецеидальной формы по сравнению с пишущим
штрихом прямоугольной формы (прп той же ширине Ъ) обусловливает сравнительно
меньшие несимметричные искажения передаваемого сигнала.
При записи колебаний высокой угловой частоты ш, когда именно и сказываются
фотографические искажения, условие = tga (а на практике пмеет значение
порядка 60°, v=456 мм/сек) соответствует таким малым амплитудам записи ат, кото-
рые лежат за пределами записываемого динамического диапазона и создают весьма
малый шум заплывания. Следовательно, с точки зрения изменения средней составляю-
щей шума заплывания, а также и частотной характеристики действие, производимое
пишущим штрихом трапецеидальной формы, может быть уподоблено действию прямо-
угольного пишущего штриха соответствующей ширины.
По указанной причине мы в дальнейшем своем изложении будем полагать, что
имеем дело лишь с прямоугольным эквивалентным пишущим штрихом.
Рассмотрим те основные физические факторы, которые приводят
к искажениям сигнала прп печати, и определим характер этих искаже-
ний, а тем самым и возможность проведения указанного выше компен-
сационного метода печати.
Основными источниками искажений сигнала в процессе печати
являются:
1) рассеяние света в фотослое позитивной кинопленки;
2) скольжение и недостаточно хороший контакт кинопленок (нега-
тива и позитивной кинопленки) прп печати;
3) закон почернения фотографического слоя, выраженный характе-
ристической кривой позитивной кинопленки (по указанным выше причи-
нам пренебрегаем специальными пограничными эффектами проявления).
302
Относительное скольжение кинопленки с негативом фонограммы
и позитивной неэкспонированной кинопленки во время нахождения
их в копировальном окне обусловливается различной степенью усадкп
указанных кинопленок, результатом чего является расхождение у них
шага перфораций по отношению друг к другу и относительно шага зуб-
цов транспортирующего зубчатого барабана.
позитивная
негатив
Негатив
фонограммы
Позитивная
кинопленка
Рпс. 269. Отдельные характерные случаи транспортировки кинопле-
нок с зубчатым барабаном при печати и возникающие искажения:
а—негатив фонограммы; б—звуковой копировальный аппарат; в—позитив
фонограммы; г—идеальный случай транспортировки кинопленок (1—не-
гатнь фонограммы; 2—позитивная кинопленка); д—транспортировка
прп использовании свежей, только что обработанной кинопленки с не-
гативом фонограммы; е—то же, что и па рис. 269, д, но только при боль-
шем диаметре зубчатого барабана
На рис. 269, г, д п е представлены отдельные характерные случаи
транспортировки кинопленок зубчатым барабаном95.
На рис. 269, г представлен идеальный случай, соответствующий такой
степени усадки кинопленки с негативом фонограммы, прп котором шаг
перфорации последней строго соответствует стандартному шагу перфора-
ции позитивной кинопленки и диаметру барабана. В этом случае зубцы
барабана входят одновременно в перфорационные отверстия обеих кино-
пленок и при транспортировке не создают относительного сдвига их между
собой.
На рис. 269, 3 изображен случай применения свежей, только что об-
работанной кинопленки с негативом фонограммы, когда шаг перфорации
данной кинопленки не равен шагу перфорации позитивной кинопленки.
Прп этом зуб барабана входит в соприкосновение с кинопленкой, несу-
щей негатив фонограммы, и проталкивает последнюю под позитивной кино-
пленкой до тех пор, пока ее не коснется следующий зуб барабана. Этот
случай характеризуется относительным скольжением кинопленок между
собой и выпучиванием кинопленки с негативом фонограммы ввиду того,
что наиболее удаленная от ведущего зуба ее часть не может перемещаться
303
с достаточной скоростью, т. е. нарушением контакта между кинопленками.
Данный эффект, очевидно, находится в зависимости от диаметра зубчатого
барабана.
На рпс. 269, е изображен тот же случай, но при большем диаметре
зубчатого барабана. В этом случае, несмотря на идеальное соответствие
диаметра зубчатого барабана шагу перфорации кинопленки с негативом
фонограммы, также имеет место
относительное скольжение кино-
пленок между собой. Происхо-
дит это по той причине, что в си-
лу большого диаметра зубчатого
барабана шаг перфорации по-
зитивной кинопленки оказы-
вается малым.
В этом случае позитивную
кинопленку ведет зуб барабана,
который наиболее близок к ме-
сту их расцепления, и всякий
раз, когда позитивная киноплен-
ка сходит с зуба, она должна
продвинуться в обратном на-
правлении до тех пор, пока не
войдете ней.в контакт следую-
щий зуб барабана. Относитель-
ное скольжение кинопленок в
Рис. 270а. Частотные потери при печати на
зубчатом барабане негатива с записью коле-
баний частотой 9000 гц для различных пер-
фораций, порожденные различием шагов пер-
фораций негатива и позитивной кинопленки
(по Грабтри)
Рис. 270 б. Амплитудная модуляция
тона частотой 9000 гц, образовавша-
яся в процессе печати при расхожде-
нии шагов перфораций негативов со
стандартным шагом перфораций по-
зитивней кинопленки (по Грабтри).
Шаг перфорации позитивной кино-
пленки 4,7448 мм; 1—шаг перфора-
ций негатива 4,7536 мм; 2—шаг пер-
фораций негатива 4,7498 мм; 3—шаг
перфораций негатива 4,7447 мм;
4—шаг перфораций негатива 4,7396лш;
5—шаг перфораций негатива
4,73456 мм
данном случае не сопровождает-
ся выпучиванием кинопленки
с негативом фонограммы, как
в предыдущем случае.
Описанные эффекты вызы-
вают частотные потери и допол-
нительную модуляцию копиру-
емого сигнала (рпс. 270 а и
270 б)95. Для устранения данных
недостатков, обусловленных
контактной печатью на зубча-
том барабане, наиболее ради-
кальным мероприятием являет-
ся замена контактной печати
оптической печатью, а также
перезаписью96.
Экспозиционное изображе-
ние, падающее на позитивную
кинопленку при печати, отли-
чается от экспозиционного изо-
бражения, падающего на специ-
альную фонограммную кино-
пленку при записи, тем, что оно
образуется не в результате раз-
вертки сигнала тем или иным
пишущим штрихом, а в силу
непосредственного контакта (подразумевается контактная, а не оптиче-
ская печать) с негативом, просвечиваемым светом.
При отсутствии скольжения и достаточно хорошем контакте кино-
пленок характер данного экспозиционного изображения отличается от
304
Величина смещения
вследствие скольжения
или зона нерезкости
экспозиционного изображения прп заппсп более равномерным распреде-
лением экспозиции, обусловленным более пли менее равномерным распре-
делением плотности (минимальной) на негативе. Влияние одномерного
(в направлении длины) скольжения кинопленок прп печати п расфокуси-
ровке (в том же направлении) вследствие нарушения надлежащего
контакта между кинопленками приводит к такому изменению экспози-
ционного изображения на кинопленке, что оно приобретает зоны неравно-
мерной экспозиции и становится похожим на экспозиционное изображе-
ние, образующееся в результате дей-
ствия пишущего штрпха конечной ши-
рины (рпс. 271а). Распределение экспо-
зиции в данных зонах зависит от ха-
рактера п величины скольжения пли
расфокусировки. Для устранения дан-
ных искажений, вносимых аппаратурой
для контактной печати, целесообразна
замена контактной печати оптической
печатью.
Возникает такой вопрос: насколько рав-
носильны с точки зрения эффекта рассеяния
света экспозиционные изображения, получен-
ные путем развертки сигнала рассеянным пи-
шущим штрихом и путем непосредственного
рассеяния (распространения) прямого экспо-
зиционного изображения, упавшего на кино-
пленку.
Если учитывать только одномерное рас-
сеяние в направлении длины кинопленки, то
экспозиционное изображение, полученное пу-
тем разверткп сигнала рассеянным пишущим
штрихом, может быть выражено формулой:
Я*= ( E*N(x)dt, (325)
7
где £y(j)—функция распределения освещен-
ности-рассеянного пишущего штриха; t — вре-
мя экспозиции кинопленки.
Экспозиционное изображение, полученное
путем непосредственного рассеяния прямого
экспозиционного изображения, упавшего на
кинопленку, определяется формулой:
Гл-(3)л] c(«)d5, (326)
t t
Рпс. 271а. Схема, поясняющая обра-
зование зон неравномерной экспози-
ции прп одномерном скольжении
кинопленок прп печати п расфоку-
сировке (в том же направлении)
Рис. 2716. Схема компенсацпп не-
симметричных искажений косппусо-
пдалыюго колебания прп печати
где (3)—функция распределения оссещенпости ппшущего штрпха, а с (?)—функ-
ция рассеяния (распространения) прямого экспозицпонпого изображения.
Так как выражение (326) может быть представлено в виде
t i
где
En (3)с (c)dQ = E% (х)
(х— координата, связанная с кинопленкой), то, следовательно, II* ~Н*. (Приведен-
ные формулы непосредственно могут быть отнесены к поперечной записи в виде
длинных прямоугольных импульсов.) Таким образом, для одномерного рассеяния света
в фотослое оба представления могут считаться равносильными.
20 в. А. Бургов
305
В случае записи это даст возможность определять распространенное экспози-
ционное изображение как разверткой сигнала рассеянным пишущим штрихом, так
и рассеянием (распространением) в фотослое прямого экспозиционного изображения,
определенного разверткой сигнала прямым (оптическим) пишущим штрихом, упавшим
на кинопленку.
Процесс печати можно представить как процесс развертки сигнала
(определенного негативом фонограммы) некоим эквивалентным пишущим
штрихом, ширина которого Ьр характеризует заплывание фотографиче-
ского изображения при печати и определяется, подобно записи, выраже-
нием:
bPJ^(DP-DP(j), (328)
(р
где кр — коэффициент заплывания при печати; уР — коэффициент кон-
трастности позитива; Dp — плотность позитива; J?Po—балансная плотность
позитива (плотность, при которой отсутствует заплывание, т. е. 6Р = 0);
кп — коэффициент заплывания, зависящий от степени скольжения и нару-
шения контакта кинопленок при печати (при увеличении степени сколь
жения и нарушения контакта кинопленок прп печати кп возрастает).
Искажения сигнала в позитиве, так же как и при записи, зависят
от характера сигнала и могут быть определены путем развертки того
или иного сигнала эквивалентным пишущим штрихом прп печати. Такое
уподобление процесса печати фонограммы процессу записи позволяет
легко объяснить получающийся в процессе печати результат и вывести
простым путем основные формулы, характеризующие степень компенса-
ции искажений в форме шума заплывания и частотную характеристику
позитива фонограммы. Использование понятия эквивалентного пишущего
штриха при печати предполагает использование в процессе печати плот-
ностей Dp, больших балансной плотности.
Компенсационный метод печати заключается в том, что, развертывая
подобным эквивалентным пишущим штрихом искаженный на негативе
фонограммы сигнал, мы получаем на позитиве фонограммы сигнал, в кото-
ром устранен эффект изменения средней составляющей.
Из рис. 2716, относящегося к случаю передачи косинусоидального
колебания, следует, что подобная компенсация наступает тогда, когда
ширина эквивалентного пишущего штриха при печати ЪР равна ши-
рине эквивалентного пишущего штриха при записи Этот вывод
может быть отнесен к любой форме записываемого (передаваемого)
сигнала.
Таким образом, прп применении компенсационного метода печати
устанавливаются такие условия фотографшческой обработки позитива
фонограммы применительно к тому или иному негатив у фонограммы,
при которых заплывание в позитиве равно заплыванию в негативе. Сле-
довательно, условие получения неискаженной (в указанном выше смысле)
записи в позитиве согласно (299) и (328) можно выразить равенством17:
^N / ТЛ га \ ^Г^Р /гл гл \ _ iР (^N D. /QOfH
~ (Dn Dno) = — — (Dp k)pG), пли , , • —— _/л т — !• (3^9)
In Ip hnRp In Wp про>
Компенсация заплывания в негативе соответствующим противо-
положным заплыванием в позитиве следует из рис. 272, на котором
представлена серия микрофотограмм, полученных с негативов и позити-
вов фонограмм с записью биений, отвечающих различной степени ком
306
пенсацииго. Степень компенсации согласно изложенному выше может
быть определена формулой:
bp -bx = — (Dp - Dp о) - (D„ - Dx о) (330)
Тр pV
при переменных плотностях Dy и DP (Dy о п DP о — балансные плот-
ности негатива и позитива; Ьу = Ьэ).
В левом столбце рис. 272 приведены микрофотограммы записи биений
при различных плотностях негатива, которые возрастают снизу вверх,
а в правом столбце—соответствую-
щие мпкрофотограммы на позити-
ве при некоторой одинаковой плот-
ности DP. Как видно из рисунка,
при плотности негатива Dy—Dye
имеет место полная компенсация.
При плотностях негатива меньших
или больших компенсационной
плотности DyC в позитиве фоно-
граммы образуется вследствие за-
плывания разностный низкочастот-
ный тон, величина которого яв-
ляется мерилом шума заплывания,
возникающего при фотографиче-
ской записи речи. В частности, из
рис.272 следует, что идеальный не-
гатив (т. е. негатив, имеющий ба-
лансную плотность jDtvo), будучи
напечатан на позитивной кино-
пленке, благодаря рассеянию све-
та всегда вызывает искажения в
позитиве фонограммы, делая по-
следний практически непригодным.
В формуле (330) ку и кР опре-
деляются сортами кинопленок,
применяемых для негативного и
позитивного процессов, характе-
ром источников (в частности, спек-
тральным составом) света и усло-
виями экспозиции при записи и
копировании. Чем больше рассе-
яние света в фотослое той или
иной кинопленки, тем больше ку
или/гр- кп зависит от типа копиро-
вальной аппаратуры. Для высоко-
качественной копировальной аппа-
ратуры он близок к единице.
Из формулы (330) вытекает,
Позитивы одинаковой
Рис. 272. Мпкрофотограммы записи би-
ений при различных плотностях негатива
что при применении для записи
кинопленки с большим (при всех прочих равных условиях) рассеянием
света при копировании в целях должной компенсации также необходи-
мо применять кинопленку с большим рассеянием.
Обычно вследствие различия условий экспонирования негативной
(ультракороткое время освещения узким интенсивным световым пучком)
и позитивной (длительное время освещения рассеянным широким свето-
20* 307
вым пучком) кинопленок, а также в силу влияния самой копировальной
аппаратуры кпкР>к^, поэтому прп одинаковых примерно значениях
Tn и Тр плотность позитива Дре, при которой достигается компенсация (ком-
пенсационная плотность), обычно меньше плотности негатива D^c- Прп
печати массовых копий с коптратипа, который в свою очередь получен
также путем копирования (на том же аппарате) без участия пишущего
штрпха, п применении в обоих этих процессах копирования одинаковых
кинопленок, проявленных до одинаковой у, имеем knkp=knkh=k^, п,
следовательно, па основании (329) Dyc~Dpc, т. е. при указанных условиях
плотность массовой копии должна быть равной плотности контратппа,
с которого она напечатана.
Компенсационная плотность позитива соответствует правильной экс-
позиции, плотность позитива, большая компенсационной,—передержке,
п плотность позитива, меньшая компенсационной,—недодержке прп
печати.
В последних двух случаях имеет место изменение средней пропускае-
мое™, проявляющееся в случае заппсп биений (рпс. 272) в форме образо-
вания низкочастотного тона.
Прп недодержке, когда влияние рассеяния света сравнительно не-
велико, позитивная кинопленка не экспонируется или мало экспони-
руется в тех местах, которые соответствуют зубцам негатива, вследствие
чего зубцы сужаются, а впадины расширяются; при передержке же в силу
большего влияния рассеяния света имеет место довольно большое рас-
пространение экспозиции в область данных участков (прп малой плот-
ности негатива эти участки экспонируются также прямым светом), что при-
водит к расширению зубцов п к сужению впадин. В первом случае пмеет
место недокомпенсация, а во втором—перекомпепсапия..
Прп правильной экспозиции устраняются симметричные искажения
и эффект изменения средней составляющей в случае сложного сигнала;
с устранением эффекта изменения средней составляющей связано уничто-
жение шума заплывания.
§ 55. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЗИТИВА ФОНОГРАММЫ
Частотная характеристика позитива поперечной фонограммы при-
ближенно может быть определена формулой:
Лр 4~ В р
4 -ЪР
где Ар = ат1 и BP = am1CQS~^ амплитуды искаженных полуволн на
позитиве (ЛР — впадины, ВР— зубца); X —длина волны записи; ЬР — ши-
рина эквивалентного пишущего штриха при печати; тх — коэффициент
модуляции в позитиве фонограммы.
Отношение амплитуд выражает собой частотную характеристику
негатива фонограммы. Согласно (321) оно равно cos2 илп
1 / ъЪрЛ
у t 1 + cos — ), где bN — ширина пишущего штрпха при записи. Подставляя
в формулу (331) указанные выше значения АР, ВР и ат = —,
-308
получим:
r'bN О пЬР 2 wbN 2 ^ЬР
аР = cos- -77- • cos- -777- = cos2 — cos2 -7— =
r 2k 2\ bo
° (&Д7----bp)
412
° (bN + bp) 1
j- COS -------7-------
412 J
(332)
Из формулы (332) следует, что частотная характеристика позитива
фонограммы, определяемая шириной эквивалентных пишущих штрихов Ьм
и Ьр прп записи и печати (или, иначе говоря, величинами заплываний
в негативе п позитиве), угловой частотой оз колебаний и скоростью .г
движения кинопленки при за-
писи, зависит от степени ком-
пенсации. При полной компен-
сации, когда 1)n = bp = Ь, полу-
чаем:
ap = cos4-^. (333)
р 4y v 7
Очевидно, что в этом случае,
чем меньше Ь, т. е. меньше абсо-
Рис. 273. Записи (фонограммы) колебаний
одной и той же высокой звуковой частоты
ультрафиолетовым (слева), синим (посередине)
и белым светом (справа)
лютная величина фотографиче-
ского заплывания негатива и
позитива, тем лучше частотная
характеристика позитива фоно-
граммы. Именно по -этой причине
выгодно применение прп записи и копировании коротковолнового (ультра-
фиолетового) света97а» 976, обусловливающего по сравнению с белым светом
меньшие значения коэффициентов заплывания п кР негатива и пози-
тива и соответственно величин фотографических заплываний Ьх и Ьр
(рис. 273). Максимум выражения (332) имеет место при Ьм = О, а не прп
Ьи = Ьр, поэтому наличие компенсации не означает наличие относительно
оптимальной частотной характеристики. При резкой декомпенсации, когда
bp > bj\-, пли Ьр < Ьх, имеем приблизительно:
о ыЪр Q мЬп
аР = cos- , пли ар = cos- -7— .
4у ’ 412
Таким образом, если в негативе с увеличением Ь^ связано возраста-
ние как нелинейных, так п частотных искажений, то в позитиве прп
компенсации с увеличением Ь^ и Ьр связано лишь возрастание частотных
искажений. Учитывая, что в формулу (328), помимо кр, входит еще коэф-
фициент кп, можно сказать, что ухудшение частотной характеристики
прп копировании вследствие рассеяния света усугубляется еще недостат-
ками самой копировальной аппаратуры.
§ 56. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИИ
ПОПЕРЕЧНОЙ ЗАПИСИ II ЕЕ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Нелинейность звукопередачи, обусловливаемая заплыванием фоно-
граммы, оказывает влияние лишь на высоких частотах и проявляется
не в форме гармоник, а в форме низкочастотного шума заплывания.
За оптимальные условия поперечной записи и ее фотографической
обработки принимают такие условия, при которых имеют место мак-
симальное устранение шума заплывания (максимальная компенсация).,
относительно лучшая частотная характеристика и по возможно-
30ft
стп большая отдача фонограммы. Оптимальные условия звукопере-
дачи с помощью поперечной фонограммы выражаются при применении
определенных кинопленок (обусловливающих коэффициенты заплы-
вания Ах и кр), типа копировальной аппаратуры (от которого зависит
значение коэффициента кп) и режимов проявления (характеризуемых
коэффициентами контрастности и чр) в значениях плотностей нега-
тива и позитива фонограммы (компенсационных плотностей DNC и DPc).
Определение оптимальных плотностей в процессе получения первич-
ных негатива записи или перезаписи и позитива с пего производится
по тому или иному методу, лучшим из которых по качественным
и эксплуатационным соображениям следует считать динамический метод
Измеритель-
Рис. 274. Схема определения оптимальных плотностей
прп применении метода разностного топа
испытаний с применением контрольной записи биений, пли, сокращенно,
метод разностного тона98.
Принципиальная схема испытаний при применении метода разност-
ного топа приведена на рис. 274.
Два высокочастотных звуковых колебания, имеющих равные ампли-
туды и близкие угловые частоты (d-|-A(d=w1 п (d=u>2, записываются звуко-
записывающим аппаратом на кинопленке прп различных токах экспони-
рующей лампы. В результате проявления до определенного коэффициента
контрастности образуются негативы, имеющие различные плотности.
С данных негативов печатают при различных светах копировального ап-
парата позитивы, которые проявляют также до определенного значения
коэффициента контрастности ^Р. С полученных позитивов различной плот-
ности с помощью высококачественного звуковоспроизводящего аппарата,
усилителя, специального фильтра (для отфильтровки низкочастотного
разностного тона от прочих колебаний высоких частот) и измерителя изме-
ряется амплитуда низкочастотного разностного тона, который образуется
вследствие фотографической нелинейности. Выше было указано, что шум
заплывания оценивается коэффициентом разностного тона в виде отно-
шения амплитуды разностного топа к амплитуде одного пз основных вы-
сокочастотных тонов, выраженного в децибелах. В результате определе-
ния данного коэффициента разностного тона строятся кривые зависимости
его величины в децибелах &дб от плотности позитива DP при различных
значениях плотностей негатива D^, выбранных в качестве параметра (или,
наоборот, кривые зависимости Д5б от при различных значениях DP).
Те значения плотностей пегатпва и позитива, при которых коэффициент
разностного тона пмеет наименьшую величину, являются оптимальными
плотностями с точки зрения шума заплывания.
Процессы фотографической записи звука и ее обработки обусловли-
вают нелинейную характеристику звукопередачи. Эта характеристика
в общем случае изменяется при изменении записываемого (передаваемого)
сигнала, т. е., иначе говоря, пе может быть выражена однозначной алге-
310
браической зависимостью. Следовательно, оптимальный с точки зрения не-
линейных искажений (в форме шума заплывания) фотографический режим
обработки поперечной фонограммы также зависит от передаваемого сиг-
нала, в частности от его частоты. Установленные те плп иные опти-
мальные фотографические условия для колебаний той или иной частоты
относятся, строго говоря, только лишь к колебаниям данной частоты.
На рис. 275 приведены типичные кривые зависимости Лдб от плот-
ности негатива Dy, параметром
пары угловых частот co-j-Aw и ш
(Лео—порядка 2 к • 500 гц) прп по-
стоянной плотности позитива
Dp. Из данных кривых следует,
что установленное для одной
пары частот или одной частоты
оптимальное значение плотно-
сти негатива не является опти-
мальным для другой пары ча-
стот или другой частоты. Кроме
того, минимальная величина
коэффициента разностного тона
имеет тем меньшее абсолютное
значение, чем ниже частоты,
создающие биения, и та или
иная кривая является тем более
избирательно]!, чем больше вели-
чина данных частот. Как видно
пз рис. 275, при увеличении
частот, создающих биения, оп-
тимальная плотность негатива
(при постоянной плотности по-
зитива) уменьшается. Плотность
негатива по отношению к плот-
ности позитива уменьшается во
всех тех случаях, когда имеет
место увеличение расширения
изображения па негативе, на-
пример резкая расфокусировка
пишущего штриха и т. п. Фото-
графический оптимум при использовании метода разностного тона зависит
от частот колебании генератора, составляющих биения. Отсюда необходимо
установить такую величину последних, которая соответствовала бы опти-
мальному звучанию, определяемому иа слух.
Принципиально различным типам звучаний могут соответствовать
различные высокие частоты прп использовании данного метода, но, как
показывают исследования, прп несколько ограниченном частотном диа-
пазоне звукопередачи одно определенное частное значение высокой зву-
ковой частоты можно распространить на все встречающиеся в практике
записи звучания. Для определения данной высокой угловой частоты w
или пары угловых частот генератора биений (dx и о)2 сначала строятся кри-
вые зависимости коэффициента разностного тона от плотности нега-
тива Dу для определенной плотности позитива DP, полученные при различ-
ных значениях данных частот. Разность между частотами генератора
биений устанавливается порядка 500 гц. Затем эти кривые сравниваются
с опытной кривой оценки качества звучания на слух, построенной в виде
-зависимости оценки качества звучания в баллах от плотности негатива при
кот<
£>дб
От
являются
гиые значения
-ю--
Запись и печать
белым светом
-30-
-40-
-50
Допуск но плотность
негатива (-)' Ч
Биения
50U0-4500гц
Биения
3000- 2500гц
биения
7000-7500 гц
0,8 io 1,2 L4 1,6 /,8 2,0 2,2 2,4 2,6 £8 3.0 Вн
Плотность негатива
Допустимый максималь-
ный уровень искажений
Допуск на плотность
негатива (+)
Pjr. 275. Кривые зависимости коэффициен-
та разностного тона Ддб от плотности нега-
тива Dn для различных пар частот при посто-
янной плотности позитива (Dp=1,5). (По дан-
ным киностудии Ленфильм)
311
той же плотности позитива. Плотность негатива Z\v, отвечающая наилуч-
шему звучанию, будучи перенесена на первый график, определяет иско-
мую частоту пли пару частот генератора бпеппй. Для используемых кино-
пленок п реальных технологических условий фотографических процес-
сов звукопередачи данная частота имеет значение порядка 5000—0000 гц.
Исследования показывают, что чем уже передаваемы]’! частотный диа-
пазон за счет снижения максимальной его границы (наиболее высоких его
частот), тем меньше отличие оптимальных условий передачи, установлен-
ных для колебаний максимальной частоты, от оптимальных условий пере-
дачи колебаний всех других меньших, но также высоких частот. Допуски
па фотографическую обработку, очевидно, зависят от максимальной по-
граничной частоты частотного диапазона звукопередачи: чем меньше ее
значение, тем шире допуски.
С точки зрения фотографических искажений выгодно иметь системы записи, огра-
ниченные как по частотному, так и по динамическому диапазонам или с делением на
отдельные частотные или амплитудные области (например, в форме раздельной записи
и последующей раздельной передачи низких и высоких частот или с использованием
так пазывасхмой мпогозубчпковой фонограммы).
Шум заплывания прп передаче речп связан с записью свистящих
и шипящих согласных, характеристические частоты которых лежат
в области высоких звуковых частот. С точки зрения разборчивости рус-
ской речп наиболее важными являются характеристические частоты,,
лежащие в области примерно 5000 гц. Учитывая важность передачи коле-
баний подобной частоты, при записи речп применяется частотная характе-
ристика, имеющая некоторый относительный подъем в области указанно]’!
частоты для компенсации частотных потерь, обусловленных фотографи-
ческим процессом звукопередачи. Подобная характеристика приведён а
ниже на стр. 455 (рпс. 422).
Довольно резкое ограничение частотного диапазона передаваемой
речп частотой 6000 гц обусловлено требованием иметь меньшую критич-
ность (избирательность) оптимума фотографического процесса обработки
фонограммы, который, как это указано выше, является функцией сигнала.
Кроме того, подобное ограничение вызвано необходимостью устранить
по возможности действие помех. Это ограничение частотного диапазона
допустимо, так как в результате ряда копирований фонограммы в про-
цессе производства массовая копия обычно плохо передает колебания более
высоких частот.
В случае записи музыки, где абсолютная величина шума заплывания
(в силу большей симметричности кривых сигнала) имеет меньшее значение,
установленный локальный оптимум фотографической обработки для ча-
стоты 5000—6000 гц распространяется на частотны!! диапазон с более вы-
сокой пограничной частотой. Учитывая важность в случае записи музыки
передачи колебаний с частотой до 8000 гц, в процессе записи музыки при-
меняется частотная характеристика, показанная ниже па стр. 455 (рис. 423).
Таким образом, установленные с точки зрения необходимого качества
звукопередачи частотные характеристики при записи речп и музыки по-
зволяют распространить оптимальный фотографический режим обработки
поперечной фонограммы, определенный для колебаний локальной частоты
порядка 5000 гц, на весь передаваемы!! диапазон частот и иметь довольно'
широкие допуски на фотообработку. Последние определяются степенью
избирательности (шириной) кривых зависимости от плотности негатива
Dn при постоянной плотности позитива Dp. В том или ином случае допуска
определяются разностью абсцисс точек пересечения прямой, параллельной
осп абсцисс, с кривой разностного тона, проведенной на определенном
уровне Sd6 (например,—30 Об).
312
Наряду с оптимальными фотографическими условиями звукопере-
дачп, установленными с точки зрения получения наиболее полной компен-
сации шума заплывания, в позитиве фонограммы необходимо иметь по
возможности лучшую частотную характеристику и большую отдачу.
Как мы видели выше, абсолютная величина фотографического за-
плывания в негативе и позитиве b практически не оказывает влияния
на процесс компенсации, но является важной с точкп зрения частотной
характеристики. Чем больше Ь, тем хуже частотная характеристика,
поэтому для улучшения последней (как в негативе, так и в позитиве)
необходимо стремиться к тому, чтобы абсолютная величина фотографиче-
ского заплывания была по возможности меньшей. У данной кинопленки,
проявленной до определенного значения коэффициента контрастности 7,
имеет место ухудшение частотной характеристики с возрастанием плот-
ности D.
Следовательно, с точки зрения получения по возможности лучшей
частотной характеристики позитива фонограммы необходимо стремиться
к тому, чтобы его плотность была бы по возможности меньшей. Но с умень-
шением плотности ниже известного предела резко падает отдача фоно-
граммы и возрастает фоновой шум кинопленки (в силу просвечивания тем-
ных участков), что приводит к уменьшению передаваемого динамического
диапазона прп воспроизведении сигнала. Пз сказанного следует, что
необходимо установить такую минимально допустимую плотность пози-
тива Dp, при которой имеют место достаточно высокие отдача и динами-
ческий диапазон фонограммы. Применительно к используемым для нега-
тива и позитива фонограммы кинопленкам таковой является плотность
позитива фонограммы порядка 1,3—1,5. Очевидно, что фонограмма мас-
совой копии, а также фонограмма первичного (контрольного) позитива
должны иметь плотность такого же порядка.
§ 57. КОНТРАТПППРОВАНИЕ II ПЕЧАТЬ МАССОВЫХ КОПИЙ
ПОПЕРЕЧНЫХ ФОНОГРАММ
Производство фонограмм массовых копий включает в себя следующие
операции (процессы) (рпс. 276).
С компенсированного первичного позитива фонограммы производится
перезапись, результатом которой является негатив перезаписи.
С негатива перезаписи путем компенсационной печати получают ком-
пенсированный промежуточный позптпв фонограммы.
Компенсационные плотности пегатпва перезаписи и промежуточного позитива
фонограммы имеют примерно такое же значение, как п компенсационные плотности
первичных негатива и позитива фонограммы (примерно одинаковые кинопленки п усло-
вия экспозиции в обоих случаях).
С компенсированного промежуточного позитива печатают контра-
кты, с которых в свою очередь методом компенсационной печати полд -
чают компенсированные позитивы фонограмм в массовых фильмокопиях.
Таким образом, технологический процесс производства кинофильмов
по липпп звукопередачи включает в себя два основных процесса: процесс
записи (перезаписи) и ее фотографической обработки и повторяющийся
процесс копирования с соответствующей фотографической обработкой.
Следствием первого является образование негатива фонограммы, а вто-
рого—получение промежуточного позптпва, контратипа и массовой копии
•поперечной фонограммы. Изготовление негатива перезаписи п промежуточ-
ного позитива ведется в киностудии, а контратппов и массовых копий — па
кинокопировальной фабрике.
313
Распространяя сделанный выше вывод в отношении частотной характеристики
первичного позитива (стр. 308) па весь фотографический тракт звукопередачи от нега-
тива перезаписи до фонограммы массовой копии, для частотной характеристики
позитива фонограммы массовой копии можно написать следующее приближенное
выражение:
<»Ьр ШЬК и>Ьм
COS2 -7---COS“ — cos2 --------COS2-7-----=
4г? 4г? wo 4v
1 Г t0 (fyv—&p) <0(^Л’ + ^р)12
= T£ COS------7--------Feos----------
16 I 4г? 4г? J
t0 (ьк—w ^Vf)
cos-----4- cos-7-
4i? 4г?
(334)
где bN—ширина эквивалентного пишущего штрпха при перезаписи; Ьр—ширина экви-
валентного пишущего штрпха при получении промежуточного позитива; Ьк—ширина
Рис. 27G. Схема производства фонограмм массовых копий
эквивалентного пишущего штриха при получении контратипа; Ьм—ширина экви-
валентного пишущего штриха прп печати массовых копий; со— угловая частота запи-
санных колебании; v— скорость кинопленки при записи.
При указанных выше компенсациях пар: негатив перезаписи—промежуточных!
позитив (bN = bp) и контратпп — позитпв массовой фильмокопии (ЬК = ЬМ)
.^N ,шЬМ
ar = cos4 -7-cos4 -7— .
4г? 4г?
(335)
Наличие указанных промежуточных звеньев между негативом пере-
записи и позитивом массовой копии и существующие технологические
условия записи и копирования (с применением определенных сортов кино-
пленок) приводят к тому, что в конечном счете фонограмма массовой копии
не передает тех высоких звуковых частот, которые достаточно хорошо
передаются негативом перезаписи.
Оптимальная плотность массовой фильмокопии является основой для
определения оптимальных плотностей контратипа, промежуточного по-
зитива (лавандового позитива) и негатива перезаписи. Установленная
314
оптимальная плотность фонограммы массовой копии определяет величину
фотографического заплывания фонограммы массовой копии Ьщ, следова-
тельно, для возможности компенсации этого заплывания соответствующее
заплывание в коптратппе тоже должно быть равным Ьк=Ь^. Последняя
величина в свою очередь при постоянных условиях фотографической об-
работки контратипа (при постоянных значениях коэффициентов контра-
типа кп, заплывания кк, контрастности и балансной плотности Dkq)
определяется плотностью контратипа Dk.
Для массовых фильмокопий и контратипов выгодно применение од-
ного и того же сорта позитивной кинопленки, так как в этом случае опти-
мальная плотность контратипа становится равной оптимальной плотности
массовой фильмокопии. Последнее приводит к упрощению контроля ка-
чества фонограммы на кипокопировальных фабриках. В этом случае
оптимальные плотности массовой копии и контратипа устанавливаются
без применения какого-либо специального метода испытаний (например,
метода разностного топа). Необходимый контроль качества фонограммы
па кинокоппровальных фабриках сводится лишь к контролю плотности
фонограммы. Что же касается оптимальных плотностей промежуточного
позитива и негатива перезаписи плп первичных негатива записи и пози-
тива с него, то они уже определяются в условиях киностудии путем ис-
пользования динамического метода испытания по методу разностного
тона. Определение ведется по графику семейства кривых зависимости
коэффициента разностного топа &об от плотности позитива 7)рпри постоян-
ных плотностях негатива (или от плотности негатива плп постоянных
плотностях позитива Dp).
Связь между плотностями компенсированного промежуточного по-
зитива и некомпенсированного контратипа влияет на частотную харак-
теристику массовой фильмокопии. Это происходит потому, что разностью
указанных плотностей определяется некомпенсированное заплыванпе
в контратппе, а следовательно, и потребная для компенсации величина
заплывания в массовой фильмокопии. С точки зреппя получения по воз-
можности лучшей частотной характеристики фонограммы массовой филь-
мокопии является выгодным иметь по возможности меньшую разность
плотностей промежуточного позитива и контратипа, т. с. наиболее опти-
мальным с этой точки зрения случаем является равенство данных плот-
ностей.
* Фонограммы массовых фильмокопий характеризуются некоторым
отклонением плотностей от компенсационной плотности, что вытекает
из самой природы массового производства. Наряду с большим количе-
ством копий с надлежащей компенсационной плотностью имеется немалое
количество копий, плотность которых отличается от компенсационной
плотности в ту пли иную сторону.
Данные отклонения плотностей фильмокопий от определенной, необходимой плот-
ности обусловливаются неизбежными производственными погрешностями, возникаю-
щими в силу случайного пли систематического влияния различных факторов. Наиболее
характерными для условий массового производства фильмокопий являются следующие
факторы:
1) погрешности оборудования в форме износа и резкого нарушения режима рабо-
ты оборудования;
2) колебания режима работы и степени однородности свойств применяемых мате-
риалов: фотографических качеств кинопленки, химического состава и чистоты раство-
ров и т. д.;
3) ошибки рабочего прп настройке и регулировке оборудования, а также прп
измерениях, например, при установке света копировального аппарата, определении
времени проявления, плотности и т. д.
Часть пз этих факторов (как, например, первый фактор) приводит к односторон-
нему и систематическому отклонению плотности фильмокопии от номинальной, т. е.
315
к систематическим ошибкам, а другая часть—к отклонению плотности фильмокопии
то в одну, то в другую сторону, т. е. к случайным ошибкам. Систематические ошибки
всегда могут быть выявлены н устранены. Что же касается случайных ошибок, то они
неизбежны и полное устранение их не является необходимостью, поскольку оно всегда
связано с большими расходами.
При массовой печати большого количества фильмокопий случайные ошибки
проявляют себя в форме отклонения плотностей фильмокопий от номинальной компен-
сационной плотности, которое имеет закономерный характер, определяемый теорией
вероятности.
Данная закономерность выражается в следующем:
1, Чем меньше по абсолютной величине отклонение плотности от номинальной,
тем чаще она встречается в производственном процессе, т. е. количество копий, имею-
щих ту или иную плотность, возрастает при приближении этой плотности к номи-
нальной (с увеличением отклонения плотности уменьшается вероятность ее появ-
ления).
2. Одинаковые по абсолютной величине, но противоположные по знаку откло-
нения плотности одинаково возможны и поэтому встречаются в производственном
процессе массовой печати одинаково часто.
Рпс. 277. Кривые нормального распределения
3. Абсолютная величина отклонения плотности фильмокопии от номинальной
не превосходит некоторой величины (равной утроенному среднеквадратическому от-
клонению б, т. е. Зо).
Данные свойства распределения плотностей массовых фильмокопий, обусловлен-
ные наличием одних лишь случайных погрешностей, выражают собой так называемое
нормальное распределение плотностей, которые определяются симметричной кривой
нормального распределенпя:
<р-рмс>г
Л(Р)=—262 . (33:>)
о у
В приведенной формуле: A (D)—количество фильмокопий, имеющих плотность 7J;
&МС—средняя пли компенсационная плотность фильмокопии; б— среднеквадратп-
ческое отклонение плотностей, являющееся показателем размера отклонения плот-
ностей от номинальной плотности (б2 — так называемая дисперсия, характеризующая
рассеяние пли степень шпроты разброса значений плотности). Очевидно, что колк-
1
чество фильмокопии, имеющих компенсационную плотность равно •
Изменение значения компенсационной плотпостп на величину SD вызывает
смещение всей кривой распределения вдоль осп абсцисс па эту величину Q кривая
<p-p1fci4D>2 <р-рмс>2
1 о'2 1 9?2
A (D)=—— е получается из кривой A(D) =----е заме-
б J 2tz б J- 2тг
ной DMC на Я- . Изменение величины б сопровождается изменением степени
растяжения кривой распределеппя: увеличение б вызывает снижение и расширение
пика кривой в центре с более медленным приближением кривой к оси абсцисс прп
ее удалении от центра (рис. 277).
Площадь, заключенная между абсциссами кривой D и выражает собой
вероятность появления того количества копий, которые имеют плотность, заключен-
316
яую в данных пределах. Вычисления показывают, что значения плотностей, лежа-
щие вне интервала DMC—^б, 4-36, имеют вероятность, меньшую 0,003, т. е. могут
встретиться в среднем в трех копиях на тысячу копий. Очевидно, что площадь,
заключенная в пределах всей кривой, является выражением достоверности.
Действительно:
(D—D ^2
4-оо 4-со 4-со
A(D)dD = —е 252 dD= е~1'12 dt — L
J б } 2тс 3 У 2и J
—со — со —со
(вероятность того, что все плотности фильмокопии будут лежать в пределах кривой,
D—^МС '
равна 1), где t =--------.
Процесс массового производства фильмокопий, в котором все производственные
погрешности являются случайными, может быть назван стабильным, устойчивым
процессом производства. Стаоплыюсть про-
цесса производства массовых фильмокопий
определяется постоянством средней пли
компенсационной плотности п дисперсии
распределения плотностей фильмокопий.
Изменение средней плотности фильмо-
копий легко достигается изменением но-
минального режима проявления, но что
касается дисперсии производственных
погрешностей, то она не может быть
изменена без изменения самого процесса
производства.
Влияние появляющихся в процессе
производства односторонних систематиче-
ских погрешностей сказывается в односто-
роннем смещении средней плотности и уве-
личении дисперсии, так что кривая рас-
пределения плотностей не представляется
ужо симметричной кривой, соответствую-
щей нормальному распределению. Так как
практически изменения плотности выра-
жаются в дискретных значениях вместо
непрерывной кривой распределения плот-
ностей, то удобно построить так называ-
емую гистограмму в виде соприкасающих-
ся между собой прямоугольников, высота
каждого из которых выражает количество
копий, а ширина соответствует величине
изменения плотности (см. эксперименталь-
ную несколько несимметричную гистограм-
му, приведенную на рис. 278).
Для епмметричпой гистограммы, отр
средняя плотность
Рис. 278. Экспериментальная гисто-
грамма распределения плотностей копий
фонограммы (по данным киностудии
Ленфильм)
:ающей лишь случайные погрешности,
DMc[=^L
ь п
и дисперсия
п ’
(337)
(338)
пли среднеквадратическое отклонение
б
= 1/
п
(339)
где п—полное количество фильмокопий; D—дискретные значения плотностей филь-
мокопий; Ad — пх количество; DMC—средняя плотность; D—Dmc— отклонение плот-
ности от средней.
Экспериментальная гистограмма распределения плотностей (см. рпс. 278) полу-
чена в результате статистического исследования нескольких тысяч массовых филь-
мокопий.
317
Уменьшение дисперсии в форме разброса плотностей вокруг среднего
значения требует изменений в производственном процессе (введения ново] о
усовершенствованного оборудования и перестройки технологического про-
цесса) и непрерывного точного контроля, что связано с большими затра-
тами и поэтому экономически невыгодно. Следовательно, установление
более жестких допусков на плотность массовой фильмокопии, чем это
определено кривой нормального рас-
пределения, практически нецелесо-
образно.
Учитывая все сказанное, необхо-
димо, чтобы определенная из графика
Количеств
Уровень
искажений
Рис. 279 Совмещение оптимума коэф-
фициента разностного тона со средней
плотностью массовых копий фонограммы
Рис. 280. Распределение массовых
копий фонограмм, имеющих различ-
ную оценку
зависимости коэффициента разностного тона от плотности позитива
при постоянной плотности негатива Dn оптимальная плотность позитива
совпадала со средней плотностью массовых фильмокопий, найденной
из кривой распределения плотностей или гистограммы (рис. 279). 13 этом
случае будет иметь место максимальное количество высококачественных
(отличных и хороших) фильмокопий. Градация оценок массовых филь-
мокопий: отлично, хорошо, удовлетворительно и неудовлетворительно,
должна строиться па основе значений коэффициенте] разностного тона,
соответствующего тем или иным значениям плотности позитива (рис. 280).
Выражая коэффициент разностного тона в процентах, можно принять
за отлично значение коэффициента, равное 3%. хорошо —6%, удовле-
творительно 12%, неудовлетворительно — 24% и выше.
Таким образом, для достижения высокого качества звучания мас-
совой фильмокопии необходимо па основе имеющей место типовой гисто-
граммы плотностей массовых фильмокопий с требуемым значением сред-
ней плотности установить соответствующие оптимальные нормы па исход-
ные материалы для фабрик массовой печати в виде негатива перезаписи
и лавандовой копии и проводить правильный контроль плотностей, бази-
рующийся на статистических принципах.
218
Данный метод получения наиболее высококачественных фонограмм
в массовых фильмокопиях разработан и практически осуществлен в твор-
ческом содружестве киностудией Ленфильм (Раковский, Бродский,
Александер, Репина), Ленинградским институтом киноинженеров (Бургов)
и Ленинградской кинокоппровальной фабрикой (Калипикос).
§ 58. ПРОМЫШЛЕННЫЕ КИНОПЛЕНКИ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОЙ ФОНОГРАММЫ
Для фотографической передачи звука с помощью поперечной фоно-
граммы применяются отечественные кинопленки", показатели которых
приведены в табл. XIX.
Таблица XIX
Фотографические показатели кинопленок для поперечной фонограммы
Сорт кинопленки Светоч увствптель- ность в единицах ГОСТ (в скобках светочувствитель- ность по точке инерции без выче- та плотности вуали) 1 Максимальный ! коэффициент кон- трастности Фотографическая широта не ниже Оптическая плот- ность подложки Оптическая плот- ность’вуали эмуль- сионного слоя не выше Разрешающая спо- собность не ниже Максимальная плотность не ниже
1. Кинопленка ЗТ-4 для записи звука (первичная запись п перезапись) . . . 2,5 (25) 2,75 0,9 0,04—0,05 0,05 80 2,5
2. Мелкозернистая ки- нопленка ЗТ-6 для записи звука . . . >3 (30) > 3 0,8 0,08 110 —
3. Мелкозернистая по- зитивная киноплен- ка М3 для позитива фонограммы, не свя- занной со зритель- ным изображением в виде кинокадров . . 0,8 (8) 2,4 0,0 0,04—0,05 0,06 90
4. Позитивная кино- пленка Позптпв-нит- ро для массовых фильмокопий (для фонограммы и зри- тельного изображе- ния) и контратипов звука 0,8 (8) 2,4 0,6 0,04—0,05 0,06 70 2,5
5. Контрактная кино- пленка Дубльпозп- тив А и Б для про- межуточных позити- вов (лавандовая ки- нопленка) 1 (Ю) (А) 2 0,9 Основа имеет 0,06 80 (А) 2,5
0,25(2) (В) (А) 0,6 (В) подкраску си- реневого (ла- вандового) цвета плот- ностью 0,12± ±0,03 _1 90 (Б)
319
Все указанные в таблице фотографические параметры определены
методами обычной сенсптометрпп (а не соответственно условиям заппсп
и копирования); в частности, разрешающая способность R установлена
с помощью резольвометра Бурмистрова100. Разрешающая способность,
указанная в данной таблице
R = kRs, (340)
где R&—разрешающая способность, соответствующая условиям записи
(см. формулу 324), а к—постоянная (по Голдовскому, для большинства
современных эмульсий прп плотности 2 имеет значение 3,694).
§ 59. СЕНСИТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОПЕРЕЧНЫХ ФОНОГРАММ
И ДОПУСКИ НА, ФОТООБРАБОТКУ
Сенситометрические показатели поперечных фонограмм и допуски на фотообра-
ботку могут иметь то или иное значение в зависимости от типов применяемых кино*
пленок, копировальной аппаратуры п методов фотографической обработки. В качестве
Кривые зависимости коэффициенте разностного тона
.. Адб {запись и печать белым светом) от плот-
ности негатива для различны* пар
частот при постоянной плотности позитива
и (0р=1.5)
—— Кривая оценки звучания
-ЯН'
7000+7503 ги
S-20-
-40-
0,8 1 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 П,
Плотность негатива
5000 +4500 гц
3000+2500 гц
Рпс. 281. Сопоставление кривых субъективной оценки
звучания и объективного измерения шума
заплывания
примера можно привести следующие данные, установленные для существующих в
настоящее время конкретных условий получения поперечных фонограмм в отечест-
венном кинопроизводстве.
ir Учитывая, что отдача компенсированных позитивов поперечных фонограмм с
записью высоких звуковых частот при применяемых кинопленках и копировальной
аппаратуре контактной печати мало изменяется в границах плотностей позитивов
от 1,2‘до 1,8 (в пределах довольно широкого изменения плотностей негатива), за
оптимальную плотность позитива поперечной фонограммы принята средняя плот-
ность 1,5. Эта плотность является средней, статистически наиболее частой плот-
ностью поперечной фонограммы в массовой копип. Прп данной плотности позитива
фонограммы пз сравнения кривых оптимума фотообработкп (определенных по методу
разностного тона и отвечающих различным несущим частотам) с соответствующей
320
кривой субъективной оценки качества фонограммы на слух вытекает необходимость
выбора несущей частоты порядка 5000 гц. (рис. 281). Для данной несущей частоты
и имеющихся конкретных условий фото! рафнческой зависни (белым светом) техно-
логии ее обработки и кппокопировалыюго процесса оптимальная плотность негатива
(отвечающая плотности позитива 1,5) равна 2,2.
Оптимум отдачи позитива поперечной фонограммы прп несущей частоте 5000 ец
практически совпадает с оптимумом компенсации шума заплывания.
Данные компенсационные плотности негатива и позитива, отвечающие опти-
мальным условиям фотообработки поперечной фонограммы, установлены динамиче-
Рис. 282. Измеритель искажений по методу разностного
тона, разработанный киностудией Ленфильм
скпм метолом разпостпого топа с помощью специальной аппаратуры, разрг^ботайной
киностудией Ленфильм (рис. Z82).
Указанные оптимальные значения плотностей относятся как к первичным не-
гативу записи и позитиву с него, так и к негативу перезаписи и отпечатанному с него
лавандовому промежуточному позитиву, т. е. оптимальная плотность негатива пе-
резаписи также равна 2,2, а лавандового промежуточного позитива—1,5. При ста-
тистически наиболее частой плотности фонограммы массовой копни 1,5 плотность
контратипа также должна равняться 1,5. Выполнение условия равенства плотнопей
контратипа и массовой копии и контроль плотности обычным денситометром выра-
жают собой простой, но достаточно надежный метод определения ка ;ества попереч-
ной фонограммы в когтях массовой печати.
§ 60. ЧАСТОТНЫЙ II ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОНЫ
ПОПЕРЕЧНЫХ ФОНОГРАММ
Частотные характеристики поперечной фонограммы дают возможность судить
о частотном диапазоне, передаваемом фонограммой. На рис. 283 приведены частотные
характеристики поперечной фонограммы в отдельных стадиях контратипирования
и производства массовых фильмокопий прп использовании белого света и старых сор-
тов кинопленок (по данным Шушарина). Для оригинальных (первичных) негативов
использовалась специальная кинопленка типа ЗТ, для промежуточных позитивов
и контратипов (раздельных от изображения)—кинопленка типа Дублытозитив (для
промежуточных позитивов с лавандовой подкраской), а для массовых фильмокопий—
обычная позитивная кинопленка. Плотности фонограмм указаны на рисунках.
Приведенные кривые позволяют сделать следующие выводы: 1. Частотные ха-
рактеристики фонограмм довольно сильно зависят от их плотности. С увеличением
плотности первичного негатива ухудшается его частотная характеристика. 2. Частот-
ные характеристики компенсированных промежуточных позитивов и негативов,
с которых они отпечатаны, мало отличаются друг от друга. 3. Контратипы, отпеча-
танные с компенсированных промежуточных позитивов, по сравнению с последними
уже имеют худшие частотные характеристики. 4. Компенсированные массовые копии,
отпечатанные с контратипа (имеющ то паи худшую частотную характеристику), имеют
примерно одинаковую с последним частотную характеристику. . , .
21 в. А. Бургов 321
По своему абсолютному значению частотные потери в оригинальных негативах
и промежуточных позитивах достигают значении 7—8 дб прп 8000 гц и в контратипах
и массовых копиях 13 дб при 8000 гц (6—7 дб при 6000 гц). Прп применении для записи
и копирования новейших более высококачественных кинопленок частотные потери
имеют меньшее значение.
Динамический диапазон, передаваемый поперечной фонограммой, так же как
и частотный диапазон, довольно сильно зависит от плотности фонограммы. Средний
дб
0
-1-
-2-
-3
-4-
-5 •
-7-
-8’
-9”
Вр= 1,4 (отпеча-
тан с негатива
плотностью
BN=K9)
Вр=1,34(отпе-
чатан с негати-
ва плотностью
1.5)
Вр=1,06 (отпе-
чатан с нега'
тива плот-
-ностью 1.5)
1000 4000 6000 8000 гц
Частотные характеристики
промежуточных позитивов
Частотные характеристики
первичных негативов
0к=1,^отпеча-
тан с промежу-
точного пози-
~тпива плот-
ностью Ор=1.34)
0к=1,6 (отпеча-
тан с проме-
жуточного по-
зитива плот-
ностью Dp^ 1.34)
DK=1,3 (отпеча-
тан с промежу-
точного пози-
тива плот-
ностью Dp~1,34)
дб
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-8
-9
-10
-II
—12
-13
-14
1000 4000 6000 8000 гц
Частотные характеристики
контратилов
дб
-2
-3
-4
-5
-6
-1
“ВТ
~9”
-io-
-1Р
-12'
-13'
-14
DM =7/д@тпечатан с
контратипа плот-
ностью Вк=1.6)
DM=1,6 (отпечатан с
контра типа плот-
ностью DK = l,9)
Он=1,О(отпечатан с
контратипа плот-
ностью О* = 1,3)
1000 4000 6000 8000 гц
Частотные характеристики
массовых позитивов
Рис. 283. Частотные характеристики поперечной фонограммы в отдельных стадиях
производства массовых фильмокопий (по Шушарину): Dn—плотпость первичного
негатива; Dp—плотность промежуточного позитива; De—плотность контратила;
Dm—плотность массового позитива
динамический диапазон компенсированного позптпва поперечной фонограммы без
шумопонижения порядка 34 дб, а с шумопонижением—42 дб. С увеличением времени
эксплуатации фоногра^имы происходит уменьшение амплитуды пропускания фонограм-
мы за счет уменьшения пропускания прозрачного участка из-за загрязнений фонограм-
мы и увеличения шума кинопленки. Это приводит к сокращению динамического
диапазона (среднее изменение равно примерно 10 дб). Прп применении для записи
и копирования новейших отечественных, высококачественных кинопленок, отличаю-
щихся более высокой разрешающей способностью и более мелким зерпом(ЗТ-6 и другие),
частотные потери имеют меньшую величину, а динамический диапазон—большее
значение.
§ 61. ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОМЕРНОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ
ПИШУЩЕГО II ЧИТАЮЩЕГО ШТРИХОВ
Неравномерная освещенность пишущего штриха по его ширине ока-
зывает влияние на характер распределения освещенности рассеянного
пишущего штриха, которым, собственно, производится поперечная запись.
322
Влияние, оказываемое в свою очередь рассеянным пип ушпм штрпхом на
качество звукопередачи, неразрывно связано с процессом фотографиче-
ской обработки записи. Выше в §51 уже было показано, как влияют конеч-
ная ширина и неравномерная освещенность рассеянного пишущего штриха
по его ширине совместно с процессом фотографической обработки на ха-
рактер фотографического изображения в виде негатива фонограммы.
Очевидно, что рассеянный пишущий штрих всегда имеет неравномерную
освещенность, но с точки зрения образующихся нелинейных искажений,
которые не могут быть скомпенсированы в процессе фотографической обра-
ботки, наибольшее значение приобретает неравномерная освещенность
по длине пишущего штриха.
Изменение действующей длины пишущего штрпха на кинопленке
может происходить как в силу
направлении к длине киноплен-
ки, так и по причине перемен-
ного перекрытия штриха тене-
вым изображением той пли иной
диафрагмы пли заслонки. В по-
следнем случае (наиболее харак-
терным для практики) распреде-
ление освещенности кинопленки
в направлении ее ширины не за-
висит от модуляции длины пи-
шущего штрпха. При линейном
фотографическом процессе дей-
ствие неравномерной освещен-
ности пишущего штрпха в на-
правлении его длины аналогично
действию читающего штрпха,
имеющего по длине такое же
Рис. 284. Отдельные случаи распределения
освещенности вдоль читающего штриха
перпендикулярном
распределение освещенности.
Неравномерная освещенность читающего штрпха в направлении его
длины приводит в процессе воспроизведения сигнала с поперечной фоно-
граммы к образованию нелинейных искажений101’102’17. Величина этих
искажений зависит от закона распределения освещенности вдоль чи-
тающего штриха и вида фонограммы. Существуют трудности решения
данной задачи в общем виде, поэтому мы рассмотрим лишь частные случаи.
Наиболее характерными для практики являются случаи распределения
освещенности вдоль читающего штрпха по линейному и параболическому
законам, а наиболее типичными поперечными фонограммами являются
двусторонняя и односторонняя фонограммы. Данные случаи распределе-
ния освещенности читающего штрпха и указанные фонограммы с записью
косинусоидального сигнала с шумопонижением изображены па рис. 284.
Математически эти случаи распределения освещенности в направлении длины
штриха могут быть выражены следующими зависимостями:
Е(у) = Е0 + -^- + ^ (341)
(линейное изменение освещенности),
E(y) = Ko+£i-^
(342)
(изменение освещенности по параболическому закону), где Е (у) — освещенность;
у—координата в направлении ширины звуковой дорожки и длины читающего штриха,
отсчитываемая от центра звуковой дорожки; а—половина ширины звуковой дорожки;
и Ех— постоянные коэффициенты.
21*. 323
Для идеалышх односторонней п двусторонних фонограмм с шумопонижением,
изображенных на рпс. 2Я4, световые потоки, падающие на фотоэлемент Fx, F2 и F3f
при очень узком читающем штрихе шириной ЛЬ выразятся интегралами:
ai cos
\ E(y)dy (343)
-ai
—для односторонней фонограммы, представленной на рис. 284, а (шумопонижение
по методу зачернения);
ai ai
-2 +~2 C0S
Г2 = Д6 Е (у) dy (344)
ai ai
”2“C0S
—для двусторонней фонограммы, изображенной на рпс. 284, б (шумопонижение по
методу смещения);
а а\ . а ,ах
”~TC0S<nZ 2+~2
Е3~ЛЬ \ E(y)dy+bb \ Е (у) dy (345)
—для двусторонней фонограммы, показанной па рпс. 284, в (шумопонижение по методу
зачернения).
В последнем случае предполагается, что закон изменения освещенности Е (у)
одинаков как в первом, так и во втором интегральных выражениях.
Подставляя значения освещенностей (341) и (342) в формулы (343), (344) и (345),
получим выражения световых потоков:
для односторонней фонограммы с распределением освещенности штриха по линей-
ному закону (341)
Л = Д^ 21)-^ + (£o+^-)cos^ + ^cos2<az} ;
для односторонней фонограммы с распределенном освещенности штриха по пара-
болическому закону (342)
Л = ДЬа> + + cosa>«-MCos3<»z| .
Соответствующие коэффициенты гармоник в виде относительных значений
второй ~ и третьей гармоник будут равны:
—первый случай распределения освещенности;
С3
Е$ + Ех
Erf
№
12a* Ед ,л £i_\
al \Erf №J
—второй случай распределения освещенности.
Для двусторонней фонограммы, изображенной на рис. 284, б (с шумопониже-
нием по методу смещения), с распределением освещенности штриха по "линейному
закону (341)
Е2=зЛЬа1 I (eq -f- + (е0 4-cos I »
324
для той же двусторонней фонограммы с распределением освещенности штрпха
по параболическому закону (342)
= |(Ео + Е,)-^-^+ 008..-
cos2(or---cos 3cuZ
оа2 4оа2
1
Г
Для двусторонней фонограммы первый случай распределения освещенности
не вносит нелинейных искажений. При втором случае распределения освещенности
соответствующие коэффициенты гармоник в виде относительных значений второй
-- и третьей ~ гармоник для фонограммы данного вида будут равны:
• г ~|?2| 7^4 / , _ 5Е1Я? ______JL_______
16а2~ "8а2 / Е 5а2 \ *
a2 1 16а2)
г> __I Гз | _ Eini / / J7 » тг \ ЬЕха1 _ 1 _
3 IpJ 48а2/1 о+ 16а2 48а2 / Ео 5а?
а2 • 16а2 )
Для двусторонней фонограммы, показанной на рпс. 284, в (с шумопонижением
по метолу зачерненпя), с распределением освещенности штрпха по линейному
закону (341)
77’з = ДЬ-а1 7Г0 +cos Ы J ;
для той же фонограммы с распределением освещенности штриха по параболическому
закону (342)
^з = ДЬ«1 {(£o+^L)-~8o1_V_'5^+[t'_(Eo + £?i)+1&] cos“Z +
+ ^COSW + T8af C0S3<0Z } •
Для данной двусторонней фонограммы первый случай распределения освещен-
ности также не вносит нелинейных искажений.
Прп втором случае распределения освещенности нелинейные искажения пред-
ставятся выражениями:
С2 = |й| = ^/ ~:Т + Г,> + 7?1~1ЛЬ' = 8a Ло 3 of \ :
fli \ 4 16a2 )
г _ I Рз I _ /____7Гг „ „ _ а? ____________1________
Сз'"|Р1| 48а2 / 4+ о+ 1 16а2 / £0 • 3 а? \ *
a? \li’j 4 16а2 /
Полагая 7?О = 4.Е’Х п а = аг (100% модуляция), искажения прп рас-
пределении освещенности штриха по линейному закону (341) для одно-
сторонней фонограммы будут равны:
С'2 = ^-| = ^, или примерно 2,8%.
При распределении освещенности читающего штрпха по параболи-
ческому закону (342), когда EQ = 4E1 и а — а± (100% модуляция), для
односторонней фонограммы имеем:
С3 = | > т. е- приблизительно 1,75%,
а для двусторонней фонограммы при EQ = 4EL и а = аг получаем:
325
д гя фонограммы, представленной на рис. 284, б:
С2 = | ~ = , т. е. примерно 3,3%,
= т* е- приблизительно 0,5%;
для фонограммы, показанной на рис. 284, в:
Со = I — I = -X , или около 3%,
I Pi I *’8
С„ = —1 = 0^7?, илп около 0,44%.
° I Pi I 22ь * 1
Уменьшение глубины световой модуляции, как следует из приве-
денных формул, приводит во всех случаях к уменьшению нелинейных
искажений. Неравномерная освещенность по ширине читающего штриха
не вызывает каких-либо искажений, а приводит лишь к одинаковому
изменению амплитуды светового потока на всех частотах.
§ 62. ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПЕРЕКОСА
ПИШУЩЕГО II ЧИТАЮЩЕГО ШТРИХОВ
Относительный перекос (наклон) световых штрихов при поперечной
записи и воспроизведении сигнала с поперечной фонограммы приводит
к образованию нелинейных искажений.
Определим эти искажения аналитически (по Куку 103 п Фостеру104). Пусть кри-
вая раздела между темным и светлым участками поперечной фонограммы (рпс. 285)
определяется выражением
У = «14-^1 sin-у- ,
А
и положение читающего штриха составляет угол ср с положением пишущего штриха
(предполагается, что пишущий штрих расположен строго перпендикулярно к на-
о
X
Рис, 285. Схема к опреде-
лению искажений, вноси-
мых относительным накло-
ном штрихов прп записи п
воспроизведении сигнала с
поперечной фонограммы (од-
носторонняя фонограмма)
правлению движения пленки). Тогда прп бесконечно
малой ширине читающего штриха и бесконечно боль-
шой плотности темного участка фонограммы можно
считать, что световой поток, падающий па фотоэле-
мент, пропорционален длине наклонного штриха, на-
ходящейся в пределах прозрачной части фонограммы.
Обозначая эту длину буквой 7?, имеем:
R~y sec
Значение ординаты у в зависимости от абсциссы х
при воспроизведении сигнала наклонным читающим
штрихом может быть определено выражением:
, . 2к(х+1)
у — аг + gx sm--,
где I прп данном перекосе штриха является некоторой
функцией от у.
Из рис. 285 следует, что I = R sin ср, поэтому
. 2л (х4-7? sin ср) ]
1 -h sin — ------— 1
В = аг sec ср
Умножая обе части данного равенства на sin ср и прибавляя х, получим:
, гл • . 2тс (х + В sin ср)
ж + Язшср = х-[-аА tgcp-j-д! tgepsin----г-----—
А
2л
илп снова умножая обе части на у :
2к(*+Да°у). = + 2^1 tg? + 2^1 tgТsin 2*(* + flsin?)
А А А А А
326
►Если обозначить:
2тт (z 4- /? sin ср)
2k(t + ^i tg ср) ,
X
2л
- ai tg ср = т,
то последнее выражение можно переписать в форме:
q — p + msin/y. (346)
Здесь q и р являются нечетными функциями, поэтому разность q—р может быть
разложена в ряд Фурье, содержащий только синусы:
п=оо
q — р= S Ansinnp,
71=1
где
тс
2 С
Ап = — \ (q — р) sin пр dp.
и
Интегрирование по частям дает:
тс л
Лп = — | [ —(7 —Z>)cosnp]Q + \ cosnpd(q — р) I = — \ cos пр dq
О О
^(так как член
[—(?—/>) cos = О,
потому что q = р прп р = 0 и р = л, кроме того
тс
\ cos пр dp — 0).
б
Подставляя вместо р его значение согласно формуле (346), получим:
2 с 2
Ап — — \ cos п (q— т sin q) dq = — Jn (пт),
0
где Jn(nn?)—функция Бесселя первого рода и-го порядка от аргумента (пт).
Таким образом
71=СО
I
д=^4-2 V —Ja (пт) sin пр,
п
п=1
•откуда, подставляя вместо q, р, т их значения
о F . . 2Х 1 т Л "2"ai ♦ Л • 2™ с , , м
R = a1sec(? р+ — 2. 7Г Jnk--------Jl tg ? J Sln ~ V + <21 lgТ ) J =
n=i
=a*scct?[1+^A £ 4J"(?г)sin л-"О+т)] ’ <347>
71=1
где
r = 2aitgcp (348)
(см. рис. 285) и —аргумент функции Бесселя первого рода.
Полученное выражение говорит о том, что относительный перекос читающего
и пишущего штрихов при односторонней записи (фонограмме) вызывает как нели-
нейные, так и частотные искажения.
327
Нелинейные искажения проявляются в форме гармоник и изменения
постоянной слагающей (выпрямляющего эффекта), а частотные искаже-
ния обусловлены зависимостью амплитуды основного колебания от длины
волны X. Величина тех и других зависит от значения отношения
Л
(см. рис. 285).
Ограничиваясь первыми тремя членами, выражение (347) можно переписать
в виде:
_ , 2аг sec ср т Z . 2к
7? = a, sec <р + ——Q у J sin у- (х + г/2) +
+ei S( тг )sin т(х+'/2) + 4 ( т) siu т <*->-2)- <349>
Зависимость относительных амплитуд гармоник от г/Х представлена кривыми
на рис. 286.
Как видно из рпс. 286, возрастание частоты и угла относительного перекоса
штрихов приводит к уменьшению амплитуды основного колебания и к увеличению
амплитуд гармоник.
Рис. 286. Относительные амплпауды основного
колебания и гармоник как функции г/Х
Увеличение амплитуд гармоник имеет место в пределах значения г/Х, не пре-
вышающих 0,3—0,35, прп больших значениях г/Х наступает, наоборот, уменьшение
амплитуды второй гармоники. 1
Определим теперь действие перекоса читающего штриха применительно к дву-
сторонней записи (двусторонней фонограмме). Для этого случая, представленного
на рис. 287, и в соответствии с указанными обозначениями, аналогично предыдущему
можно написать следующие соотношения:
2/1 = «1 I + sin
2/2 = «i 14-sin
х <’+'>) I •
где
li = ("I—2/1) tg?.
^=(°l + 2/2)tg'P
и
Ki = 2/i sec ср,
К2 = Уг sec ср.
В этих формулах представлчет собой двойную амплитуду записи на каж-
дой половине фонограммы (см. рпс. 287).
328
Поступая аналогично прежнему, получаем следующие значения коэффициентов*
амплитуд первых трех гармоник:
2а j sec ср
лг/2Х
Ji
колебание основной частоты,
а 1 sec ср т / тсг\
~ г7~2Х ' \ л" ) БШ I Т ) —ВТ0Рая гармоника,
2ал sec ср
Зтгг/2А.
третья гармоника.
Относительные значения амплитуд основного колебания и гармоник в зависимости
от г/\ для данного случая представлены кривыми также на рис. 286.
Как видно из рис. 287, воспроизведение наклонным читающим
Рис. 287. Схема к определению иска-
жений, вносимых относительным на-
клоном читающего штриха при воспро-
изведении сигнала с поперечной фоно-
граммы (двусторонняя фонограмма)
штрихом сигнала с двусторон ной фонограммы приводит к меньшим не-
линейным искажениям, чем воспро-
изведение сигнала тем же штрихом
с односторонней фонограммы. Умень-
шение амплитуды основного колеба-
ния (частотные искажения) прп уве-
личении г/\ в случае двусторонней
фонограммы происходит, наоборот,
более резко, но абсолютная величина
изменения данной амплитуды все же
остается, как и в случае односторон-
ней фонограммы, малой. За макси-
мально допустимое значение г/Х в слу-
чае двусторонней фонограммы можно
принять 0,1, чему соответствует вели-
чина второй гармоники порядка 2,5%.
(В случае односторонней фонограммы
значению г/Х = О, 1 соответствует вто-
рая гармоника порядка 15%.) При г/Х
максимально допустимая
(см. рис. 285) г = 0,005
порядка 0,2°.
= 0,1 и частоте колебаний 9000 гц
линейная величина перекоса читающего штрпха
лм/ = 5[1. Этой величине соответствует угол сел
§ 63. ИСКАЖЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПИ1 ПЕРЕМОДУЛЯЦПП
Эффект перемодуляцип при поперечной записи возникает при непра-
вильной начальной установке световою пятна, освещающего механиче-
скую щель (рис. 288), илп при слишком большой амплитуде его коле-
баний (рис. 289). Аналогичный эффект возможен и прп воспроизведении
сигнала с поперечной фонограммы, когда имеет место неправильная
установка читающего штрпха по отношению к фонограмме (рис. 290).
Неправильная начальная установка светового пятна по отношению к ме-
ханической щели и читающего штрпха по отношению к фонограмме
приводит, начиная с некоторого уровня амплитуд, к несимметричным
искажениям передаваемых колебаний, а слишком большая амплитуда
колебаний светового пятна в плоскости механической щели при пра-
вильном их взаимном расположении — к симметричным искажениям пере-
даваемого сигнала.
Оба этих случая применительно к односторонней поперечной фоно-
грамме представлены на рис. 291 и 292. Как видно из этих рисунков,
для перемодуляции при поперечной записи характерно наличие среза
крайних частей bed и ejg передаваемого колебания.
329
Рпс. 288. Неправильная на-
чальная установка М-ибразпо-
го светового пятна, освещаю-
щего механическую щель
Рис. 289. М-образпое свето-
вое пятно, освещающее
механическую щель (при
амплитуде колебании пятна
больше d возникают сим-
метричные искажения)
Рпс. 290. Неправильная уста-
новка читающего штриха по
отношению к фонограмме
Рис. 292. Срез верхушек bed и ejg
синусоидальной кривой прп двусто-
ронней перемодуляции
Рпс. 291. Срез верхушки си-
нусоидальной кривой при одно-
сторонней перемодуляцип
Рпс. 293. Зависимость коэффициента гармоник от коэффи-
циента модуляции т
330
Для количественного определения нелинейных искажений, вносимых перемоду-
ляцией при поперечной записи, необходимо представить кривые ocegh и obdegh,
изображенные на рпс. 291 и 292, в форме рядов Фурье. По найденным коэффициен-
там данных рядов легко определить имеющий место в том илп ином случае коэф-
фициент гармоник.
Рис. 294. Зависимость выпрям-
ляющего эффекта ог1 коэффи-
циента модуляции т
Рис. 295. Односторонняя
перемодуляция двусторон-
ней фонограммы
Рис. 296. Двусторонняя перемо-
дуляцпя двусторонней фоно-
граммы
В случае несимметричного искажения формы синусоидального колебания
^рис. 291) искаженная периодическая кривая ocegh разлагается в ряд Фурье вида:
71=00 71=00
/(а:) = Я0+ S Ап C0S7KC-b Bncosnx
71=1 71=1
«и коэффициент гармоник равен:
71=00 71 -00
S Лп+ 2 Вп
п=2 п—2
Наряду с гармониками имеет место также выпрямляющий эффект, т. е. обра-
зуется постоянная слагающая Ло.
В случае симметричного искажения формы синусоидального колебания (см.
рис. 292) искаженная периодическая кривая obdegh представляется нечетной функ-
цией, т. е. ряд Фурье содержит только синусы нечетного порядка (коэффициенты
лри косинусах и постоянный член равны нулю):
/ О') = S В2п+1 Sin (2га +1) X.
п=0
В этом последнем случае коэффициент гармоник равен:
331
Зависимость коэффициентов гармоник С от коэффициента модуля-
ции т для обоих этих случаев выражена кривыми, представленными'
на рис. 293105. На рпс. 294 показана зависимость выпрямляющего эффекта
от коэффициента модуляции т для случая несимметричных искажений.
Как видно из рис. 293, прп одном и том же значении коэффициента-
модуляции т коэффициент гармоник больше прп симметричных искаже-
ниях.
Приведенные данные можно применить и для случая перемодули-
рованной двусторонней фонограммы. В этом случае, как это следует
из рпс. 295 и 296, необходимо в вычислениях заменить а величиной ~
и полученный результат в виде рядов Фурье умножить на два.
ГЛАВА V
ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
С ПОМОЩЬЮ ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
§ 64. ЭКСПОЗИЦИОННОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПА КИНОПЛЕНКЕ
ПРИ РАЗВЕРТКЕ СИГНАЛА ПИШУЩИМ ШТРИХОМ
ПЕРЕМЕННОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ (ИНТЕНСИВНЫЙ МЕТОД ЗАППСП ЗВУКА)
Фотографический процесс интенсивной записи и ее фотографической
«обработки оказывает свое влияние на качество звукопередачи (в форме
образования искажений и изменения отдачи) по той причине, что сиг-
нал, развернутый пишущим штрихохМ по длине кинопленки в процессе
записи, представляется градационным распределением экспозиции. Харак-
терным для экспозиционного изображения на кинопленке при интенсив-
ной записи является изменение экспозиции в направлении длины кино-
пленки.
Пусть на кинопленку падает пишущий штрих, освещенность точек
которого является функцией координат штриха а, р и времени t (рис. 297),
причем изменение освещенности, зависящее от времени, пропорционально
начальной освещенности точек штриха. Подобная освещенность пишу-
щего штрпха может быть выражена формулой:
Е = Е0Е(а, P)g(Z), (350)
где Е (а, Р) — функция, определяющая освещенность отдельных точек
пишущего штрпха в зависимости от координат а, р системы, связанной
€0 штрихом; g (/) — функция, выражающая изменение освещенности
каждой точки пишущего штрпха в зависимости от времени.
В том случае когда начальная освещенность всех точек одинакова
и равна Ео, т. е. Е (а, р) = 1, формула (350) приобретает вид:
E = Eog(t). (351)
Если подобным пишущим штрихом записывается сигнал, наиболее
высокие гармонические составляющие которого обусловливают длину
волны записи К, значительно большую ширины штриха Ь, то экспози-
ционное изображение на кинопленке может быть определено выраже-
нием:
(352)
где х— координата системы, связанной с кинопленкой, идущая в на-
правлении длины последней; v — скорость движения кинопленки.
333
В общем случае, когда пишущий штрих имеет неравномерную осве-
щенность и конечную ширину, а сигнал содержит гармонические сла-
гающие высокой звуковой частоты, экспозиция участка неподвижной
кинопленки с координатой у0 при модуляции освещенности пишущего*
штриха выразится на основании (350) формулой:
4-со
Н = \ Е0Е(а., у0) g (t)dt. (353)
— СЮ
Для получения выражения экспозиционного изображения на дви-
жущейся с равномерной скоростью кинопленке в данную формулу необ-
ходимо подставить:
(354)
т. е. имеем
4-со
я (х, у0) = (а, у0) g da. (355)
&
~b
'Уо
У
Рис. 297. Схема к определению
экспозиционного изображения на
кинопленке при интенсивной
записи
X
В случае косинусоидального сигнала, когда
g(Z) = (l-t-7ftC0S U)Z)
(т — коэффициент модуляции освещенности, ш — угловая частота),
экспозиционное изображение на кинопленке17
+.°°
Н(х,у0) = ^ Е («, Уо) [ 1 + w cos -j cfa =
— СО
= v {ло + 5с(ш)тес08 v+^(w)msinv} “
= v {A+^Hwcos [^-<р(«>) ] } ,
где
4-оо
—со
4-оо
5с(ш)= £(а,у0)соз^-</а,
— СО
4-оо
ДЛШ)= $ -E(«,yn)sin^da,
—СО
В («о) = /^(w)-j-Be2(«)),
Вс (w) = В (cd) cos ср ((d),
Bs ((d) = В (cd) sin ср ((d),
. ч в/(ш)
'?(“) = arc tg^y.
(356)
(357)
(358)
(359)
(360)
(361)
334
Коэффициент В (w) определяет собой частотную характеристику про-
цесса развертки сигнала тем илп иным пишущим штрихом, имеющим то
ГУ
илп иное распределение освещенности. Отношение —— является час-
тотным множителем коэффициента модуляции экспозиции, обусловлен-
ным частотной характеристикой указанного процесса. Значения - J
прп некоторых частных видах
функции Е (a, yQ) приведены на
рис. 298.
Определяя при том илп ином
конкретном значении Е (а, ?/0)
функцию —-у-2- п подставляя ее
^0 о
значение в формулу (3d7), нахо-
ЕМ
ВМ.
/L
-Ц2 Ч)*Ь/2
ЕМ
дим соответствующее экспозицион-
ное изображение Н (я, yQ).
'2V\zi
Пример.
При записи косинусоидальных ко-
лебании пишущим штрихом равномер-
ной освещенности конечной ширины b
частотный множитель коэффициента
модуляции экспозиции равен
<о& . тЬ
sin — sin -v
2Л) К
mb тгЬ
2Б т
(ш = 2т:/ = —, где v—скорость дви-
жения кинопленки и X—длина волны
записи^ (см. рис. 298). Следовательно,
в этом случае экспозиция кинопленки
определяется не только характером
временного изменения освещенности
пишущего штриха, но и шириной по-
следнего. Только прп очень малом зна-
чении частоты / можно допустить (для
колебаний, имеющих частоту /, лежа-
щую в звуковом диапазоне)
. nfb ,izfb .
Sin —
v ! v
W *Ц2
EM"E
-Ь12
EM-e**
у
EM « e ~Ca Ejijf
Рис. 298. Значения частотных мно-
жителей коэффициента модуляции
экспозиции —X-i для различных видов
Ло
функции Е (а)
Во всех остальных случаях этот член меньше 1 и зависит при данной ширине-
пишущего штриха b и скорости кинопленки v от частоты записываемых колебаний^/.
_ В (ш) S\Xl~jblv
Функция - =—— — приведена выше на рис. 40.
Действие пишущего штриха конечной ширины приводит, во-первых,
к уменьшению амплитуды освещенности пленкп в зависимости от час-
тоты, оцениваемому коэффгциентом , и, во-вторых, создает опре-
деленный сдвиг фаз между значениями экспозиции кинопленки и вре-
менным изменением освещенности пишущего штриха. Следствием умень-
шения амплитуды освещенности пленки является уменьшение амплитуды
экспозиции в зависимости от частоты, т. е. образование частотных
искажений.
335’
На рис. 299 показана графически зависимость величины уменьше-
ния амплитуды освещенности пленки
Ttfb
v
Tt/Ь
от при различных значениях ширины штриха в миллпмметрах и
частоты записываемых колебании / в герцах (скорость кинопленки равна
24 кадрам, пли 456 мм/сек). Как видно из рпс. 299, для одной и той же
ширины b пишущего штрпха уменьшение амплитуды экспозиции пленки
тем больше, чем больше частота / записываемых колебаний. Поэтому,
для того чтобы верхние частоты звукового диапазона могли быть пере-
даны в пределах допустимого ослабления, ширина пишущего штрпха Ь
не должна превышать известного значения. По этой причине в практике
Рис. 299. Уменьшение амплитуды
освещенности кинопленки в зависи-
мости от ширины пприха Ъ и часто-
ты записываемых колебаний /
звукозаписи не употребляются пишушпе штрихи с шириной более
0,02 мм. Как следует из рис. 299, прп 6 = 0,02 мм = 20р. и / =10 000 гц
амплитуда экспозиции уменьшается на 35%.
§ 65. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПОЗИЦИИ ИА КИНОПЛЕНКЕ
В 1ЕЗУЛБТАТЕ РАЗВЕРТКИ СИГНАЛА ПИШУЩИМ ШТРИХОМ
ПЕРЕМЕННОЙ ШИРИНЫ (ПРОДОЛЬНЫЙ МЕТОД ЗАПИСИ ЗВУКА)
При использовании продольного метода записи пишущий штрих
имеет постоянную освещенность. В соответствии с записываемыми коле-
баниями изменяется лишь ширина пишущего штриха. Ввиду того, что
экспозиция определяется произведением освещенности на время экспози-
ции, а скорость кинопленки равномерна, экспозиция любой точки кино-
пленки будет пропорциональна тому времени, в течение которого эта
точка проходит путь, равный ширине пишущего штрпха. Ширина пишу-
щего штриха не сохраняется постоянной, поэтому время экспозиции
любой точки кинопленки определяется двумя моментами; первый соот-
ветствует вхождению точки в область пишут его штриха, а второй —
выходу точки из области пишущего штриха. Если бы ширина пишущего
336
штрпха была бы бесконечно малой, то продолжительность экспозиции
любой точки кинопленки была бы тоже бесконечно малой, но пропор-
циональной записываемому сигналу. В действительности же пишущий
штрих всегда имеет конечную ширину, в силу чего при записи колеба-
ний высокой частоты экспозиция кинопленки отличается от идеальной
экспозиции, свойственной бесконечно узкому пишущему штриху.
Действие конечной ширины пишущего штриха сказывается в неко-
тором искажении формы передаваемых высокочастотных колебаний. По
сравнению с передаваемым сигналом, выраженным законом изменения
ширины пишущего штриха, экспозиционное изображение приобретает
нелинейные (образование гармоник) п частотные (изменение амплитуды
колебаний времени экспозиции от частоты) искажения. Указанное дей-
ствие пишущего штриха по своей величине зависит от соотношения
скорости движения кинопленки прп записи
и скорости колебаний границ, определяю-
щих ширину пишущего штриха.
При записи колебаний низкой звуко-
вой частоты скорость кинопленки значи-
тельно больше скорости указанных гра-
ниц, и потому изменения экспозиции ки-
нопленки точно следуют за изменениями
положения границ пишущего штрпха. На-
оборот, при записи колебаний высокой
звуковой частоты скорость колебаний по-
ложения границ штрпха может быть уже
Рпс. 300. Положение боковых
границ пишущего штриха прп
продольной записи
соизмеримой со скоростью кинопленки,
и здесь будет иметь место указанный эффект.
Определим математически величину данного
эффекта (по 1Ли1С6). На рис. 300 показаны поло-
жения обеих боковых границ пишущего штрпха прп отсутствии записи АВ и CD и
при записи гармонических колебаний определенной частоты и амплитуды как функ-
ции времени t\ время выражается расстоянием вдоль центральной оси ОО}. Расстоя-
ние по вертикали между симметричными точками изображенных косинусоид при
той илп иной горизонтальной координате определяет соответствующую мгновенную
ширину пишущего штриха.
Если обозначить среднюю ширину пишущего штриха, илп ширину при отсут-
ствии модуляции 60, а коэффициент модуляции (показывающий, какую часть'от
Ьо12 составляет амплитуда колебаний каждой боковой границы) через /п, то откло-
нение боковых границ пишущего штриха от центральной оси ОО± при заппсп сину-
соидальных колебаний выразится равенствами:
для верхней границы
для нижней границы
=-~ (1 4- т sin оЯ),
&2 = -^ (1 -\-т sin coz),
(362)
где —угловая частота записываемых колебаний.
Рассмотрим теперь условия, при которых происходит экспозиция отдельных
точек кинопленки при модуляции ширины пишущего штриха в том случае, когда
максимальная скорость движения границ штриха хотя и является сопзхмеримой со
о / Ь.лып
скоростью движения кинопленки v, но меньше последней ( скорость v > —,
пли
частота
• Для Удобства
дальнейших выводов будем определять экс-
позицию отдельных точек кинопленки как состоящую из двух частей: экспозиции,
которой подвергается точка па кинопленке прп ее прохождении от верхней границы
пишущего штрпха до центральной осн, и экспозиции, соответствующей прохожде-
нию точки от центральной осн до нижней границы пишущего штриха. Возьмем,
например, изображенную па рис. 300 точку Р. Обозначим через тот момент вре-
мени, когда эта произвольная точка Р кинопленки входит в освещенную зону,
через Z тот момент времени, когда эта точка пересекает нейтральную середину пи-
шущего штриха. В течение времени t — точка Р кинопленки будет находиться
22 в. А. Бургов
337
в пределах действия верхней половины пишущего штриха и в течение этого вре-
мени пройдет путь
—ZT).
После указанного момента времени t точка Р перейдет в нижнюю половину
пишущего штриха. Пусть в некоторый момент времени z2 она достигнет вторую гра-
ницу пишущего штриха, тогда в нижней половине пишущего штрпха она будет
подвергаться экспозиции в течение времени /2—В течение этого времени точка Р
пройдет путь
x2 = v(t2—О-
Все расстояние, пройденное точкой Р в пределах изменяющейся ширины пи-
шущего штриха, будет:
f(«2— h),
где t2 — tA— полное время экспозиции точки Р кинопленки.
Выражая сказанное математически, можно написать равенства:
b1 = x1 = v(t — «!) = —(l-l-msinwij), 1
b f (363)
b2 = x2 = v(t2—t) = (1 + ?n sin uit2). J
Эти равенства выражают пути, пройденные точками кинопленки от точки
пересечения пх с границей штрпха до центральной линии и от центральной линии
до другой границы штриха.
СО
Умножая обе частп равенств (363) на — , получим:
/ х . Ъ0<»т . л
, ч ьиш , ьошт . ('5 ) '
“G2-0=-2-+^-Sin<ot2,
откуда
Ьп СО .
t—~ )—~т— sinwu
а " (365)
Z &0\ , Ьо со 4 '
= t-\-~ — Sincoi2.
Данные выражения принадлежат к формулам типа
z=y Я2 к sin z,
(366)
где у и z являются нечетными периодическими функциями. По этой причине раз-
ности coZj — co^z — и coz2—со могут быть разложены в сряд Фурье, со-
держащий только синусы, т. е.
со
со&п х?
шг2_шг_ Cnsmn
П=1
где
Cn=- \
iin '
0
cos п
Cn=- \
Tin }
0
, Л72СО&» .
co£j 4- v sin COZ
7Псо&п .
—- Sin coU
2v
<oij — «г + ^ = 2 Sin n
+ 2u J ’ (367)
: — co&0\ 2d) ’ (368)
d coZ2 = =7TJn( <пЪ^ты'\ < 2« 7’ (369)
d^tr = n&n772co\ 2o ) ’ (37C)
Jn
является функцией Бесселя первого рода n-го порядка от аргумента
338
На этом основании в результате подстановок и преобразований получим
следующее выражение для времени экспозиции любой точки кинопленки:
&0<о
COS-к—
____?Е.т
60О) 1
L 2у
ЗЬпШ
COS-T^-
2v
360O)
~2гГ
. &0co
sin —
V
&0io -r
----- J 2
V
ftp . 2fr0
V V
sinus 4-
cos 2i»t +
(371)
Данный вывод относится к тому случаю, когда колеблются обе границы пи-
шущего штриха. При колебаниях положения лишь одной границы пишущего
штриха полагаем, что точки кинопленки экспонируются при ее движении от цен-
тральной линии (см. рис. 300) до пересечения с нижней границей. В этом случае
имеем:
Выражения (371) и (372) определяют периодические изменения времени экспс-
зиции кинопленки при записи гармонических (синусоидальных) колебаний по про-
дольному методу.
При продольном методе записи всегда возникают нелинейные и
частотные искажения, весь вопрос только в том, насколько они прак-
тически велики.
Амплитуды основного колебания и возникающих гармоник являются
функциями частоты записываемого колебания /, смодулированной ши-
рины пишущего штриха 60, коэффициен-
та модуляции т п равномерной скорости
движения кинопленки г?. *
На рис. 301 приведены зависимости
амплитуды колебания основной частоты
и амплптуд колебаний второй и третьей
гармоник от частоты при колебаниях
двух и одной границ пишущего штри-
ха и значениях: я0=12,5 рь, т=1 и
и=456 мм/сек.
Прп модуляции ширины пишущего
штриха путем колебаний лишь одной
пз его границ частотные искажения
уменьшаются, а нелинейные искажения
(до не слишком высоких частот) возра-
стают. При уменьшении средней шири-
ны пишущего штриха, так же как при
уменьшении частоты и амплитуды запи-
сываемых колебаний, нелинейные иска-
жения уменьшаются.
Частотные искажения при приме-
нении продольного метода прп одной
Рпс. 301. Зависимости амплптуд ко-
лебаний времени экспозиции основ-
ной частоты п гармоник от частоты
(ширина пишущего штриха при отсут-
ствии модуляции равна 0,0125 мм):
1—колебание одной границы пишу-
щего штриха (одполенточпып «свето-
вой» клапан); 2—колебания двух
границ пишущего штриха (двухлен-
точный «световой» клапан)
Ъл ш П1
и тон же величине — несколько больше частотных искажении, отве-
чающих интенсивному методу (см. рис. 301 и 299).
Таким образом, с точки зрения как нелинейных, так и частотных
искажений, вносимых пишущим штрихом, интенсивный метод записи
является более выгодным, чем продольный метод записи.
22*
339
§ 66. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ КРИВЫХ
НЕГАТИВНОЙ II ПОЗИТИВНОЙ КИНОПЛЕНОК II УСЛОВИЙ ЭКСПОЗИЦИИ
ПРИ ЗАПИСИ II КОПИРОВАНИИ ПА ХАРАКТЕР ФОНОГРАММЫ
ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
Качество звукопередачи с помощью фонограммы переменной плот-
ности определяется степенью возникающих нелинейных и частотных иска-
жений, а также величиной отдачи, или точнее—динамического диапазона,
зависящего не только от отдачи, но и от ширины записи и уровня по-
мех в форме шума кинопленки. В значительной степени эти искажения
порождаются фотографическим процессом интенсивной пли продольной
записи и ее фотографической обработки в виде проявления негатива и
печати позитива, контратипа и массовых копий.
Влияние фотографического процесса на характер фонограммы пере-
менной плотности обусловлено, во-первых, сенситометрическими свой-
ствами кинопленок, применяемых для заппсп и копирования, п, во-вто-
рых, физическими свойствами уже проявленного фотографического изо-
бражения.
К сенситометрическим свойствам кинопленок могут быть отнесены:
форма п крутизна характеристических кривых, светочувствительность,
степень дисперсности эмульсии (величина кристаллов галоидного
серебра) и разрешающая способность. К физическим свойствам уже прояв-
ленного фотографического изображения можно отнести: зернистость его
структуры п распределение плотностей, связанное с рассеянием света
в фотослое п пограничными эффектами проявления.
Благодаря влиянию последних факторов характер передачи формы
высокочастотных сигналов не может быть точно определен исходя из
характеристических кривых кинопленки, так как собственно сенситомет-
рические (экспозиция фотослоя) и денсптометрические (измерение плот-
ностей) условия получения последних связаны с относительно большими
полями экспозиции и измеряемого фотографического почернения. Тем не
менее использование только одних характеристических кривых может
дать определенный материал для более или менее правильного суждения
о характере передачи формы сигнала.
Выше, в § 13, уже указывалось о возможности уменьшения влияния
пограничных эффектов проявления (медленное проявление до коэффициента
контрастности, близкого к максимальному), поэтому можно считать, что
основными факторами, оказывающими свое влияние на фотографическое
изображение в виде фонограммы переменной плотности, являются харак-
тер кривых почернения кинопленок (характеристические кривые кино-
пленок) и явление рассеяния света в фотографическом слое.
Рассеяние света играет роль главным образом при передаче колебаний
высоких звуковых частот и обычно вызывает образование лишь частотных
искажений. Что же касается нелинейных искажений, возникающих как
на низких, так п на высоких частотах в процессах интенсивной или про-
дольной записи и печати негатива фонограммы переменной плотности, то
они в значительной степени могут быть определены характеристическими
кривыми кинопленок и экспозиционными режимами их использования.
Прп передаче колебаний низких и средних звуковых частот, когда
влиянием рассеяния света можно пренебречь, характеристические кривые
и условия их использования играют главную роль. В этом случае фото-
графический процесс звукопередачи по интенсивному пли продольному
методу можно представить графически в виде схемы, изображенной на
рпс. 302а.
В четырех смежных квадрантах А, В, С nD этого рисунка даны кривые
различных зависимостей. Осп координат проведены по линиям раздела
340
квадрантов, поэтому каждая ось координат является общей для двух
смежных систем координат. Благодаря этому можно функционально свя-
зать между собой кривые различных зависимостей, находящихся в любых
квадрантах.
Исходя из практического удобства использования лишь линейных
масштабов координат, в квадранте А целесообразно построить исходную
кривую не в виде характе-
ристической кривой нега-
тивной кинопленки, а кри-
вой коэффициента пропу-
скания негатива как функ-
ции экспозиции. Данная
кривая отвечает определен-
ным условиям проявления
негативной кинопленки п
получается путем предва-
рительного перерасчета ха-
рактеристической кривой,
соответствующей условиям
записи, условиям экспози-
ции и воспроизведения (из-
мерение плотностей читаю-
щим штрихом) звука. В
квадранте С строится по-
добная же кривая, опреде-
ленная для позитивной ки-
нопленки (см., например,
рис. 3026)17. В таком слу-
чае значения координат
квадранта В представляют
собой коэффициент пропу-
скания негатива и экспо-
зицию позитива Нр. Зави-
симость между ними имеет
вид:
_/7Р
К ’
где коэффициент, характе-
ризующий условия копиро-
вания, К=Ек1р (Ек—осве-
щенность негатива прп ко-
Рпс. 302а. Схема фотографического процесса звуко-
передачп
Позитивная кинопленка
пировании и tp время рис 3926. Характеристические кривые и соответ-
экспозиции позитивной ки- ствующпс кривые пропускания позитивной и не-
нопленки прп копирова- гатпвной кинопленок «Агфа»
нии). Из данной формулы
следует, что зависимость экспозиции позитивной кинопленки от коэффи-
циента пропускания негатива графически всегда может быть выражена
в виде прямых, наклон которых зависит от условий копирования (коэф-
фициент К).
Для того чтобы определить характер фотографической передачи
сигнала, необходимо установить зависимость коэффициента пропускания
позитива тр от экспозиции негатива при тех или иных условиях копи-
рования. Оси данных координат образуют систему координат квадранта D.
Кривая квадранта D, выражающая эту зависимость, называемая кривой
341
негативно!! и позитивной кинопленок,
Рпс. 303. Схема фотографического про-
цесса звукопередачи при работе на пря-
молинейных участках характеристических
кривых
коэффициента пропускания, пли сокращенно —кривой пропускания копии,
может быть получена чисто графическим построением. Для данных ха-
рактеристических кривых негатива и позитива п определенных условий
копирования кривая пропускания копии определяется точками пересече-
ния вертикальных и горизонтальных прямых, проходящих через каждое
из значений экспозиции негатива в квадранте А (вертикальные прямые)
п через соответствующие значения коэффициента пропускания позитива
(горизонтальные прямые) в квадранте С. Каждая кривая пропускания
копии отвечает не только определенным характеристическим кривым
но и определенным условиям копи-
рования, поэтому последние явля-
ются параметром также и для со-
ответствующих кривых пропуска-
ния копии.
Фотографический процесс зву-
копередачи с помощью фонограм-
мы переменной плотности можно
представить графически также в
виде схемы, показанной на
рис. 303 107.
Она отличается от схемы, при-
веденной на рпс. 302а, тем, что в
квадрантах А н С строятся непо-
средственно характеристические
кривые негативной и позитивной
кинопленок, т. е. в квадранте А
по осям отложены плотность не-
гатива Dn и логарифм экспозиции
негатива 1g Н^; в квадранте С —
плотность позитива Dp и логарифм
экспозиции позитива 1g Нр. В этом
случае значения координат квад-
ранта В представляют собой плотности D^ негатива и логарифмы экспо-
зиции 1g Нр позитивной кинопленки.
Зависимость между плотностью негатива и логарифмом экспозиции позитивной
кинопленки всегда может быть определена математически.
Действительно, плотность негатива выражается через его коэффициент пропу-
скания формулой:
1g 'сдг,
но
где Ек— световой поток, падающий при копировании на единицу площади негатива
(освещенность негатива); Ер—световой поток, прошедший негатив при его копиро-
вании (освещенность позитивной пленки при копировании).
Поэтому
Ер
2^ = -lg/.
LK
Отсюда следует, что
или, так как экспозиция позитива
Н р=Еptpt
то
Екгр~ НР‘
342
где tp—время экспозиции позитива. В последнем выражении член EKtp характери-
зует условия копирования. Мы его обозначили через К\ тогда окончательно:
Pv=lg2f-lgHp. (373)
Из формулы (373) видно, что зависимость логарифма экспозиции позитива от
плотности негатива графически всегда может быть выражена в виде прямых, на-
чальная ордината которых зависит от условий копирования (член 1g К). Такие пря-
мые изображены в квадранте В (см. рис. 303).
Для того чтобы определить характер фотографической передачи за-
писи, необходимо установить зависимость, существующую при различных
условиях между плотностями копии Dp, полученной с негатива, и лога-
рифмами экспозиции негатива 1g Ин- Кривая, выражающая эту завпси-
Рпс. 304. Кривые пропускания копии
прп использовании клепок М3 (не-
гатив) и «Союз» (позитив) прп различ-
ных условиях копирования, выражен-
ных накалом лампы в копировальном
аппарате (^=0,58)
Рпс. 305. Кривые пропускания копии
тр прп использовании пленок М3 (не-
гатив) и «Союз» (позитив) прп различ-
ных условиях копирования
мость, может быть получена чисто графическим построением. Для дан-
ных характеристических кривых негатива и позитива и определенных
условий копирования кривая Dp = / (lg Hn) определяется точками пере-
сечения вертикальных п горизонтальных прямых, проходящих через
каждое из значений логарифма экспозиции негатива в квадранте А (вер-
тикальные прямые) и через соответствующие значения плотности пози-
тива (горизонтальные прямые) в квадранте С. На основании этой резуль-
тирующей характеристической кривой копии путем простого перерасчета
строится кривая зависимости пропускания копии от экспозиции нега-
тива 7/jv. Для данных характеристик негативного и позитивного процессов
каждая характеристическая кривая копии отвечает определенным усло-
виям копирования; поэтому последние являются параметром также и для
соответствующих кривых пропускания копии.
На рис. 304 и 305 приведены экспериментальные кривые пропуска-
ния копии при различных условиях копирования и коэффициентах кон-
трастности негатива (ур)и позитива (?n). Условия копирования выражены
накалом лампы в копировальном аппарате. Световой пли лучистый по-
ток, проходящий через какой-либо участок пленки, прямо пропорциона-
лен его коэффициенту пропускания; поэтому на основании кривой пропу-
скания копии легко можно определить кривую изменения светового или
лучистого потока, падающего на фотоэлемент прп воспроизведении копии
фонограммы, в зависимости от кривой изменения экспозиции при записи.
При допущении, что изменение экспозиции негативной кинопленки
происходит соответственно записываемым звуковым колебаниям, коэф-
343
фицпенты пропускания отдельных участков копни должны быть по своей
величине прямо пропорциональны значениям экспозиций соответствую-
щих мест негативной кинопленки.
Это положение является основным условием неискажающего фотогра-
фического процесса звукопередачи. Только при выполнении этого усло-
вия изменения светового или лучистого потока, падающего на фотоэле-
мент при воспроизведении сигнала с позитива фонограммы, будут проис-
ходить по тому же самому закону, по которому происходит изменение
экспозиции при записи. Последнее условие в зависимости от характера
негативного и позитивного светочувствительного материала, его исполь-
зования и условий лабораторного процесса может быть выполнено только
в тех пли иных пределах. Иначе говоря, указанная зависимость между коэф-
Экспозиция пег
Кривая
изменения
коэффициен-
та пропус-
кания пози-
---тива
Ътиеа
Кривая измене-
ния экспозиции
при записи
Рпс. 306. Образование лскаже-
шш при пелилейпий фотографи-
ческой характеристике звукопе-
рсдачи
фициентом пропускания копии и экспо-
зицией негативной кинопленки выражает-
ся какой-то кривой, только часть которой
на известном протяжении является прак-
тически прямолинейной. Все мгновенные
абсолютные значения экспозиций, соответ-
ствующие записываемым звуковым колеба-
ниям, должны находиться в пределах этой
прямой. Невыполнение этого требования
неизбежно приводит к искажению формы
звукозаписи и тем самым к образованию
нелинейных искажений (рпс. 306).
Максимально допустимая амплитуда
экспозццип определяется разностью зна-
чений конечных точек прямолинейного
участка кривой тр=/(Ядг). Полностью она
может быть использована только тогда,
когда величина экспозиции негативной ки-
нопленки прп отсутствии модуляции соответствует средней точке указан-
ного участка кривой пропускания копни (оптимальное значение средней
экспозиции негативной кинопленки).
Что касается наклона этого участка, то значение его не является
безразличным прп звукозаписи. Прп постоянной амплитуде записанных
колебаний он определяет амплитуду пропускания, илп отдачу фонограм-
мы. Для увеличения отдачи надо стремиться к тому, чтобы наклон прямо-
линейного участка кривой пропускания копии имел по возможности
большее значение. Относительно большая отдача фонограммы, обуслов-
ленная фотографическим процессом, выгодна в том отношении, что при
этом уменьшается величина необходимого усиления прп воспроизведении
звука. Обыкновенно увеличение крутизны прямолинейного участка кри-
вой пропускания копии сопровождается уменьшением значения допусти-
мой амплитуды экспозиции; поэтому по эксплуатационным соображениям
увеличение крутизны данного участка может быть произведено только
до известных пределов. При выборе фотографического процесса передачи
звукозаписи необходимо считаться с этим фактором.
Таким образом, фотографический процесс передачи косинусоидаль-
ного сигнала по интенсивному илп продольному методу для данных нега-
тивной п позитивной кинопленок зависит от следующих факторов:
1) от условий проявления негатива и позитива (копии), определен-
ных значениями коэффициентов контрастности и ур;
2) от экспозиции пауз негативной и позитивной кинопленок, выражае-
мых обычно через плотности пауз негатива и позитива;
344
3) от амплитуды экспозиции негативной кинопленки.
После выбора характеристических кривых негатива и позитива, т. е.
после определения режимов проявления, установление наивыгоднейших
экспозиций пауз негативной и позитивной кинопленок может быть произ-
ведено графическим путем с помощью диаграммы, подобно той, которая
представлена на рис. 302а. Для одного и того же коэффициента пропуска-
ния негатива надлежащая экспозиция паузы позитивной кинопленки до-
стигается установлением соответствующих условий копирования. Выбор
экспозиции паузы негативной кинопленки и соответственно используемой
области позитивной кинопленки (достигаемой соответствующим измене-
нием условий копирования) оказывает влияние на характер передачи
синусоидального сигнала. Прп неправильном выборе используемых интер-
валов почернения негатива и позитива (например, слишком малый коэф-
фициент пропускания негатива пли малая плотность позитива, или на-
оборот) имеют место нелинейный характер кривой пропускания копии в за-
висимости от экспозиции негатива и соответственно нелинейные искажения
синусоидального сигнала. Очевидно, что в случае наличия подобных не-
линейных характеристик нелинейные искажения выходного сигнала тем
меньше, чем меньше амплитуда колебаний экспозиции при записи.
§ 67. ТИПЫ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Области экспозиций в пределах прямолинейных участком
характеристических кривых негативной и позитивном кинопленок
При использовании только прямолинейных участков характеристи-
ческих кривых при записи и копировании негатива фонограммы кривая
пропускания копии тр как функция экспозиции соответствующих участ-
ков негатива НN может быть определена выражением:
тр = К~Ур- 10“ар+аллР. (374)
в котором аЛг, CLp и -ру, — начальные ординаты п угловые коэффициенты
прямолинейных частей характеристических кривых негатива и позитива,,
являющиеся коэффициентами контрастности негатива и позитива; К — коэф-
фициент, определяющий условия копирования.
Пряхмолинейпая часть характеристических кривых негатива и позитива может
быть выражена равенствами:
Лу = 7^ 1g HN (для негатива);
Dp = ар + Тр 1g 77р (для позит ива).
Следовательно, коэффициенты пропускания участков негатива и позитива
имеющих плотности DN и 7)р, равны:
ту = 10 ^=10 Yyig исгатива).
= 10“Dp= 10~aP“YPlg НР (для позитива).
Для того чтобы найти связь, существующую между тр и Hv, необходимо вы-
разить величину экспозиции позитива Нр через коэффициент пропускания нега-
тива ту. Зависимость между последними величинами определяет коэффициент К,
который количественно выражает условия копирования. На стр. 343 было указано, что
Ек
345
(Ер—освещенность негатива при копировании), поэтому формулу для значения тр
можно переписать в такой форме:
Отсюда, подставляя вместо его значение, получим:
Тр= 10-“Р-^Р (К - .
Логарифмирование этого выражения дает:
lg тр= — ар—1р 1g (К- !0~ад16 Лд') = 1g (/Г-гр . ю-Ор+ VP Z/Xp),
откуда
гР=1ГМ^+аЛ,-я)
1 А’
Из формулы (374) следует, что линейная зависимость между коэф-
фициентом пропускания копии тр и экспозицией соответствующих участ-
ков негатива HN в рассматриваемом случае может быть осуществлена
только прп условии, еелп выполняется условие (Гольдберга 108):
Ъг-Тр=Г
Характерным для данного типа фотографического процесса является
прохождение продолженной прямолинейной части кривой пропускания
копии через начало координат (см. формулу 374). При выполнении
условия у ур=1 крутизна прямых тр = /(Я^), проходящих через начало
координат, для данных характеристических кривых негатива и позитива
(алг* 7х> °р> Тр) зависит только от условий копирования (/<).
Кривая зависимости Dp = f(\gH^) определяется в данном случае из
формулы (374) путем логарифмирования:
DP^=aK-VplgHK, (375)
где
ак = 1g (К^р- 10aP~VP)- (376)
При работе на прямолинейных участках характеристических кривых
негатива и позитива зависимость между Dp и lg Нм всегда является
линейной. Графически она может быть изображена в виде прямых, кру-
тизна которых зависит от значения произведения TA*TP, а начальная
ордината —от a/V, ар, ур, и К. Для определенных характеристических
кривых изменение условий копирования негатива приводит лишь к па-
раллельному смещению указанных прямых в установленной системе
координат. Условие неискаженной передачи сигнала, выражаемое ра-
венством 7^.~р=1, означает на основании (375), что прямые, опреде-
ляемые зависимостью
Dp = f(LgHN),
должны составлять угол 135° с осью экспозиции.
Приведенные аналитические выражения зависимостей
£p=/(lgtfN)
и
практически верны, но могут быть использованы только в определен-
ных пределах. Причина та, что прямолинейные участки характеристи-
ческих кривых негатива и позитива всегда ограничены по своей длине.
Кроме того, в этом отношении большое значение имеют условия ко-
пирования.
346
Практически зависимость
Z)p = /(lgHA)
определяется обычно чисто экспериментально. По этим кривым путем
простого перерасчета строятся кривые пропускания копии тр=/(Л?лг).
Прп данных характеристических кривых негатива и позитива пара-
метрами кривых плотностей и пропускания копии являются условия
копирования. На рис. 307 показана схема графического построения
характеристической кривой копии при работе па прямолинейных участ-
ках характеристических кривых негатива и позитива при ^jp=l.
Рис. 307. Схема фотографического процесса звукопередачи
при работе па прямолинейных участках характеристических
кривых п выполнении условия 7^7Р=1
В квадранте А с системой координат BN (плотность негатива) и lg HN (лога-
рифм экспозиции негатива) построена характеристическая кривая негатива. В квад-
ранте С, имеющем систему координат: Dp (плотность позитива) и 1g Нр (логарифм
экспозиции позитива), представлена характеристическая кривая позитива. В ква-
дранте В прямые 1 и 2 выражают различные условия копирования, представляя
собой различные линейные зависимости между плотностью негатива и логариф-
мом экспозиции позитива 1g Нр. От двух точек на характеристической кривой нега-
тива, отвечающих двум различным значениям логарифма экспозиции негатива, про-
ведены горизонтальные и вертикальные пунктирные линии. Горизонтальные линии,
пересекаясь с выбранной копиров?льной прямой 2, определяют на данной прямой
две точки. Проведенные пз этих точек вертикальные пунктирные линии, пересекаясь
с характеристической кривой позитива, в свою очередь определяют две плотности
позитива, соответствующие прп данных условиях копирования двум исходным плот-
ностям негатива. Горизонтальные пунктирные линии, проходящие на уровнях
значений данных плотностей позитива в квадрантах С и D, пересекаясь с вертикаль-
ными пунктирными линиями, проведенными пз выбранных точек характеристиче-
ской кривой негатива, расположенной в квадранте Л, дают в квадранте D две
точки характеристической кривой копии Dр = f (lg НN). Совокупность подобных най-
денных точек позволяет построить цадиком данную кривую. В квадранте В приве-
347
дены определенные подобным образом две характеристические кривые копии, каж-
дая из которых отвечает определенным условиям копирования. В правом верхнем
углу квадранта D приведена кривая пропускания копии 7, которая получена путем
перерасчета характеристической кривой копии 7.
Для того чтобы установить оптимальный режим экспозиции пленки
при записи п весь диапазон неискаженной звукопередачи, достаточно
только двух кривых: характеристической кривой копии и характеристи-
ческой кривой негатива.
Предположим, что кривая пропускания копии, полученная из харак-
теристической кривой копии, при известных условиях лабораторного
процесса и выполнении условия
№=1
имеет прямолинейную часть в пределах экспозиции негатива от HnMuh
до IIn Макс (рис. 308). Тогда данные значения экспозиции определяют:
1) максимально допустимую широту изменения экспозиции при записи
ТТ
J1 N макс .
гт ’
мин
2) напвыго дней шее значение средней экспозиции (экспозиция при
отсутствии модуляции)
тт макс N мин .
** No — 2 ’
3) максимально допустимую амплитуду изменения экспозиции
тт _ тт
тт п /V макс 11 N мин .
///Vi =---------§----’
4) наибольшее допустимое значение коэффициента модуляции экспо-
зиции
__ *4 ___макс мин
НN макс ///V мин
Исходя из данных значений, можно определить:
5) максимально допустимый диапазон плотностей негатива
-О/V макс — &N мин = Tjv 77^ >
11IV мин
6) плотность негатива при отсутствии модуляции
Л л ~ 1 ™ гт „ I макс -1" мин \ ,
/7/v0 = 0iv-|-T/vlgН^о = а^-\- T/vlg( -2------J »
7) максимальную плотность негатива
макс = aN+iN\gHN макс;
8) минимальную плотность негатива
DN мин = aN Тр; IIN мин.
Плотностп копии, соответствующие установленному режиму экспози-
ции пленки при записи, определяются непосредственно из кривой
/)P = /(lg^)
и могут быть прп соблюдении условия = 1 выражены в следующем
виде (см. формулу 375):
1) плотность паузы на копии, т. е. при отсутствии модуляции *
Л ~ 1™ макс "и ///V мин \
Яро^к-lg^------------2-------) ’
348
2) максимальная плотность копни
Врмакс = аК ~~ лмхн;
3) минимальная плотность копии
DpMUH = ак — 1s #ЛТ макс;
4) максимально допустимый диапазон плотностей копии
ВРмакс Врмин =r lg Нм макс lg мин-
Выбор тех или иных условий копирования для данных характери-
стических кривых негатива и позитива может быть сделан на основании
кривых пропускания копии. Каждая из них соответствует определен-
ному значению коэффициента К, который должен быть установлен
в соответствии с двумя основными требованиями:
1) необходимый диапазон изменения экспозиции, обусловленный
режимом работы модулятора света, должен находиться в пределах прямо-
линейной частп кривой пропускания копии;
2) крутизна прямолинейной части кривой пропускания копии в за-
висимости от экспозиции негатива, определяемая согласно (374) выра-
жением №тр-10~ан+а^тР, должна быть наибольшей, так как от нее за-
висит относительная величина отдачп воспро-
изводимой фонограммы. Амплитуда светового
потока, падающего на фотоэлемент при просве-
чивании копии фонограммы переменной плот-
ности на основании (374), равна:
= SE-.P1 = SEK-4p • 10“ap+awYp • HNi, (377)
где трг — амплитуда пропускания позитива;
#Л'1 — амплитуда экспозиции негатива; Е— ос-
вещенность читающего штрпха; S — площадь
узкого читающего штрпха.
Рассмотрение последнего равенства позво-
ляет сделать следующие выводы:
1. Прп постоянных условиях воспроизве-
дения (Е, S) амплитуда светового потока, па-
дающего на фотоэлемент, прямо пропорци-
ональна амплитуде пропускания копии.
2. Амплитуда пропускания или отдача ко-
пии пропорциональна значению множителя
К~уг- 10-аР+алТр, который, как только что ука-
зано выше, должен иметь по возможности боль-
Рпс. 308. Диапазон неиска-
женной передачи записи:
коэффициент пропускания
Тр позитива в зависимости
от экспозиции HN негатива
шее значение.
3. Для одних и тех же характеристических кривых негатива и пози-
тива п условий воспроизведения амплитуда светового потока, падающего
на фотоэлемент, зависит от условий копирования и определяется значением
коэффициента К. С возрастанием последнего она уменьшается и наоборот.
4. Прп условии, что амплитуда экспозиции, характеристическая кривая
позитива и условия копирования и воспроизведения постоянны, амплитуда
светового потока, падающего на фотоэлемент, тем больше, чем чувстви-
тельнее пленка, на которую производится запись (мерилом чувствительности
7V
кинопленки может служить отношение —,
Tn
равное aNfp при 7^=1.
Прп отступлении от выполнения условия w(p = 1 фотографический
процесс порождает нелинейные искажения сигнала, которые могут быть
определены математически. В общем случае между световым потоком F,
149
падающим на фотоэлемент, и косинусоидальным изменением экспозиции
негатива Нн = Hno-Y Hni cosidZ на основании (374) существует зависи-
мость:
F = с (1 + тн cos <d/)v, (378)
где
c = SEK Y₽.1O ар+а^р-н1^р,
1 =
пгн = ТГ-1.
При этих условиях нелинейные искажения, вносимые фотографиче-
ским процессом, определяются разложением в ряд выражения
(14 тн cos <dZ)t,
или, если учесть влияние конечной ширины пишущего штриха
(см. стр. 58), выражения вида:
(sin у V
1 4 —rb тн cos <dZ j ,
T /
где fe—ширина пишущего штриха; X — длина волны записи.
Величины амплитуд гармоник и постоянной слагающей при разло-
жении выражения
/ sm у
т = ( 1 4 тн cos wZ
\ "X
+ т2 cos 2odZ 4 т3 cos 3 cdZ 4 • • • >
(1+«)
I в ряд вида 1 4 т0 -]- cos <dZ +
где а характеризует степень отступления от выполнения условия y.zyp = 1,
V V . Tib / Ttb
т = тн—коэффициент модуляции экспозиции, a sin у у у — влияние конеч-
ной ширины пишущего штриха, представлены кривыми на рпс. 309, 310
и 311 (вычислены Цпрулиной).
На рис. 309 приведены кривые зависимости второй гармоники т2
и постоянной слагающей т0 (которые практически равны по величине
и только при больших коэффициентах модуляции экспозиции т несколь-
х . т.Ь 1кЪ
ко расходятся друг с другом) от yNyp и sin у у у.
тт . кЬ /пЬ
На данном рисунке указаны пределы изменения величины т sin уу у
при различных значениях Ъ и т и изменении частоты колебаний от 100
до 10000 гц. На рис. 310 даны кривые зависимости относительных ве-
личин второй гармоники и постоянной слагающей t0/Tj (по отно-
шению к амплитуде колебания основной частоты) а на рис. 311 —
кривые относительной величины третьей гармоники 'с3/т1 от тех же коэф-
фициентов. Приведенные кривые наглядно показывают зависимость не-
линейных искажений, порождаемых фотографическим процессом, от ча-
стоты передаваемых колебаний.
На основании всего вышеизложенного можно сделать следующие
основные выводы:
1. При работе на прямолинейных участках характеристических кри-
вых негатива и позитива отступление от выполнения условия
приводит к образованию нелинейных искажений в форме эффекта изме-
нения средней слагающей и образования гармоник.
350
Рис. 309. Кривые зависимости
второй гармоники и постоянной
слагающей от значений 7у(р и
nb
тп sin——
к
тгЬ
а—пределы изменений прп коэф-
фициенте модуляции экспозиции
т=0,9, частите / от 100 до
10 000 гц и ширине пишущего
штриха 6=20 р.; б—пределы из-
менений при коэффициенте моду-
ляции экспозиции т=0,7, часто-
те от 100 до 10 000 гц и ширине
пишущего штриха 6=20 р.; в—
пределы изменений при коэффи-
циенте модуляции экспозиции
тп —0,9, частоте от 100 до 10 000 гц
и ширине пишущего штриха
6=49 р.; г—пределы изменений
при коэффициенте модуляции эк-
спозиции ?п = 0,7, частоте от 100
до 10 000 гц и ширине пишущего
штриха 6 = 40 р.
Рис. 310. Кривые зави-
симости относительных
величин второй гармо-
ники и постоянной сла-
гающей от значений
„ ъЬ
m sin -у—
г~'
X
а—пределы изменений
. кб
m sin у
-----— прп коэффпии
по
т
опте модуляции экспози-
ции zn=0,9, ширине пи-
шущего штриха 6=20 р.
и частоте / от 100 до
10 000 ги: б—то же при
zn=0,9, 6=40 р. и / от
100 до 10 000 гц\ в—
то же прп тп=0,7, 6=
20 и и j от 100 до
10 000 гц\ г—то же прп
лп=0,7, 6=40 р. и / от
100 до 10 000 гц
351
Величины изменения средней составляющей и амплитуды гармоник
имеют тем большее значение, чем больше коэффициент модуляции экспо-
зиции тц и величина а.
2. Поскольку величина третьей гармоники (и тем более четвертой
и других более высоких гармоник) значительно меньше величины второй
гармоники, нелинейные искажения, порождаемые фотографическим про-
цессом, практически являются несимметричными искажениями, и основ-
ным показателем является величина второй гармоники.
Рис. 311. Кривые зависимости отно-
сительной величины третьей гармо-
. ъЬ
sin у
нпкп от значений irffp и т —-—
Л
3. Нелинейные искажения в форме значений амплитуд гармоник
и величины изменения средней составляющей уменьшаются с увеличением
частоты передаваемого сигнала. В частности, с возрастанием частоты
уменьшаются нелинейные искажения, возникающие за счет влияния ко-
нечной ширины пишущего штриха (в силу уменьшения амплитуды
экспозиции).
Области экспозиций
в пределах нижних криволинейных участков характеристических кривых
негатива и позитива
Данный тип фотографического процесса звукопередачи отличается
от предыдущего тем, что при нем области экспозипии при записи и ко-
пировании находятся в пределах нижних криволинейных участков харак-
теристических кривых негатива и позитива. За счет обоюдной компенса-
ции криволинейных частей характеристик можно и при данном типе фо-
тографического процесса получить в определенных пределах практически
прямолинейную часть кривой пропускания копии тР =/(/Т^)109.
Характерным для данного типа фотографического процесса является
то, что продолженная прямолинейная часть кривой пропускания копии
пересекает ось ординат в области отрицательных значений последних.
Применение данного типа фотографического процесса звукопередачп
особенно выгодно тогда, когда источник света, употребляемый при звуко-
записи, имеет несколько недостаточную яркость, а сам модулятор обладает
небольшой глубиной световой модуляции (например, лампа тлеющего
разряда).
При данном типе используются характеристические кривые негатива
и позитива (негативные п позитивные кинопленки) с достаточно боль-
шими коэффициентами контрастности, ибо только при этом условии ста-
новятся более или менее резко выраженными нижние криволинейные
участки характеристических кривых.
Основное преимущество рассматриваемого типа фотографического
процесса звукопередачи состоит в том, что при нем не является необхо-
димым точно устанавливать значения коэффициентов контрастности
и yr, отвечающих прямолинейным участкам характеристических кривых
негатива и позитива. Изменение значения произведения в довольно
широких пределах практически почти не отражается на изменении до-
пустимого диапазона пропускания копии. Следовательно, и максимально
352
допустимая амплитуда пропускания копии является более или менее
постоянной. Влияние изменения величины для данного типа фото-
графического процесса сказывается только в отношении допустимого
значения коэффициента модуляции экспозиции при записи; последний
может быть несколько уменьшен с возрастанием значения произведе-
ния ?л'7р.
При этом способе даже при малой широте экспозиции
тг
11N макс
N мин
можно получить сравнительно большое значение соответствующего ей
отношения коэффициентов пропускания копии
ТР макс „ ТР макс N макс
, т. е. > j, .
ТР мин-----------------------ТР мин-мин
(При предыдущем типе фотографического процесса, характеризующимся
использованием прямолинейных участков характеристических кривых
негатива и позитива
ТР макс _макс \
_ .у
Р мин N мин
Поэтому данный тип фотографического процесса звукопередачи ре-
комендуется употреблять тогда, когда широта экспозиции при записи
невелика.
Благодаря тому, что прямолинейная часть кривой пропускания копии
при данном типе фотографического процесса обладает сравнительно с дру-
гими типами большей крутизной используя его даже при малых моду-
ляциях, можно получить довольно большую отдачу фонограммы. Прак-
тическое проведение рассматриваемого типа фотографического процесса
звукопередачи должно быть достаточно точным; небольшое отступление
от условий правильного его выполнения может привести к другим, чем это
требуется, результатам. Особенно это требование относится к установлению
рабочей точки в центре прямолинейной части кривой пропускания
копии тр= /(Ндт) (или плотности паузы), когда последняя в силу определен-
ных условий копирования имеет сравнительно большую крутизну.
Неправильная установка рабочей точки даже при малой амплитуде записи
может повлечь за собой образование больших нелинейных искажений.
Не выходя прп записи за пределы прямолинейного участка кривой
пропускания копии можно осуществить практически неиска-
женную передачу звукозаписи и при данном типе фотографического
процесса. Причем произведение коэффициентов контрастности характери-
стических кривых всегда значительно больше единицы. По причине,
связанной с качеством изображения, позитив обыкновенно проявляется
до значения коэффициента контрастности ур=1,8—2; неменьшее значение
'[tv должен иметь негатив.
Оптимальный режим экспозиции пленки и максимально допустимый
диапазон передачи записи для данного типа фотографического процесса
определяют, подобно предыдущему, чисто графическим путем,—исходя
из характеристической кривой копии, построенной на основании ее кри-
вой пропускания копии и характеристической кривой негатива. Опреде-
ление характеристической кривой негатива в условиях записи и поправка
на измеренную плотность в силу различия физических условий, имеющих
место при сенситометрическом испытании и прп записи, для данного типа
23 В. А. Бургов
353
фотографического процесса не имеют такого большого значения, как при
работе на прямолинейных участках характеристических кривых.
На рпс. 312 приведены характеристические кривые копии п соответствующие
кривые пропускания копии прп работе на нижних криволинейных участках характери-
стических кривых негативных и позитивной кинопленок «Агфа»17. Параметром для них
служат условия копирования. Во всех случаях негатив копируется па позитивную ки-
нопленку. Кроме характеристических кривых и кривых пропускания копии, пока-
заны также характеристические кривые негативных кинопленок (DN = /(1g
и соответствующие им кривые пропускания (т;у=/(Ндг)). Как видно пз рисунка,
средняя часть кривых пропускания является практически прямолинейной и может
//w в люкс-сек
Рпс. 312. Характеристические кривые и кривые пропуска-
ния копии киноиленок «Агфа»
быть использована прп записи. В табл. XX приведены основные данные, на
основании которых могут быть установлены оптимальные режимы применительно
к различным негативным кинопленкам и условиям копирования.
Линейная зависимость между пропусканием копии и экспозицией негатива
(в определенном диапазоне экспозиции негатива) принципиально может быть достиг-
нута при использовании не только нижних криволинейных участков характеристи-
ческих кривых.
Она достигается во всех тех случаях применения непостоянных по крутизне
участков характеристических кривых негатива и позитива, когда в определенном
диапазоне изменения экспозиции произведение значений, выражающих крутизну
криволинейных частей характеристик в соответствующих точках, равно 1. Иначе го-
воря, при выполнении условия
dD dD р
’ dlgHp
(379)
354
Таблица XX
Основные данные характеристических кривых и кривых пропускания копии кинопленок «Агфа»
Параметры Панхроматическая пленка G —1,25) Условия копирования Пленка ТФ-3 (^«1,3) Условия копирования Позитивная пленка в качестве негативного материала (^=2,35) Условия копирования Пленка ТФ-4 (г^=2,9) Условия копирования
1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 5
Коэффициент про- пускания, соот- ветствующий середине прямо- линейного уча- стка кривой пропускания копии ?ро 0,64 0,50 0,44 0,41 0,28 0,40 0,36 0,33 0,31 0,55 0,52 0,45 0,42 0,40 0,54 0,49 0,49 0,48 0,44
Максимальная амплитуда про- пускания (в пределах пря- молинейного участка) 0,16 0,25 0,31 0,30 0,22 0,25 0,23 0,20 0,22 , 0,23 0,27 0,27 0,28 0,24 . 0,26 0,29 0,30 0,31 0,29
Минимальный коэффициент пропускания хРмии преде- лах прямоли- нейного участ- ка) 0,48 0,25 0,13 0,11 0,06 0,15 0,13 0,13 0,09 0,32 0,25 0,18 0,14 0,16 0,28 0,20 0,19 0,17 0,15
Продолжение
Параметры Панхроматическая пленка G (1N=1.25) Условия копирования Пленка ТФ-3 (т^=1,3) Условия копирования Позитивная пленка в качестве негативного материала (y^-=»2,35) Условия копирования Пленка ТФ-4 (г^=2,9) Условия копирования
1 2 3 4 5 * 2 3 4 1 2 1 з 4 1 5 1 2 1 3 1 4 1 5
Коэффициент шу- мопонижения Л= Тр° . ТР мин 1,3 2,0 3,4 3,7 4,7 2,7 2,8 2,5 3,5 1,7 2,1 2,5 3,0 2,5 1,9 2,5 2,6 2,8 2,9
Экспозиция, со- ответствующая центру прямо- линейного уча- стка кривой пропускания Нщ (в лк/сек) 0,3 0,4 0,0 0,9 1,1 2,6 3,6 4,9 6,5 3,8 5,1 6,2 8,0 9,2 1,1 1,4 1,6 1,7 2,4
Максимальная амплитуда экс- позиции hN1 (в лк/сек) 0,2 0,3 0,5 0,6 0,7 1,7 1,9 2,3 3,5 1,4 1,8 2,0 3,0 2,9 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8
Экспозиция, со- ответствующая началу прямо- линейного уча- стка HNmuh= (в лк/сек) 0,1 0,1 0,1 0,3 0,4 0,9 1,7 2,0 3,0 2,4 3,3 4,2 5,0 6,3 0,6 0,8 1,0 1,0 1,6
Коэффициент мо- дуляции экспо- Bimini - JJNq 0,67 0,75 0,80 0,67 0,64 0,65 0,53 0,47 0,54 0,37 0,35 0,32 0,38 0,32 0,45 0,43 0,38 0,41 0,33
Минимальный коэффициент пропускания (вуаль) т'Рмин 0,20 0,13 0,07 0,06 0,04 0,14 0,10 0,07 0,05 0,22 0,12 0,08 0,04 0,03 0,18 0,09 0,07 0,05 0,02
Начальная орди- ната а продол- женных прямо- линейных уча- стков кривой пропускания КОПИИ Тр 4-0,40 4-0,16 0 -0,12 -0,06 0 -0,10 -0,14 -0,14 -0,12 -0,29 -0,41 -0,36 -0,44 -0,06 -0,25 -0,40 - 0,50 -0,45
Угловой коэффи- циент b прямо- линейных уча- стков кривой пропускания КОПИИ Тр 0,85 0,86 0,68 0,60 0,31 0,15 0,12 0,10 0,07 0,18 0,16 0,15 0,10 0,10 0,58 0,53 0,55 0,54 0,37
Крутизна харак- теристической кривой копии -0,45 -0,70 -1,00 -1,30 -1,45 -1 -1,40 — 1,45 -1,60 -1,20 -1,70 -2,30 -2,45 -2,50 -1,20 -1,65 -2,10 -2,00 -2.95
dDjq dDp
где rfig//w ’ Ti^iTp
крутизны криволинейных частей характеристических кривых
негатива и позитива в соответствующих точках.
Таким образом, условие = 1 может иметь место и для рассматриваемого
фотографического процесса. Только в этом случае и ур будут выражать не на-
клон прямолинейных участков характеристических кривых, а крутизну последних
в их различных точках. Действительно, мы можем представить, что нижняя криво-
линейная часть характеристической кривой негатива будет полностью компенсиро-
вана в каждой точке соответствующей частью характеристической кривой позитива.
Для этого необходимо, чтобы для всех точек, лежащих в пределах указанной части,
выполнялось равенство (379).
Нижний криволинейный участок характеристической кривой негатива нахо-
дится в области малых плотностей (или больших коэффициентов пропускания), по-
этому при компенсации даже небольшой ее части прямолинейный участок кривой
пропускания копии может быть достаточно протяженным.
Подставляя в формулу (379) значепие 1g #р, равное согласно (373) —DN,
получим:
dD
с = 1
dlgHN d(\SK-DN) ъ
или, считая величину IgA" постоянной
dDp
(380)
Следовательно, в рассматриваемом случае характеристическая кривая копии
в пределах указанной части будет представлять прямую, наклоненную под углом 135°
к о< и абсцисс. Продолженный прямолинейный участок кривой пропускания копии
xp = f(HN) пройдет через начало системы координат тр и Иначе говоря, мы
получНлМ такие же свойства, которые присущи типу фотографического процесса
звукопередачи с использованием прямолинейных участков характеристических кри-
вых негатива и позитива.
К данной разновидности последнего типа фотографического процесса звукопере-
дачи относятся случаи, приведенные на рис. 312 и в табл. XX, характеризующиеся
значениями начальной ординаты кривых пропускания копии а = 0 и крутизной ха-
рактеристической кривой копии — 1.
Области экспозиций в пределах прямолинейного участка
характеристической кривой негатива
п нижнего криволинейного участка позитива
Данный тип фотографического процесса звукопередачи по существу
представляет собой способ работы на нижних участках характеристиче-
ских кривых негатива и позитива при условии, что коэффициент контра-
стности негатива удг невысок («мягкая» эмульсия). Действительно, в этом
случае кривизна нижнего участка характеристической кривой негатива не
является резко выраженной, п эта кривая практически может быть при-
нята за прямую. При использовании данного типа фотографического
процесса звукопередачи кривые пропускания копии тр=/(77/у) в некото-
рых своих пределах также имеют прямолинейный участок. Будучи про-
долженным, последний пересекает ось ординат в области пх положитель-
ных значений109.
Характерное отличие этого типа фотографического процесса от пре-
дыдущего заключается в том, что прп нем крутизна прямолинейного
участка характеристической кривой копии по абсолютному значению
всегда меньше 1. Изменение так же как и для предыдущего случая,
мало влияет на величину максимально допустимой амплитуды пропу-
скания, а сказывается только на изменении допустимого коэффициента
модуляции экспозиции. При данном типе фотографического процесса этот
фактор может иметь сравнительно большее значение, чем при других
358
типах. Все условия неискаженной звукопередачи для него определяются
так же, как это было показано выше на стр. 344.
Кривые пропускания коппп прп пспользоваппп панхроматической негативной
кинопленки, приведенные па рис. 312, которым соответствует 0,45 и 0,70
(см. табл. XX), могут быть отнесены к рассматриваемому типу фотографического
процесса звукопередачи.
В том случае когда наряду с нижним криволинейным участком характеристиче-
ской кривой негатива широко используется также прямолинейный участок характе
Плотность
паузы позитива,
определенная на
криСыес знаком х
Q.Z5
0.33
0.55
0,72
0,92
Рис. 313. Кривые пропускания копии при ис-
пользовании как прямолинейного, так и криво-
линейного участка характеристической кривой
позитива (негативная кинопленка ЗИ. позитив-
ная «Союз»; экспозиция выражена в процентах
длины освещенной части механической щели,
изменения которой трансформируются в соот-
ветствующие изменения освещенности пишущего
штриха)
Рпс. 314. Кривые пропускания коппп тр и характеристиче-
ские кривые копии = f (lg HN), типичные для трех ос-
новных типов фотографического процесса звукспередач:
I—области экспозиций в пределах прямолинейных участков
характеристических кривых негатива и позитива;* II—об-
ласти экспозиций в пределах пишущих криволинейных
участков характеристических кривых негатива и позитива;
III—области экспозиций в пределах прямолинейного участка
характеристической кривой негатива и нижнего криволиней-
ного участка характеристической кривой позитива
ристической кривой позитива, мы получаем разновидность типа фотографического
процесса звукопередачи с использованием нижних криволинейных участков харак-
теристических кривых пли типа с использованием прямолинейных участков характери-
стических кривых. Характерные для данного типа кривые пропускания копии, отве-
чающие отечественным негативной кинопленке ЗИ и позитивной кинопленке «Союз»
и различным условиям копирования, приведены на рис. 313.
359
Применение данного типа по сравнению с типом фотографического процесса зву-
копередачи с использованием лишь прямолинейных участков характеристических кри-
вых дает возможность несколько повысить отдачу фонограммы. Отдача фонограммы
возрастает за счет захода в нижний криволинейный участок характеристической кри-
вой, отвечающий большим коэффициентам пропускания, по за счет некоторого увели-
чения нелинейных искажений.
На основании всего сказанного выше можно представить характери-
стические кривые копии и кривые пропускания копии, типичные для
всех трех основных типов фотографического процесса звукопередачи,
в виде, показанном на рис. 314.
§ 68. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕГАТИВА И ПОЗИТИВА ФОНОГРАММЫ
ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
Влияние рассеяния света на характер фотографического изображения
в виде негатива и позитива фонограммы переменной плотности обуслов-
лено изменением экспозиционных изображений в процессах записи и копи-
рования. Действие рассеяния света в процессе записи может быть вы-
ражено экспозиционным изображением, образующимся в результате
развертки сигнала рассеянным штрихом, т. е. штрихом, который благо-
даря рассеянию имеет большую ширину и неравномерную освещенность.
Рпс. 315. Схема к определению
gcbcwprhoc ги по ширине штриха
В случае одномерного рассеяния света
распределение освещенности по ширине рассеян-
ного пишущего штриха (рис. 315) может быть
определено следующими формулами (см. § 12):
в пределах ширины пишущего штриха Ь (внут-
ренняя освещенность)
ь
Z 2
E*Hvmv (z) = Ео 'у о (?) dx + Ео а (?) dx, (381)
__ Ь z
2
при наличии р<с где —равномерная освещенность пишущего
штриха, упавшего на фотослой (без рассеяния);
о(£)—функция рассеяния; В—координата, связанная с любой точкой оптического
изображения в форме пишущего штрпха; х—координата кинопленки, функция ко-
торой определяет распределение освещенности пишущего штрпха, упавшего на фото-
слой; z—то же рассеянного пишущего штрпха.
Так как для первого интеграла выражения (381) x=z—5, а для второго x=z + ^
то
ъ
z 2
EeHymp(z) = Eo \ о (z—x)dx + E0 <s(x—z)dx. (382)
_ b z
2
Функция а (?) является симметричной функцией, поэтому
G (z--------------------------X) = G (х-z)
и окончательно
Евнутр (-2)== Ео о (s—х) dx\
_Ь
2
за пределами ширины ппшущего^штрпха (внешняя освещенность)
ь
2
Евнешн (z) = Eq о (z х) dx.
2
360
Следовательно, в данном случае и внутренняя и внешняя освещенность выра-
жаются одной и той же формулой:
А
Е* (z) = Еенутр СО — Е*нешн (О = Eq о (z—х) dx. (383)
ь
2
Экспозиционное изображение на кипопленке при записи сигнала пишущим штри-
хом неравномерной освещенности Е* (z) определится выражением (см. формулу 353):
+ь
4-оо 4-со 2
Н= Е* (z) g (t) dt = Eq \ g (z—x) g (t) dx dt,
—co —oo b
~2
где g(t)—функция изменения освещенности точек штриха во времени. Так как
Г — Z
t =----,
v
где v—скорость кинопленки, а г—расстояние по длине кинопленки от некоторой
точки отсчета, то
+ь
+ет 2
Z/=^ a(z-X)g (j^^dxdz (384)
—со Ъ
“2
(Опускаем знак минус перед интегральным выражением).
В случае записи косинусоидального сигнала имеем:
g (z) = l -\-т cosuiz,
= 1 + т cos w
и
Ь Ь
4-оо+2 4-оо+2
Н (г) = ~- g (z — х) dx c?z+ \ g(z—х) cos —— dxdz.
—oo b —со Ъ
~2 ~2
Так как
со (г — z) cor coz . cor . coz
COS — ------ = COS-COS-----h Sin--Sill —
V V V V V
4-co +2
. cor С C z . . coz _ л
sm — \ \ g(z—xjsin—dz=O
V ' J V
—со b
“2
(в силу симметричности функции a (z—x), to
4-oo "^2
H(r) = ^- [ g (z—x) dx dz + m cos
—oo b
g (z—a ) dx
COZ
cos —
V
Развертывая функцию g (z—x) в ряд, в результате математических действий
и преобразований последнее выражение можно переписать в виде17:
f +°°
j \ °(2)^ + mcos —
1—00
4-оо
. cob
S1B тг-
2у . . COZ .
—=— g (z) cos — dz
cob 4 V
2v J
— co
(385)
361
Рассеяние света в процессе интенсивной записи падающим на кино-
пленку пишущим штрихом равномерной освещенности не приводит к
образованию нелинейных искажений; в этом случае благодаря рассеянию
света возникают лишь частотные искажения.
Частотная характеристика негатива фонограммы переменной плотности может
быть оценена частотной характеристикой процесса разверткп рассеянным пишущим
штрихом:
(386)
Полагая, что о (z)=eaz для —со z 0 и
a (z) = e az для 0 z оо.
(387)
, На рис. 316 приведена построенная по данной формуле частотная характеристи-
ка, соответствующая 6 = 16р. п a = 0,08. На этом же рисунке для сравнения приве-
допа частотная характеристика прп условии отсут-
ствия рассеяния.
Частотная характеристика позитива фонограммы
может быть определена формулой:
4-со
. (*
sin у
2у »
—со
в которой интеграл
4-оо
. (HZ /ооо\
cos — dz Gj (z) cos — dz, (388)
—co
Рпс. 316. Частотные харак-
теристики процесса раз-
вертки рассеянным б и не-
рассеянпым а пишущими
штрихами
(OZ ,
cos — dz
V
определяет частотные искажения, которые возникают за счет рассеяния света при
копировании (<h(z)—функция рассеяния света при копированпп).
§ 69. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ВНОСИМЫЕ
В ФОНОГРАММУ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТП РАССЕЯНИЕМ СВЕТА
Прп использовании фонограммы переменной плотности рассеяние света в фотогра-
фическом слое в некоторых случаях может приводить к нелинейным искажениям.
Так, например, нелинейные искажения могут возникнуть на высоких звуковых ча-
стотах в силу рассеяния света при копировании, приводящего к нарушению взаим-
ной коррекции кривых пропускания негатива и позитива.
Поясним это положение следующим примером.
Пусть в процессах интенсивной записи и копирования негатива фонограммы
используются прямолинейные участки характеристических кривых, тогда соответ-
ствующие кривые пропускания негатива ^=/(7/^) п позитива хр=/(Н^) будут
иметь вид, показанный на рпс. 317. В этом случае прп записи синусоидального сигна-
ла кривая пропускания негатива будет искажена, т. е. кроме синусоидального колеба-
ния передаваемой частоты опа будет характеризоваться еще наличием гармоник. Если
частоты этих гармоник попадают в область высоких звуковых частот, то кривая, харак-
теризующая рассеянное экспозиционное изображение иа позитивной кинопленке, в силу
различного уменьшения амплитуд составляющих колебаний будет отличаться от сиг-
нала в форме кривой пропускания негатива.
362
В результате, учитывая характеристику пропускания позитива tp—f^Hp), воз-
никнут нелинейные искажения выходного сигнала в форме коэффициента пропу-
скания позитива.
Данный пример показывает, что рассеяние света приводит к нарушению кор-
рекции кривых пропускания негатива и позитива прп передаче колебаний высокой
звуковой частоты, в частности, к тому, что условие у^ур—1 перестает быть в этом
случае условием неискаженной передачи сигнала. Подобное влияние рассеяния света
в процессе копирования на образование нелинейных искажений пмеет неодинаковое
зиачение при различных типах фотографических процессов звукопередачи. Очевидно,
что оно пмеет минимальное значение тогда, когда рабочий участок кривой пропуска-
Запись
коэффициент
пропускания
негатива
ЗкспвзииФн
негатива
In
КОЗффицисН/П ПрОПуСКС.'
кия позитива
Без рассеяния
_ Врассеянием_
J1Z
С рассеянием
. (присутствуют
• искажения)
I Копирование
выходной сигнал
Входной сигнал
Нр
I Экспозиция
м позитива.
+-Без рассеяния
(нет искажений)
Выходнойхсигнал
Рис. 317. Схема, поясняющая образование нелинейных искажений
при копировании благодаря рассеянию света
Рис. 318. Тип фотографического процесса звукопередачи
с использованием нижних криволинейных участков
характеристических кривых
нпя позитива Тр=/(Яр) максимально приближается к прямой. К этому условию
ближе всего подходят типы фотографических процессов звукопередачи, прп кото-
рых используется нижний криволпиейиый участок характеристической кривой по-
зитива.
Па рис. 318 приведены кривые пропускания негатива и позитива
^р=/(#р), отвечающие типу фотографического процесса, при котором используются
нижние криволинейные участки характеристических кривых. В этом случае пере-
даваемый синусоидальный сигнал в виде кривой пропускания негатива и соответст-
венно кривой экспозиционного изображения на позитивной кинопленке пе иска-
жается по форме. Следовательно, указанный эффект рассеяния играет малую роль и
тем самым достигается наплучшая коррекция кривых пропускания негатива п
позитива.
363
§ 70. КОНТРАТИПИРОВАНИЕ И ПЕЧАТЬ МАССОВЫХ КОПИИ
ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
Применительно к производству массовых фильмокопий с фонограм-
мой переменной плотности может использоваться как раздельное контра-
типирование, так и совмещенное контратипирование зрительного изобра-
жения и звукозаписи (раздельное контратипирование имеет наибольшее
значение при поперечной фонограмме).
Процесс контратпппрования включает в себя следующие операции:
изготовление с негатива перезаписи (илп записи) промежуточного пози-
Рпс.319. Схема процесса передачи сигна-
ла при коптратиппрованип фонограммы
переменной плотности: 1—характери-
стическая кривая пленки для первич-
ного негатива DN= (lg II' II—ус-
ловия копирования первичного нега-
тива (см. рис. 303); III—характеристи-
ческая кривая пленки для промежу-
точного позитива Dp = j (lg Нр): IV—
характеристическая кривая копии
Z)p = /(lg Нуу); V—условия копирова-
ния при получении дубльнегатпва
(контратипа); I I—характеристическая
кривая пленки для дубльнегатпва (кон-
тра гина) Dk - j (lg 11 К)\ VII—характе-
ристическая кривая дубльнегатпва (кон-
тра типа) Dk (1g H^h УШ—условия
копирования дубльнегатпва (контрати-
па); IX—характеристическая кривая
позитивной кинопленки для массовых
копий Dрм = j (lg IIРМУ, X—характери-
стическая кривая для массового пози-
тива DpM=J(lgHN)
тива и печать с последнего дубльне-
гативов или контратипов. С данных
контратипов ведется уже печать мас-
совых фильмокопий. Очевидно, что
во всех этих фотографических про-
цессах передачи сигнала должны
пметь место такие характеристиче-
ские кривые и области экспозиций,
которые вместе обеспечивали бы
линейную зависимость между коэф-
фициентом пропускания массовых
фильмокопий и экспозицией негатива
записи по возможности в более широ-
ком диапазоне коэффициентов про-
пускания. В частности, рабочие плот-
ности массовых фильмокопий должны
быть такими же, как и рабочие плот-
ности первичного позитива с нега-
тива записи.
В целях более удобного контро-
ля целесообразна компенсация нели-
нейных искажений, вносимых фото-
графическим процессом, в пределах
каждой пары: негатив перезаписи
(или записи)—промежуточный пози-
тив; контратип—массовая фильмо-
копия.
Подобный процесс передачи сиг-
нала представлен на рис. 319.
Применение контратпппрования
для производства массовых фильмо-
копий может приводить к ухудшению
качества звукопередачи. Это ухуд-
шение качества происходит за счет
увеличения зернистости и ухудшения
частотной характеристики, а также
многократного влияния копироваль-
ной аппаратуры п пограничных эффектов проявления. Кроме того, про-
цесс контратпппрования в случае фонограммы переменной плотности
сильно усложняет контроль качества звукопередачи. Распределение
плотностей и коэффициентов контрастности фонограмм переменной плот-
ности в массовых (фильмокопиях, так же как и плотностей и коэффициен-
тов контрастности поперечных фонограмм в массовых фильмокопиях,
подчиняется статистическим законам (см. ниже рпс. 326).
Применительно к последним уже говорилось о необходимости устра-
564
нения процесса контратипирования и целесообразности массовой печати
ео специально перезаписанных нескольких негативов перезаписи. Все
это целиком может быть отнесено и к случаю фонограммы переменной
плотности.
§ 71. МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
Под оптимальными условиями фотографической обработки фоно-
граммы переменной плотности понимаются такие условия, при которых
возникают минимальные нелинейные искажения передаваемого сигнала,
а отдача фонограммы достаточно велика.
Выше, в § 66, был указан чисто сенситометрический метод установле-
ния оптимальных условий фотографической обработки, сводящийся
к получению по возможности более протяженного прямолинейного участка
на кривой пропускания копии, достаточно большой его крутизны и к уста-
новлению рабочей точки в середине этого участка (увеличение крутизны
приводит к увеличению отдачи, но и одновременно требует большей точ-
ности установления рабочей точки).
При использовании данного сенситометрического метода получение кривых про-
пускания коппп tp=j(HN), соответствующих разнообразным условиям фотографи-
ческого процесса и применяемым сортам кинопленок, практически осуществляется
следующим образом.
С помощью тех илп иных устройств участки небольшой полоски кинопленки,
выбранной для записи, подвергаются различным экспозициям. Экспозиции произво-
дятся соответственно тем условиям, которые имеют место при записи. Так, например,
прп использовании светомодулирующпх устройств с электромеханическими модулято-
рами света, обусловливающих модуляцию освещенности пишущего штриха, изменение
экспозиции участков такой полоски происходит по шкале освещенности, а для свето-
модулпрующих устройств, создающих модуляцию ширины пишущего шрпха,—по
шкале времени. В первом случае время освещения, а во втором—освещенность кино-
пленки являются постоянными и имеют такие же значения, какие существуют в усло-
виях записи. На каждом участке этой полоски отмечается величина экспозиции,
которой они подвергнуты. Имея несколько таких полосок на одной и той же киноплен-
ке, после проявления их в различных условиях можно постропть соответствующие им
характеристические кривые негатива. Для этого необходимо только измерить плотпо-
С1П отдельных участков и нанести их на график в зависимости от соответствующих
экспозиций. На основании выбора той пли пной характеристической кривой можно
определить необходимые условия проявления негатива фонограммы. Полоска, которая
соответствует установленной характеристике негатива, копируется прп различных
условиях на позитивную кинопленку. Полученные па ней копии проявляются при
совершенно одинаковых условиях. Измерение их плотностей дает возможность постро-
пть ряд кривых пропускания копии тр=/ (Z7iV), соответствующих различным условиям
копирования (измеренные плотности пересчитываются на плотности, отвечающие
направленному световому пучку при воспроизведении). Для того чтобы можно было
правильно использовать прямолинейную часть кривой пропускания копии, необходи-
мо знать, как связан режим работы модулятора света с изменением экспозиции кино-
пленки прп записи. Для этой цели па выбранной кинопленке производится запись
колебаний низкой частоты и различной амплитуды, которая в каждОхМ случае имеет
определенное значение в электрических единицах.
Эту запись проявляют вместе с контрольной полоской той же самой кинопленки.
Затем измеряют максимальные и минимальные плотности записи колебаний той пли
иной амплитуды (например, с помощью регистрирующего микрофотометра). Сравнение
пх с плотностями контрольной полоски дает возможность установить соответствующие
им экспозиции, а тем самым определить и зависимость, существующую между экспо-
зицией и электрическим режимом работы модулятора.
Выше, в § 66, представляя фотографический процесс звукопередачи в виде схе-
мы, мы предполагали, что сам модулятор света не дает никаких искажений и что изме-
нение экспозиции кинопленки при записи происходит подобно тем электрическим коле-
баниям, которые обусловливают его действие. Практически это не всегда бывает так.
Поэтохму использование только прямолинейной части кривой пропускания коппп
тр = / не всегда может служить гарантией того, что передача записи происходит
365
без всяких искажений. Если модулятор света создает искажения формы записываемых
колебаний выше допустимой нормы, то его действие необходимо скомпенсировать фото-
графическим процессом. В этом случае выбирается такая кривая, которая, будучи
сопряжена с характеристикой модулятора, создавала бы в результате линейную зави-
симость между коэффициентом пропускания позитива (копии) и напряжением или
током, подаваемым к модулятору.
Практически это можно осуществить следующим образом. Сначала находим харак-
теристику работы модулятора. Для этого производим с его помощью запись электри-
ческих колебаний низкой частоты и различной амплитуды. Эту запись проявляем
вместе с контрольной полоской той же самой кинопленки прп одинаковых условиях.
На основании измеренных плотностей контрольной полоски строим характеристиче-
скую кривую негатива. Затем путем измерения максимальных и минимальных плотно-
стей записи колебаний различной амплитуды и сравнения их с характеристикой нега-
тива находим зависимость между электрическим режимом работы модулятора и экспо-
зицией кинопленки. После этого характеристика модулятора в той плп иной своей
части сопрягается с отдельными участками выбранной кривой пропускания копии.
В результате правильного сопряжения характеристик мы можем получить указанную
выше линейную зависимость между коэффициентом пропускания позитива (копии)
и напряжением пли током модулятора в достаточных пределах. Выражая эту зависи-
мость графически, найдем все необходимые рабочие условия для неискаженной звуко-
пер е дачи.
Возможен также другой практический способ определения кривой зависимости
коэффициента пропускания позитива (копии) от напряжения или тока, поступающего
в модулятор, но по сравнению с вышеописанным способом он пмеет ряд недостатков.
Несмотря на это, ввиду отсутствия специальной аппаратуры для получения контроль-
ных полосок пленки, он может также применяться па практике. Кусок кинопленки,
предназначенной для записи, подвергается в самом звукозаписывающем аппарате
ряду различных экспозиций путем изменения электрического режима модулятора света.
Так, например, для светомодулпрующего устройства Ленинградского института кино-
инженеров, описанного па стр. 166, это осуществляется путем изменения длины
освещенной части механической щелп за счет подачи в зеркальный гальванометр
постоянного тока различной величины.
После проявления такой кинопленки строится кривая зависимости плотностей
негатива от напряжения или тока, поступающего в модулятор. Эта кривая соответ-
ствует определенной кинопленке и пзвестньш условиям проявления. Она является
фотографической характеристикой работы самого модулятора света. Дальше кино-
пленку копируют при различных условиях па позитивный материал. Полученные на
нем копии проявляют прп совершенно одинаковых условиях. На основании измерен-
ных плотностей копии (с перерасчетом па эффект Каллье) можно построить кривые плот-
ностей п пропускания копии в зависимости от напряжения или тока, поступающего
в модулятор. Каждой пз этих кривых будут соответствовать определенные условия копи-
рования. Выбрав ту пли иную кривую пропускания копии и зная фотографическую
характеристику модулятора света, можпо установить оптимальные условия электри-
ческого режима модулятора света п весь диапазон неискаженной передачи звуко-
записи.
Указанный способ пе дает возможности судить об искажениях, создаваемых моду-
лятором света и фотографическим процессом в отдельности, а сразу дает готовый
результат их взаимного действия. Поэтому, для того чтобы определить наплучшпе
условия компенсации, необходимо сделать большое количество копий.
Чисто сенситометрический метод установления оптимальных условий
фотографической обработки фонограммы переменной плотности требует
затраты большого времени на проведение испытаний, не отличается
высокой точностью п не дает возможности учесть влияние звукозаписы-
вающей, копировальной и звуковоспроизводящей аппаратуры на фото-
графическую передачу сигнала.
Учитывая эти недостатки сенситометрического метода, вместо послед-
него обычно применяют динамический метод испытания с контрольной
записью колебаний низкой и высокой частоты, или так называемый метод
взаимной модуляции.
Данный метод (разработанный Фрайном и Сковиль110) основан на
измерении взаимной модуляции, возникающей при одновременной пере-
даче низкочастотного и высокочастотного сигналов через нелинейное,
звено тракта.
366
Для пояснения метода рассмотрим следующие частные случаи:
Пусть на вход данного звена, имеющего нелинейную несимметричную характе-
ристику
тр = а 4- ЪН4*
где тР—коэффициент пропускания позитива; 11N—экспозиция негатива; а, Ъ и с—
постоянные коэффициенты, подается суммарный сигнал
Н^=т1 cos coj t Ч-^2 cos <d2 t
низкая
и w2—высокая угловые частоты), тогда на выходе звена сигнал будет:
СО 9
, cmi ж \ , ,
а 4- —— 4- \ 4- Ътг cos t • bm2 cos w2 14-
СШ? г» . СТПо Л , п
4- —х— cos 2(0]/ 4- —~ cos 2<о2 14- т2 cos t • cos cd2 t.
£ Л
(390)
Отфильтровывая, т. e. пропуская из выходного сигнала только лишь высоко-
частотные колебания с частотами <d2, (о)24-ш1) и (ш2—ш1)> получаем:
Тр=тп2 (b-[-2cm1 cos coj t) cos (o2i = (1 4-zn^ cos cd^) cos<o2 (391)
где
NA = m2b и . (392)
Для симметричной характеристики zp = a-\-bNN~}-dH^j (отфильтровывая коле-
бания с частотами w2, о>2 4-2(1^ 4-ю2 — 2(0]) аналогично найдем:
Тр = 2VS (1 4- ms cos 2(0] t) cos co2 t, (393)
где
Л, , 3c?m? 3c?ml\ 2/, 3dmf 3c?mf
2VS = ™2 ( fe4-—) и ms = 3/2dml b-\---------------+ (394)
Формулы (391) и (393) показывают, что в случаях как несимметричной, так
и симметричной нелинейной характеристик имеет место амплитудная модуляцпя
высокочастотного колебания низкочастотным колебанием. В случае несимметричной
характеристики изменение амплитуды высокочастотного колебания, как показывает
формула (391), происходит с частотой низкочастотного колебания (а>х), а в случае
симметричной характеристики согласно формуле (393)—с двойной частотой низко-
частотного колебания (2и)]). В том пли ином случае коэффициент амплитудной моду-
ляции 7пА пли ms принимается за мерило возникающих нелинейных искажений.
Для экспериментального определения коэффициента тА или ms выходной сиг-
нал, представленный формулой (391) илп (393), подвергается выпрямлению и филь-
трации, в результате чего выделяется низкочастотная слагающая NA тА cos о)] 1 или
Nsms cos 2о)] t. Измеренная амплитуда этой слагающей, отнесенная к амплитуде
высокочастотного колебания, определит коэффициент взаимной модуляции тл пли
znq, который обычно выражается в процентах. Таким образом, метод взаимной моду-
ляции дает возможность определять нелинейные искажения как в случае несиммет-
ричной, так и в случае симметричной характеристик звена. На рпс. 320 приведена
схема, поясняющая"сущность метода взаимной модуляции.
Как показывают формулы (394) и (392), значение коэффицпентов модуляции ms
и тпд будет тем больше, чем больше и меньше т2.
При
Зс?т?
OTs = 2b + 3^-
При записи одного лишь колебания m1cosw1^ (т. е. тп2 = 0) коэффициент гар-
моник будет равен:
в случае несимметричной характеристики Tp=a-\-bHN + сН^, C2 = cml,2bm1 —
стл . „ ч
(относительное значение второй гармоники);
в случае несимметричной характеристики тр = а 4- ЬН^ 4- dH3N, С3
dmj/4
/ , 3dm f \
(относительное значение третьей гармоники) илп так как практически d<^b, то
_ dm3 __dm{
3 4я?]6 46
367
Следовательно, между коэффициентами взаимной модуляции и т, и коэф-
фициентами гармоник при однотональном испытании с эквивалентной амплитудой
т = | /п| -г ml существуют в данных частных случаях соотношения:
т4 Zcmjb __ _ 4
С2 cm'2b Vml г ml 2 ’
(395)
(396)
о т 4 т я
Зависимости и от
Оо ^3
кривьши, показанными на рпс.
согласно формулам (395) и (396) представляются
J7ly
321. Обычно используется соотношение амплитуд
выпрямитель
Фильтр низких
частот (непропускп-
тший Высокие часто-
ты больше ТООили^ООгш
Фильтр высоких
частот (непропуска/о-
ший низкие частоты
меньше 1000 илиООООгц]
модуляции
Низкочастот
синусоидальн.
сигнал
(SOunuZOOzti,
частота сигна-
ла-^ a Manin
myga-m,
Высокочастотн
синусоидальн.
сигнал
ПОООилиЗОООгьб
частота сигна-
ла-f г. ампльн
туда‘mi
Рис. 320. Схема, поясняющая^сушность метода
взаимной модуляции
— порядка 4—5 илп — порядка 0,25—0,20 п частоты: /х = 50 гц или 2С0 гц и
т2 т^
/2 = 1000 гц или 5000 гц. Из данных кривых видно, что при — = 0,25, -^ = 3,83 и
£?=5.65; прп —=0,2, £±=3,92, п £2=5,77.
С3 mj С2 с3
Метод взаимной модуляции обладает значительно большей точностью,
чем метод гармонического анализа.
Наряду с чувствительностью метод взаимной модуляции имеет то
достоинство, что получаемый с его помощью результат в большей степени
соответствует субъективному слуховому восприятию, нежели результаты,
определяемые другими методами. Происходит это по той причине, что
этот метод дает возможность оценивать величину возникающих нелиней-
ных искажений в форме комбинационных тонов, к которым наиболее чув-.
ствительно ухо человека. Наконец, при использовании метода взаимной
модуляции уменьшается влияние собственного шума и помех используе-
мого звена (например, шума кинопленки) за счет применения фильтров.
При применении метода взаимной модуляции установление оптималь-
ных условий фотографической обработки фонограммы переменной плот-
ности производится следующим образом.
368
С помощью обычного звукозаписывающего аппарата на негативную
кинопленку при различном накале экспонирующей лампы записываются
колебания 50 плп 200 гц и 1000 плп 5000 гц с соотношением амплитуд
порядка 4 : 1 и глубиной световой модуляции соответственно примерно
80 и 20 °о. С полученных (в результате проявления до определенного
коэффициента контрастности у?у) негативов, имеющих различные плот-
ности паузы, печатают прп различных экспозициях ряд копий (которые
проявляются до определенного коэффициента контрастности ?р). После
определения для каждой копии коэффициента взаимной модуляции
(с помощью обычного звуковоспроизводящего устройства и специального
измерителя) строятся кривые зависимости коэффициента взаимной моду-
ляции (в процентах плп децибелах) от плотности паузы негатива или
копии прп различных плотностях пауз копии пли негатива. Плотно-
сти пауз негатива и копии определя-
ются с помощью контрольных засве-
ток прп том же режиме экспониру-
ющей пли копировальной лампы, при
котором производится запись двух
топов п печать негативов фонограммы
с этой записью.
Точка, отвечающая минимально-
му значению коэффициента взаим-
ной модуляции, лежащая иа одной
из кривых, соответственно определяет
оптимальные значения плотностей
пегатпва и копии в отношении обра-
зующихся нелинейных искажений.
Обычно выбирается такая точка, ко-
торая, кроме малых нелинейных иска-
жений, обусловливает также доста-
точно высокую отдачу копии фоно-
граммы.
Наряду с определением опти-
мальных плотностей негатива и копни
ГП
Рис. 321. Кривые зависимости отноше-
ний коэффициентов взаимной модуля-
тА.
цип и коэффициентов гармоник и
С2
ms т2
от отношения амплитуд —- для не-
С3 mY
которых частных случаев, определен-
ных формулами (395 и 396)
хметод взаимной модуляции может быть также использован для установле-
ний оптимальных значений коэффициентов контрастности негатива и пози-
тива и ур, определения искажений в зависимости от глубины световой
модуляции п характера света (белый свет, коротковолновый свет) и т. д.
Как это вытекает пз приведенных выше выражений, метод взаимной
модуляции определяет качество звукопередачи лишь прп низких звуко-
вых частотах передаваемых колебаний (по этой причине на величину
коэффициента взаимной модуляции может оказывать влияние неравно-
мерность частотной характеристики на низких частотах) и не учиты-
вает влияния фотографических процессов и рассеяния света на передачу
колебаний высоких звуковых частот. При применении того пли иного
метода испытаний необходимо помнить о том, что обычно в записываемом
звуковом сигнале имеют место колебания низких частот большой ампли-
туды и колебания высоких частот малой амплитуды. Причем в случае
речи является весьма важной неискаженная передача высокочастотных
слагающих малой амплитуды, а в случае музыки—низкочастотных слагаю-
щих большой амплитуды. Учитывая, что качество звукопередачи в виде
речи в значительной мере определяется степенью искажений высоко-
частотных слагающих малой амплитуды, которые в случае интенсивной
записи мало зависят от кривой пропускания (при малой амплитуде можно
считать постоянной кривизну используемого участка на кривой про-
24 в. А. Бургов
369
пускания), нельзя признать, что оптимум, установленный по методу
взаимной модуляции, достаточно хорошо сооДветствует слуховому вос-
приятию речи. Тем не менее прп интенсивной записи п копировании
фонограммы переменной плотности колебания высоких частот и малых
амплитуд лучше передаются фонограммой переменной плотности, нежели
поперечной фонограммой.
Что же касается колебаний иизкпх звуковых частот п большой ампли-
туды, то последние, наоборот, лучше передаются с помощью поперечной
фонограммы ввиду линейности характеристики фотографического про-
цесса на низких частотах. Следовательно, музыка, имеющая более
широкий динамический диапазон, лучше передается поперечной фоно-
граммой, а речь, наоборот, фонограммой переменной плотности.
Прп несимметричной характеристике фотографического процесса
звукопередачи для установления оптимальных условий фотографической
обработки наряду с методом взаимной модуляции может быть использо-
ван также метод разностного тона, который обычно применяется для
поперечной фонограммы.
Оба этих метода в данном случае обусловливают однп и те же опти-
мальные условия обработки фонограммы переменной плотности.
§ 72. ПРОМЫШЛЕННЫЕ КИНОПЛЕНКИ ДЛЯ ИНТЕНСИВНОЙ ЗАПИСИ
В качестве негативного материала для интенсивной записи звука
на прямолинейном участке характеристической кривой применяется
мелкозернистая, оптически несенспбплпзпрованная кинопленка, имею-
Рпс. 322. Характеристические кривые кинопленки ЗИ
щая следующие характеристики (определяемые обычными сенситометри-
ческими способами):
максимальный коэффициент контрастности 0,6—0,7;
чувствительность порядка 1—2 по ГОСТ (10—20° X и Д) п выше;
370
разрешающая способность 100 мм'1 п несколько меньше;
плотность вуали 0,05—0,03;
фотографическая шпрота >1,8.
Типичные характеристические кривые подобной отечественной кино-
пленки 311, полученные при использовании негативного проявителя,
представлены на рпс. 322.
Установление максимального коэффициента контрастности, близкого
к рабочему коэффициенту контрастности, т. е. медленное проявление,
Рис. 323 Характеристическая кривая позитивной
кинопленки «Союз»
выгодно с точки зрения уменьшения влияния пограничных эффектов
проявления. Что же касается оптической сенсибилизации с целью рас-
пространения области цветочувствительности в сторону длин волн, боль-
ших чем 480—520 пцх, то последняя не является желательной.
Как показывает практика интенсивной записи, повышение инте-
гральной светочувствительности кинопленки за счет оптической сенсиби-
лизации с расширением области цветочувствительности в сторону длинно-
волновых лучей приводит к ухудшению частотной характеристики пере-
дачи. Обычно при одной и той же разрешающей способности кинопленок
частотная характеристика является худшей для той кинопленки, общая
чувствительность которой выше. N
Материалом для изготовления копий фонограммы переменной плот-
ности служит позитивная кинопленка «Союз», типичная характери-
стическая кривая которой изображена на рис. 323. С точки зрения
передаваемого динамического диапазона выгодно иметь по возможности
меньшей ширину нижнего криволинейного участка характеристической
кривой позитивной кинопленки.
§ 73. СЕНСИТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ
ПЛОТНОСТИ II ДОПУСКИ НА ФОТООБРАБОТКУ
Сенситометрические показатели фонограммы переменной плотности
и допуски на фотообработку зависят от использованных негативных
и позитивных кинопленок и типов фотографического процесса звуко-
передачи. В том или ином случае они определяются, исходя из конкрет-
ных условий.
24* 371
И р и м е р.
На основе испытаний по методу взаимной модуляции прйМеййТеЛЬНО к негативной
кинопленке 311, позитивной кинопленке «Союз» и светомодулпрующему устройству
с зеркальным гальванометром были установлены следующие оптимальные условия
фотографической обработки фонограммы переменной плотности, прп которых дости-
гаются достаточно малая величина нелинейных искажений (рпс. 324) и достаточно
большая отдача фонограммы (рис. 325)*:
коэффициент контрастности негатива =0,55;
плотность негатива DN = 0,35—0,4;
плотность копии 2)р = 0,55—0,60
(при коэффициенте контрастности позитива ур = 2).
Рис. 324. Кривые зависимости коэффициента вза-
имной модуляции от плотности позитива при раз-
личных плотностях Dn негатива
Как показывают кривые, приведенные парис. 325, максимальная отдача позитива
фонограммы отвечает плотности копии Dp—0,3—0,4. Однако прп такой плотности копии
имеют место сравнительно высокий уровень шума фонограммы и большие нелиней-
ные искажения, а также довольно резкое возрастание искажений даже при малом от-
ступлении плотности копии от оптимального ее значения. Если же для устранения
последнего недостатка использовать меньшую плотность негатива, например РЛ’—0,27,
прп которой, как видно из рпс. 324, нелинейные искажения малы, то понижается
эффективность шумопонижения.
Таким образом, с точки зрения стабильности фотографического оптимума более
выгодным является компромиссный (в отношении отдачи и нелинейных искажений
и шума) режим, при котором плотность позитива (копии) 2)р=0,55—0,6 (^р = 2), а
плотность негатива Z?N=0,35 прп коэффициенте контрастности негатива -^=0,55.
Для последнего режима имеют место допуски на фотообработку:
для коэффициента контрастности негатива yN-|-0,05 (коэффициент контраст-
ности негатива должен быть не меньше0,55, так как прп уменьшении этого значения
сильно возрастают нелинейные искажения);
* Разработка технологии фотографической обработки фонограммы переменной
плотности проведена Ленинградским институтом кпнопнженеров (Бургов, Цпрулина,
Серединский) и Ленинградской киностудией Ленфильм (Раковский, Черняховская).
372
Рпс. 325. Кривые зависимости относительной отдачи фонограм-
мы переменной плотности от плотности позитива при различ-
ных плотностях DN негатива (за нулевой уровень принята от-
дача компенсированной поперечной фонограммы, напечатанной
с негатива, имеющего плотность Р^ = 1,5 и коэффициент мо-
дуляции 100%)
Рис. 326. Кривые разброса плотностей А, отдачи Б
(по отношению к отдаче поперечной фонограммы)
п искажений В (коэффициента взаимной модуля-
ции) фонограмм переменной плотностп в массовых
фильмокопиях
37
для плотности негатива -О/у±0,03;
для коэффициента контрастности позитива 7р±0,15;
для плотности позитива Dp^ 0,075.
Как показывают экспериментальные гистограммы пли кривые разброса плотно-
стей фонограммы в массовых фильмокопиях (без контратпппрования), отпечатанных
с одного негатива определенной плотности, указанный допуск на плотность копии
±0,075 достигается в условиях кпнокопировальпых фабрик для всех копий. Так,
например, при печати 72 копий с негатива плотностью 0,35 была получена гистограмма,
определяющая кривую разброса плотностей позитива, изображенная на рис. 326.
Из данного рисунка видно, что больше половины копий имеют плотность, отличаю-
щуюся от заданной лишь па £0.025, и все копии лежат в пределах допуска ±0,075.
На рис. 326 также представлены соответствующие кривые изменения взаимной модуля-
ции и отдачи.
Как следует из рисунка, в указанных пределах изменения плотностей копий
коэффициент взаимной модуляции остается практически постоянным, а отдача изме-
няется очень мало.
§ 74. ЧАСТОТНЫЙ II ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОНЫ
ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
При применении в качестве негативного материала кинопленки
типа ЗИ и для позитива—позитивной кинопленки «Союз» частотная
характеристика копии фонограммы переменной плотности имеет вид,
представленный на рпс. 327. Как видно из кривой, частотные потери
на частоте 7000 гц имеют значение
+ 6t ||tl-------——г~гтгт1 порядка 8,5 дб.
5 6783 2 3 4 5 6789 гц
WOO WOOD
Рис. 327. Частотная характеристика
коиип фонограммы переменной плот-
ное ги
Динамический диапазон, пере-
даваемый фонограммой переменной
плотности без шумопонижения, со-
ставляет порядка 28—30 дб, а с шу-
мопонижением—35—38 дб. По срав-
нению с динамическим диапазоном
поперечной фонограммы он мало за-
висит от плотности фонограммы и не-
значительно изменяется (уменьшает-
ся) со временем эксплуатации фоно-
граммы.
При применении для интенсив-
ной записи особо мелкозернистой
(и следовательно, низкочувствитель-
ной) кинопленки и монохроматиче-
ского коротковолнового света (на-
пример, от ртутной лампы сверхвы-
сокого давления) частотный и динамический диапазоны фонограммы
переменной плотности значительно расширяются.
Мепыпэе значение динамического диапазона фонограммы переменной плотности
по сравнению с динамическим диапазоном поперечной фонограммы в значительной сте-
пени обусловлено мэньшэй величиной отдачи фонограммы переменной плотности.
Для устранения этого недостатка предложены (Ткачевым) два способа.
Первый способ заключается в том, что позитив фонограммы (полученный прп
использовании прямолинейных участков характеристических кривых негатива и пози-
тива) сразу же после своего проявления поступает в ослабляющую ванну с красной
кровяной солью, ослабляющую главным образом светлые участки фотографического
изображения. Ослабление позитива фонограммы ведется до полного уничтожения ниж-
него криволинейного участка характеристической кривой кинопленки, примененной
для получения позитива фонограммы переменной плотности. После ослабления пози-
тив фонограммы промывается и фиксируется. В результате ослабления происходит
смещение прямолинейного участка характеристической кривой позитивной киноплен-
ки в область больших коэффициентов пропускания, вследствие чего возрастает диа-
374
яазон коэффициентов пропускания прямолинейного участка кривой пропускания
копии.
Второй способ заключается в том, что негатив фонограммы переменной плотно-
сти проявляется до —2,5 (с использованием прямолинейного участка характери-
стической кривой негативной кинопленки, обеспечивающей получение данного зна-
чения 7^), а напечатанный с него позитив (тоже при использовании прямолинейного
участка характеристической кривой кинопленки)—до 7р=0,5—0,4, так что выполняет-
ся условие 72у ур=1. Данный способ характеризуется тем, что ввиду большой крутиз-
ны прямолинейного участка характеристической кривой негатива требуется небольшое
изменение экспозиции для получения полного изменения плотностей в пределах прямо-
линейного участка, а вследствие малого значения tP (прямолинейный участок характе-
ристической кривой позитива находится в области малых плотностей) небольшое
изменение плотности обусловливает большое изменение коэффициентов пропускания
позитива фонограммы. Первое свойство дает возможность применить для записи моду-
лятор света с малой глубиной модуляции, а со вторым свойством связано повышение
отдачи позитива фонограммы.
В отличие от первого способа, который принципиально может быть использован
как для первичного и промежуточного позитивов, так и для массовых копий, второй
способ может быть применен лишь для первичного и промежуточного позитивов
фонограммы переменной плотности, свободных от зрительного изображения в виде
кинокадров.
§ 75. ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОМЕРНОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ
ПИШУЩЕГО II ЧИТАЮЩЕГО ШТРИХОВ
Влияние неравномерной освещенности пишущего штриха по его
длине прп линейном фотографическом процессе может быть уподоблено
действию читающего штрпха с соответствующей неравномерной осве-
щенностью по его длине.
Рис. 3?Яа. Схома к определению
влияния неравномерной освещсп-
нести штриха по его длине
Рис. 3286. Схема к определению
влияния неравномерной освещенно-
сти штрпха по его ширине
Если освещенноегь читающего штриха изменяется по закону Е (у),
то световой поток, падающий на фотоэлемент F при воспроизведении
косинусоидального сигнала узким читающим штрихом шириной Дб, равен
(рис. 328а):
4-а
F = £(у) =
—а
+а н-а
= Д6т0 \ Е (у) dy -J- cos о/ Е (у) dy, (397)
—а —а
trq т0 и —постоянная слагающая и амплитуда пропускания; св—угло-
вая частота сигнала; v—скорость кинопленки; х—координата по длине
кинопленки; у—то же по высоте (ширине) кинопленки; 2а—ширина фо-
нограммы.
375
При неравномерной освещенностп читающего штрпха по его шири-
не Ъ, представляемой функцией Е (а), световой поток будет равен
(рис. 3286):
+Ь/2
F = 2а Е (а) £ т0 cos ~ 4~ а) j cZa =
—b/2
Ч-Ь/2 +b/2
= 2ат0 Е (а) cZa 4- 2ат1 Е (а) cos (z а) cZa. (398)
—ъ/2 —ь/2
Выражение (397) показывает, что неравномерная освещенность читаю-
щего штрпха по его длине прп воспроизведении сигнала с фонограммы
переменной плотности не вызывает каких-либо искажений, а приводит
лишь к одинаковому изменению амплитуды светового потока (отдачи
фонограммы) на всех частотах.
Неравномерная освещенность читающего штриха по его шприпе
согласно (398) оказывает влияние на частотную характеристику процесса
воспроизведения сигнала.
§ 76. ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПЕРЕКОСА
ПИШУЩЕГО II ЧИТАЮЩЕГО ШТРИХОВ
ДЛЯ ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННО!! ПЛОТНОСТИ
Относительный перекос (наклон) световых штрихов при интенсивной
илп продольной записи и воспроизведении сигнала с фонограммы пере-
менной плотности приводит к образованию только частотных искажений
(не вызывает нелинейных искажений).
btf
Ряс. 329. Схема к определению
искажений, возникающих вслед-
ствие относительного перекоса
пишущего и читающего штрихов
(пишущий штрих расположен
правильно)
Пусть угол относительного наклона световых штрихов при записи
и воспроизведении равен о, причем прп записи пишущий штрих распо-
ложен правильно (рпс. 329), тогда световой поток, падающий на фотоэле-
мент, при просвечивании наклонным читающим штрихом фонограммы
2‘7”iC
переменной плотности т04 ncos-^- будет равен:
4- a x+b’eos '?
F = E0^ | т0 4~ *4 cos 2тс ---1 dx dy =
—а х—b{cos ro
Г . nb . 2ка tg с? -|
П 7 Г- ЫП S----- Sln ---Г2- О
= Xcos?- C0SgKg (399>
cos ср 0'1 пЬ 2тга tg ср А * 4
Л cos с? X
376
где Eq—постоянная освещенность читающего штриха; b—ширина читаю-
щего штриха при отсутствии перекоса; й/coso—то же прп перекосе его
на угол ср.
-л- кЬ / кЬ 2ка tg ф /2тш tg ф
Произведение sin cqs ^/^~cos •sin х/—выРажает собой ча-
стотные искажения (потери), вносимые наклонным читающим штрихом
т.Ь
sinx—
конечной ширины. При узком читающем штрихе член ------близок
X cos ф
к единице. В этом случае влияние относптельного перекоса читающего
штриха может быть уподоблено действию конечной ширины штрпха
b~ = 2а tgcp, показанной на рис. 329. Такое представление действия отно-
сительного наклона читающего штриха позволяет воспользоваться
для его определения кривыми, относящимися непосредственно к дей-
ствию ширины читающего штрпха.
При относительном наклоне с?=40', когда tg ^=0,0116 и длина чи-
тающего штрпха 2 п=2,15 мм, йР=0,025 мм.
Для определения суммарного действия ширины читающего штриха
и его относительного наклона (прп небольших углах 9) нужно сложить
отдельные значения соответствующих им частотных потерь, выраженных
в децибелах.
§ 77. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ФОТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ .
С ПОМОЩЬЮ ПОПЕРЕЧНОЙ фонограммы
II ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
Фотографические методы звукопередачи с помощью поперечной
фонограммы и фонограммы переменной плотности имеют свои достоинства
и недостатки.
Несмотря па наличие различных оценок качеств обоих методов
звукопередачи, нет особых оснований утверждать о большем преимуще-
стве какого-либо из них. Достоинствами метода звукопередачи с помощью
поперечной фонограммы являются:
1) меньшие искажения прп записи звуковых колебаний низкой
частоты и большой амплитуды;
2) больший передаваемый динамический диапазон (в пределах допу-
стимых искажений);
3) возможность визуального наблюдения формы и амплитуды запи-
санных колебаний, что позволяет производить визуальный контроль
качества фонограммы.
В отношении влияния фотографической обработки на качество фоно-
граммы и соответствующих допусков поперечная фонограмма не имеет
особых преимуществ перед фонограммой переменной плотности. Для
получения минимального шума заплывания требуется такой же доста-
точно точный контроль рабочих условий прп экспозиции и проявлении
кинопленки, как и при интенсивной записи, где это необходимо для
получения по возможности меньших нелинейных искажений.
Достоинствами фотографического метода звукопередачи с помощью
фонограммы переменной плотности являются:
1) меньшее влияние па качество звукопередачи ошибок в установке
по азимуту и неравномерной освещенности световых штрихов прп записи,
копировании и воспроизведении;
2) меньшее значение шума, возникающего прп воспроизведении
из-за износа пли загрязнений копий;
377
3) меньшее влияние перемодуляции на ухудшение качества передачи
речи (объясняется это тем, что результирующая кривая пропускания
копии в верхней своей части не обрывается так резко, как динамическая
характеристика при поперечной записи).
Понижение требований к точности юстировки оптических звуко-
записывающих и звуковоспроизводящих систем прп данном методе звуко-
передачи обеспечивает большую стабильность качества звука прп вос-
произведении его в различных, отличающихся между собой в этом отно-
шении условиях. Отсюда вытекают преимущества использования фоно-
граммы переменной плотности в массовых фильмокопиях.
Сравнивая между собой фотографические методы звукопередачи
применительно к задачам высококачественной звуковой кинематографии
с помощью поперечной фонограммы и фонограммы переменной плотно-
сти, можно сделать общий вывод: основным преимуществом первого
метода является неискаженная передача большего динамического диа-
пазона. Это имеет значение главным образом прп передаче музыки. Для
неискаженной передачи речп не требуется слишком широкий по дина-
мическому диапазону канал. Ввиду наличия определенного уровня
шумов в кинотеатре, с одной стороны, и раздражающего действия слиш-
ком громко воспроизведенной речп, с другой, для лучшей передачи
последней в процессе поперечной записи применяются даже специаль-
ные электрические сжимающие устройства. Следовательно, особенно
при передаче речп могут быть выявлены эксплуатационные достоинства
интенсивного фотографического метода звукопередачи.
На основании сказанного наиболее целесообразно использовать
фонограмму переменной плотности в массовых фильмокопиях и для
негативов речевых записей в киностудиях.
ГЛАВА VI
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
§ 78. ПРИНЦИП ШУМОПОНИЖЕНИЯ ФОНОГРАММЫ
Фонограмма переменной плотности
В том случае когда при интенсивной илп продольной записи ширина
звуковой дорожки используется полностью для записи, относительное
значение шума фонограммы прп воспроизведении сигнала будет зависеть
от коэффициента пропускания соответствующего участка копии фоно-
граммы. Величина последнего пе является постоянной, а изменяется
в известных пределах около некоторого среднего значения. Это среднее
значение представляет собой коэффициент пропускания копии при отсут-
ствии модуляции. Поэтому именно его п принимают за меру шума фоно-
граммы, образующегося прп воспроизведении сигнала. Средний коэф-
фициент пропускания копии обусловливается экспозицией негатива
прп отсутствии модуляции или средней экспозицией. Прп одной и той же
амплитуде записываемых колебаний шум фонограммы тем больше, чем
больше средний коэффициент пропускания.
Режим экспозиции пленки прп обычной записи устанавливается
таким образом, что средняя экспозиция негатива (рис. 330) соответ-
ствует средней точке прямолинейного участка кривой пропускания
копии. Очевидно, в этом есть необходимость только тогда, когда запись
представляется в виде колебаний, имеющих максимальную амплитуду.
Когда амплитуда последних не достигает максимально возможного
своего значения, величина средней экспозиции может быть снижена
до HNmuh (см рис. 330). Следовательно, шумопонижение фонограммы
переменной плотности может быть осуществлено путем изменения сред-
ней экспозиции в зависимости от амплитуды записываемых колебаний.
Это изменение средней экспозиции пленки должно происходить
таким образом, чтобы при записи колебаний любой амплитуды значения
экспозиции не выходили за пределы прямолинейной частп кривой про-
пускания копии. В этом отношении характер кривой пропускания копии
определяет возможные пределы изменения средней экспозиции прп шумо-
пон гженип. Очевидно, когда модуляция отсутствует, средняя экспози-
ция может быть снижена до значения, соответствующего крайней точке
прямолинейной части кривой пропускания копии. Теоретически это
действительно так, но практически при отсутствии модуляции не реко-
мендуется изменять среднюю экспозицию до значения, соответствую-
щего крайней точке прямолинейной части кривой пропускания копии.
Нужно несколько обезопасить себя от попадания на нижний загиб кри-
379
вой пропускания копии прп внезапном увеличении амплитуды записи,,
так как иначе это вызовет большие нелинейные искажения.
При указанном изменении средней экспозиции амплитуда пропуска-
ния копни для данной амплитуды записываемых колебаний сохраняется
постоянной, п потому при этом не происходит изменения уровня (гром-
кости) сигнала, воспроизводимого с фонограммы.
Если среднее значение коэффициента пропускания копии прп макси-
мальной амплитуде записанных колебаний равно тРо, а при отсутствии моду-
среднеп экспозиции в за-
висимости от амплитуды
записываемых колеба-
ний при шумопонижении
фонограммы переменной
плотности: Нмо—сред-
няя экспозиция прп
большой амплитуде эк-
спозиции; HNmuh—то же
прп малой
ляцпи ъРмин (см. рпс. 330), то отношение—=
тРмин
илп в децибелах
7Vas = 201g —, (400)
тРлгин
определяет степень шумопонижения.
Обозначая начальную ординату и угловой
коэффициент прямолинейного участка кривой про-
пускания копии через а и Ъ, имеем:
^Va6 = 201g
п -|- bHNQ
а -|- ЬНщ мин
Как видно из последнего равенства, измене-
ние средней экспозиции негатпва само ио себе еще
не определяет степени снижения шума. Экспозиция
зависит еще от значения начальной ординаты а
прп постоянной крутизне b кривой пропускания
копии, а тем самым от типа фотографического
процесса звукопередачи109. Считая, что коэффи-
циент пропорциональности между отношениями
тР0 &NQ
—— и ту-------равен (/, можно сделать следующий
Т1 лшн “IV лшн
вывод: при типе фотографического процесса звукопередачи, когда исполь-
зуются прямолинейные участки характеристических кривых и а = 0
при типе фотографического процесса с использованием пижпих криво-
линейных участков характеристических кривых, когда а < 0
прп типе фотографического процесса, характеризующегося использова-
нием прямолинейного участка характеристической кривой негатива и ниж-
него криволинейного участка характеристической кривой позитива,
когда а > 0
Таким образом, наибольшее шумопонижение имеет место прп втором
типе фотографического процесса.
При применении данного типа фотографического процесса и негативной кино-
пленки типа ЗТ-4 максимально допустимое значение коэффициента шумопонижения N
по превышает 2,8. Следовательно, в лучшем случае можно получить снижение шума па
20 1g 2,8 ^9 дб.
380
Отношение —можно выразить еще в следующей форме:
ТР мин
Тол— 1СГГр0 и То — iCTDpMaKc
LP0 — и тр мин — хи ,
где Dpo и DpMaVxC—плотности копии, соответствующие коэффициентам
пропускания тро и поэтому
-Р0 _ \Q~DPb+DP макс в
ТР мин
Отсюда коэффициент шумопонижения в децибелах равен:
Ndb = 20 lg = 20 (Dp Л1ОКС - Dp0). (401)
хРмин
Поперечная фонограмма
Шум, возникающий при воспроизведении сигнала с копии попереч-
ной фонограммы (см. стр. 78), пропорционален корню квадратному из
ширины ее светлой части*.
Проходящий через фонограмму световой поток только при амплитуде
записи, равной половине ширины звуковой дорожки, является целиком
полезным световым потоком. В остальных случаях, когда амплитуды
записанных колебаний не достигают указанного значения, часть светового
потока является бесполезной для процесса воспроизведения. Сказанное
относится к световому потоку, проходящему через прозрачные участки
пленки, которые лежат над зубцами звукозаписи. Между тем эти участки
создают определенный шум, зависящий от их коэффициента пропускания
и ширины. Ширина рассматриваемых участков увеличивается с уменьше-
нием амплитуды записи. Следовательно, при постоянном коэффициенте
пропускания светлой частп копии шум возрастает прп уменьшении
амплитуды записываемых колебаний. Устранить при воспроизведении
действие указанных участков можно следующими двумя способами:
1) путем значительного повышения пх плотности на копии фоно-
граммы (зачернение участков);
2) путем уменьшения их ширины при любой амплитуде записи до
минимально возможной величины; в этом случае относительное сниже-
ние шума в децибелах равно:
201g ]/°^ = Wig (402)
wt2 ят2
где aTi—ширина прозрачной части копни до шумопонижения; аТ2—та же
ширина после шумопонижения.
§ 79. СПОСОБЫ ШУМОПОНИЖЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ ФОНОГРАММЫ
ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ЗАППСП
Шумопонижение поперечной фонограммы может быть осуществлено
в процессе записп двумя способами.
Первый из них характеризуется тем, что прозрачная часть кино-
пленки, лежащая над зубцами звукозаписи, зачерняется в копии путем
применения в процессе записп специальной движущейся заслонки (пред-
* Шум, создаваемый темной частью фонограммы, обыкновенно очень мал и
практически его можно не принимать во внимание.
381
ложено Доуэллом111). Последняя заслоняет от действия света соответ-
ствующие участки кинопленки, изменяя свое положение в зависимости
от амплитуды записи. После копирования соответствующие участки
копни обладают уже большой плотностью, вследствие чего шум при вос-
произведении сигнала с фонограммы уменьшается. Средняя линия записп
при применении этого метода шумопонижения остается неизменной и со-
впадает со средней линией звуковой дорожки. При прекращении модуля-
ции теневое изображение края заслонки на негативной кинопленке до-
ходит почти до средней линии звуковой дорожки. В этом случае шум фоно-
граммы обусловливается только узкой прозрачной полоской, ширина
которой (в копип) равна расстоянию между заслонкой и средней линией
звуковой дорожки. При появлении модуляции с увеличением амплитуды
записываемых колебаний заслонка начинает отходить к краю кинопленки
Рис. 331. Копия поперечной фонограм-
мы с шумопонижением посредством
заслонки
Кривая смещения средней линии
записи 7
Рпс. 332. Копия поперечной фоно
граммы с шумопонижением путем
смещения средней лпнпп записи
Это движение осуществляется таким образом, что открытая часть ширины
звуковой дорожки как раз достаточна для того, чтобы записать определен-
ные амплитуды звуковых колебаний (рис. 331). Когда величина послед-
них становится максимальной, заслонка отходит к самому краю звуковой
дорожки, открывая полностью нормальную ее ширину.
При втором способе шумопонижения средняя линия записи не на-
ходится в постоянном положении. При отсутствии модуляции она сдви-
нута почти к самому краю звуковой дорожки. «В процессе записи соответ-
ственно амплитуде записываемых колебаний она передвигается к середине
дорожки, так что расстояние между краем дорожки и зубцами записи
становится минимальным (рис. 332).
При записи звука зеркальным модулятором света изменение положе-
ния средней линии записи прп шумопонижении происходит за счет угло-
вого поворота зеркальца. При употреблении ленточного осциллографа
это достигается смещением положения колеблющейся ленты. Смещающий
ток вызывает то пли иное смещение зеркальца пли ленточки от начального,
среднего положения, обусловливая соответствующее смещение записи
на кинопленке.
Способ шумопонижения смещением средней линии фонограммы не-
выгоден для односторонней поперечной записи, так как запись с малой
амплитудой располагается на краю звуковой дорожки. При недостаточно
совершенном читающем штрихе (падение освещенности к краям штри-
ха и т. д.), а также при наличии некоторых поперечных смещений кино-
пленки в аппаратуре подобное расположение записи влечет за собой обра-
зование потерь и искажений прп воспроизведении. По указанным
причинам этот способ шумопонижения не получил распространения при
односторонней поперечной записи звука.
При двусторонней поперечной записи он может быть применен с боль-
382
шим успехом, так как в этом случае записи с малыми амплитудами всегда
располагаются на внутренних частях, а не на краю звуковой дорожки.
Как известно, двусторонняя поперечная фонограмма состоит из двух
одинаковых записей, расположенных симметрично по отношению к сред-
ней линии звуковой дорожки. В копии участок между кривыми записан-
ных колебаний представляет собой прозрачную пли светлую часть пленки,
а остальная ее площадь, наоборот, темную. Поэтому в данном случае
шумопонижение может быть произведено путем изменения расстояния
между центральными линиями записанных колебаний соответственно
амплитуде записи (рис. 333). Когда модуляция отсутствует, это расстоя-
Рис. 333. Копья двусторонней попе-
речной фонограммы с шумопонижением
путем изменения расстояния между
средними линиями обеих записей
Рпс. 334. Двусторон-
няя запись с шумопо-
нижением посредством
смещения изображе-
ния диафрагмы в за-
висимости от величи-
ны модуляции
ние сводится до минимально допустимой величины. Наоборот, при увели-
чении амплитуды записываемых колебаний это расстояние увеличи-
вается. Иначе говоря, средняя ширина используемой прозрачной части
звуковой дорожки изменяется соответственно амплитуде записи; она
сокращается до возможно минимальной ширины, понижая тем самым
уровень шума кинопленки, образующегося прп воспроизведении сигнала
с фонограммы.
При использовании зеркального модулятора света подобное шумо-
понижение двусторонней поперечной записи осуществляется путем сме-
щения в плоскости механической щели изображения треугольного выреза
диафрагмы (рис. 334). Смещение этого изображения в соответствии с ам-
плитудой записываемых колебаний производится путем подачи в модуля-
тор света смещающего тока, который и вызывает изменение среднего
положения модуляционного зеркальца, а с ним п положения изображе-
ния диафрагмы в зависимости от величины модуляции. При отсутствии
модуляции изображение выреза диафрагмы в плоскости механической
щели устанавливается так, как показано на рпс. 334, и в этом случае
на негативе освещается лишь очень небольшой участок механической
щели, вследствие чего в копии фонограммы образуется узкая прозрачная
полоска, не дающая большого шума; в это время через смещающую ка-
тушку проходит максимальный смещающий ток. Прп появлении моду-
ляции смещающий ток уменьшается, п световое пятно на рпс. 334 сме-
щается вверх, насколько это необходимо для неискаженной записи коле-
баний той плп иной амплитуды. При приближении к модуляции в 100%
световое пятно занимает такое среднее положение, которое соответствует
покрытию половины длины механической щели.
383
Изменение среднего положения светового треугольника в плоскости
механической щели всегда происходит таким образом, что расстояние
от вершины треугольника до середины механической щелп примерно
равно (практически несколько больше) амплитуде его колебаний. Вслед-
ствие этого расстояние между зубцами обеих записей поддерживается
минимальным.
Кроме способа смещения изображения диафрагмы, применяется п
шумопонижение двусторонней записи звука посредством заслонок, при-
водимых в движение специальным электромеханическим устройством.
Для шумопонижения двусторонней записи посредством заслонок вырез
диафрагмы, стоящей у
Изза&гиВ Механшемая
/ / ЩсЛо
Двусторонняя
запись
(копия)
Изображение
м- образнаго
выреза
оиафрагмы
конденсора, имеет М-образную форму. Прп от-
сутствии модуляции изображение М-образного
выреза располагается в плоскости механической
щелп так, как показано на рис. 335; при моду-
ляции изображение диафрагмы колеблется в на-
правлении, перпендикулярном к длине щели.
В результате образуется двусторонняя запись,
отличающаяся от подобной записи треугольным
световым пятном, расположением в копии свет-
лых участков не в середине, а по обоим краям
звуковой дорожки.
При отсутствии модуляции края изображе-
ний двух симметрично расположенных засло-
нок-крыльев прикрывают почти целиком боко-
Рис/335. Двусторонняя за-
пись звука с шумопониже-
нием заслонками ври при-
менении М-образноп диа-
фрагмы
вые освещенные части механической щелп
(см. рис. 335). Во время записи происходит
вертикальное колебание изображения диафраг-
мы, что приводит к изменению длины освещен-
ных частей механической щели относительно се-
редины щели. В течение одного полу периода дли-
на освещенных участков щели от краев к середине уменьшается, а в течение
другого полупериода увеличивается. Изменение амплитуд записываемых
колебаний вызывает соответствующее перемещение краев изображений
обеих заслонок: а) при увеличении модуляции они сдвигаются к краям ме-
ханической щели, оставляя открытой ту ее часть, которая необходима для
перекрытия темной частью изображения диафрагмы; б) при уменьшении
модуляции они сдвигаются по направлению к середине щелп, закрывая
почти целиком ее боковые освещенные участки; в) при отсутствии моду-
ляции края изображений заслонок располагаются от краев механической
щели на расстоянии, несколько меньшем V4 ее длины (этот запас необ-
ходим для устранения возможности срезания зубчиков звукозаписи при
внезапном увеличении модуляции). Во время модуляции изображения
краев заслонок перемещаются всегда так, что края изображения выреза
диафрагмы в момент наибольшего перекрытия механической щели нахо-
дятся на весьма близком от них расстоянии, но все же до них не доходят.
В результате двусторонняя запись с шумопонижением в копии будет иметь
вид, показанный на рпс. 335: средняя ее часть темная, а с боков имеются
светлые промежутки, частично зачерненные заслонками. Ввиду того, что
неэкспонпруемая область иа негативе прозрачна, плотность соответ-
ствующей площади в копии велика, вследствие чего понижается уровень
фонового шума при воспроизведении звука с фонограммы.
i Способ шумопонижения заслонками по сравнению со способом шумо-
понижения посредством смещения записей имеет следующие преимуще-
ства: 1) смещающий ток от электрического шумопонижающего устройства
подается не в модулятор света, записывающий сигнал, а в специальное
384
электромеханическое устройство, приводящее в действие заслонки; вслед-
ствие этого через электрическую систему модулятора света не проходит
дополнительный смещающий ток, с чем связано уменьшение искажений
(в особенности в электромагнитном модуляторе света, где дополнительный
смещающий ток вызывает дополнительный магнитный поток, проходящий
через якорь); 2) удобство визуального контроля работы шумопонижаю-
щего устройства (по полученной записи); 3) уменьшение случайного рас-
сеянного света, падающего на кинопленку во время паузы и вызываемого
как пылью на зеркальце, так п другими причинами; 4) возможность шумо-
понижения противофазной фонограммы по классу А.
Во избежание образования искажений к движению заслонки или
к смещению средней линии записываемых колебаний должен быть предъ-
явлен ряд требований. Принципиально они одни и те же для двух указан-
ных способов шумопонижения, но показать необходимость их выполне-
ния легче на примере действия заслонки; поэтому мы разберем именно
последний способ.
Движение заслонки приводит к образованию на кинопленке опре-
деленной кривой, огибающей запись. Эта кривая, ограничивающая пло-
щадь пленки, прикрытую заслонкой, по отношению к записи должна быть
достаточно пологой, так как иначе она неизбежно при воспроизведении
обусловит дополнительные колебания светового потока, совершающиеся
со звуковой частотой. В последнем случае она явится как бы дополнитель-
ной записью на пленке и этим самым окажет свое влияние на качествен-
ный эффект передачи основной записи звука.
Основное требование, которое должно быть предъявлено к работе
заслонки, может быть выражено в следующей форме. Движение заслонки,
перекрывающей свободные от записи участки негатива, лежащие над
зубцами, не должно точно следовать за записываемыми звуковыми коле-
баниями. Изменение ее положения должно определяться не изменением
мгновенного значения отклонения световой площадки при записи, а ам-
плитудой записи па кинопленке (высотой зубца записи). Только тогда,
когда выполнено последнее условие, форма кривой, обусловленной дви-
жением заслонки, может иметь действительно небольшую кривизну. Но
одного этого требования недостаточно. Для устранения возможности
образования добавочных частот в полосе звукового диапазона необхо-
димо, чтобы движение заслонки происходило только через некоторое
время после изменения амплитуды записи. Следствием этого явится то,
что заслонка не будет менять своего положения при кратковременном
изменении амплитуды записи (высота зубца). Она придет в движение толь-
ко тогда, когда изменившаяся величина амплитуды записываемых коле-
баний будет держаться на более или менее определенном уровне лишь
в течение некоторого времени. В этом случае кривая движения заслонки
на пленке обогнет зубцы записи таким образом, что кривизна ее будет ма-
лой и обусловливаемые ею переменные колебания светового потока будут
лежать в полосе частот ниже звукового диапазона (см. рис. 331). Послед-
нее практически не влияет на передачу звука с помощью фонограммы.
Время, необходимое для начала движения заслонки при увеличении
амплитуды, нужно выбирать несколько меньшее, чем при ее уменьше-
нии. Это нужно для того, чтобы быстрое увеличение амплитуды записи
не вызвало срезания зубцов заслонкой (см. рис. 341).
Требования, которые предъявляются к форме кривой, обусловленной
движением заслонки, остаются в силе и для шумопонижения поперечной
фонограммы по способу смещения. Только в этом случае они должны быть
отнесены к кривой смещения центральной линии записи на кинопленке
(см. рис. 332 или 333).
25 В. А. Бургов
385
80. СПОСОБЫ ШУМОПОНИЖЕНИЯ ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЕ В 111ОДЕССЕ ИНТЕНСИВНОЙ
ПЛИ ПРОДОЛЬНОЙ ЗАПИСИ
При интенсивной пли продольной записи средняя экспозиция нега-
тива должна соответствовать средней точке прямолинейной части кривой
пропускания коппп. Только при этом условии могут быть записаны бе*
искажений звуковые колебания относительно наибольшей амплитуды.
В общем случае максимально допустимое значение амплитуды экс-
позиции определяется положением рабочей точки на кривой пропуска-
ния копии и протяженностью ее прямолинейной части. Максимально воз-
можное значение амплитуды при использовании электромеханических
модуляторов света определяется: средней длиной или шириной механи-
ческой щели или средней освещенностью полутени, перекрывающей
механическую щель, пли средней действующей апертурой (высотой вход-
ного или выходного отверстия) цилиндрической линзы, изображающей
механическую щель (по высоте) на кинопленке. Прп применении элек-
трооптических и электроннолучевых модуляторов света допустимые и
возможные значения амплитуд экспозиции определяются также кривой
пропускания коппп и формой световой характеристики модулятора света.
Когда колебания экспозиции по своей амплитуде не достигают при
записи максимального значения, средняя экспозиция кинопленки может
быть уменьшена; вследствие этого уменьшится шум, создаваемый кино-
пленкой, так как прп этом произойдет уменьшение среднего коэффициента
пропускания копии.
Все сказанное выше относительно характера изменения среднего
светового потока в зависимости от изменения уровня сигнала целиком
относится и к случаю шумопонижения фонограммы переменной плот-
ности. В данном случае это определяется изменением средней экспозиции
при изменении амплитуды экспозиции (путем изменения смещающего на-
пряжения илп тока, поступающего в модулятор света).
При использовании для интенсивной записи электромеханических
модуляторов света и рассмотренных выше в § 29—31 способов модуляции
освещенности пишущего штрпха шумопонижение по методу изменения
среднего светового потока в зависимости от его амплитуды может быть
осуществлено следующими путями.
При способе модуляции освещенности пишущего штриха за счет измене-
ния действующей длины механической щели (см. § 29) путем перекрытия
теневым изображением специальных заслонок освещенной части длины
механической щели (см. рис. 335) илп соответствующим смещением свет-
лого изображения модулирующей диафрагмы в плоскости механической
щелп. В обоих случаях происходит изменение средней длины освещенной
части механической щели, обусловливающее соответствующее изменение
средней освещенности пишущего штриха и положения рабочей точки
на кривой пропускания копии.
При способе модуляции освещенности пишущего штриха перекрытием
механической щели полутенью (см. § 30) это осуществляется смещением
полутени относительно механической щели (изменением средней освещен-
ности отдельных элементов пишущего штриха) соответственно изменению
уровней сигнала. Выполняется данный способ в форме поперечного сдвига
виньетирующей заслонки илп многозубчиковой маски, изображаемой
цилиндрической линзой, пли при применении оптического клипа—угло-
вым смещением зеркальца модулятора света. В данном случае осуществле-
ние эффективного шумопонижения методом смещения вызывает несиммет-
ричное искажение формы сигналов с малым уровнем, происходящее в силу
3SG
Рис. 336. Схема, поясняющая образо-
вание нелинейных искажений сигнала
при шумопонижении посредством сме-
щения полутени: hs—высота полутени;
—длина механической щели; в1П—вы-
сота (ширина) механической щелп
конечной ширины механической щели. Этот эффект обусловлен неизбеж-
ным заходом при записи сложного звукового сигнала крайней грани-
цы полутени с нулевой освещенностью в область механической щелп.
В результате возникает непропорциональное перемещению полутени
изменение экспозиции в течение одного полупериода записываемых ко-
лебаний.
При показанном на рис. 336 положении смещенной полутени для
получения линейной модуляции амплитудное отклонение не должно
превышать половину ширины механической щели. Нелинейная область
полутени начинается с участка, имеющего относительную освещенность
, где вт—высота пли ширина механической щели, a hs—высота полутени.
Установление на световой харак-
теристике рабочей точки, отвечаю-
щей большей освещенности (большому
запасу линейного смещения), теряет
смысл, так как при этом не дости-
гается необходимого шумопониже-
ния; поэтому понижение или устра-
нение этого эффекта требует либо
уменьшения ширины механической
щели (что невыгодно ввиду пониже-
ния экспозиции пленки), либо соот-
ветствующей компенсации нижней
криволинейной области характери-
стической кривой кинопленки. По-
следнее хотя и возможно (совместно
со смещением полутени), но практически неудобно. Этот эффект конеч-
ной ширины механической щели, имеющий место при шумопонижении
записи (как обычной, так и противофазной), является определенным недо-
статком рассматриваемого способа модуляции.
При способе модуляции освещенности пишущего штриха путем
изменения апертуры цилиндрической линзы (см. § 31) шумопонижение
может быть произведено изменением среднего положения модулирующей
диафрагмы или положения теневого изображения специальной допол-
нительной диафрагмы, т. е. сагиттальной апертуры цилиндрической лин-
зы в зависимости от изменения уровня записываемого сигнала (см.
рис. 129).
Прп использовании для продольной записи электромеханического модулятора
света в виде двух ленточек, расположенных в постоянном магнитном поле, расстояние
между которыми изменяется соответственно записываемому сигналу (так называемого
«светового клапана»), изменение средней экспозиции кинопленки осуществляется путем
изменения расстояния между ленточками клапана в зависимости от амплитуды запи-
си112. Это изменение должно происходить таким образом, чтобы расстояние было как
раз достаточно для записи колебаний той плп иной амплитуды. Кроме того, должна
быть устранена возможность столкновения ленточек между собой. Теоретически наи-
большее шумопонижение записи будет тогда, когда в каждый данный момент времени
ленточки находятся иа расстоянии друг от друга, равном удвоенной амплитуде пх коле-
баний. Практически это расстояние всегда должно быть несколько больше, иначе при
внезапном увеличении амплитуды записи лепточкп могут столкнуться между собой.
Это обстоятельство несколько уменьшает теоретически возможную величину снижения
шума, но зато обеспечивает более устойчивый и неискаженный режим работы шумо-
понижающего устройства. Указанное требование, а также необходимость расположения »
минимальней экспозиции негатива на прямолинейней части кривой пропускания копни
обусловливают неполное закрытие клапана при отсутствии модуляции. . .
Изменение среднего расстояния между ленточками клапана в зависимости от
амплитуды записи осуществляется с Помощью смещающего тока, поступающего в моду-
лятор света. При отсутствии модуляции смещающей ток, проходящий через световой
клапан, сводит ленточки клапана до минимально допустимого расстояния между пПмн.
25* 387
Прп появлении модуляции происходит уменьшение смещающего тока, и ленточки рас-
ходятся на расстояние, соответствующее амплитуде записи. В дальнейшем изменение
значения амплитуды приводит к изменению смещающего тока, который устанавливает
то или иное необходимое^ среднее расстояние между ленточками клапана. Аналогичным
способом (смещения) производится шумопонижение при использовании одноленточного
модулятора света.
Прп применении электрооптических п электроннолучевых модуля-
торов света изменение средней экспозиции кинопленки в зависимости
от амплитуды записываемых колебаний может быть осуществлено путем
изменения смещающего напряжения, подаваемого к модулятору света.
Возможные пределы изменения смещающего напряжения будут опре-
деляться как характером кривой пропускания копии, так и формой
световой характеристики модулятора света.
При.изменении смещающего напряжения в пределах прямолинейной
части световой характеристики принципиально может быть применен
любой тип фотографического процесса звукопередачи. Важно только,
чтобы каждый из них мог обеспечить наличие прямолинейной части кривой
пропускания копии в необходимом диапазоне изменения экспозиции
негатива. При заходе смещающего напряжения в криволинейную область
световой характеристики и. использовании только прямолинейной частп
кривой пропускания копии будем иметь нелинейные искажения. Поэтому
в данном случае необходимо компенсировать кривизну рабочей части
цветовой характеристики соответствующим подбором кривой пропуска-
ния копии. В результате можно получить в достаточно больших пределах
практически линейную зависимость между коэффициентом пропускания
копии и напряжением и, подводимым к модулятору света.
Допустимая величина уменьшения смещающего напряжения при
отсутствии модуляции должна быть несколько меньше того значения,
которое соответствует конечной точке прямолинейного участка кривой
тр=/(м). Это необходимо для предотвращения образования больших не-
линейных искажений при резком увеличении амплитуды записи.
Практически используемая часть кривой пропускания копии прп
линейной световой характеристике модулятора света тр=/(м) лишь при-
ближается в той или иной степени к прямой. При записп с шумопони-
жением чрезвычайно важно, чтобы часть ее, соответствующая малым экс-
позициям, не обладала даже малой кривизной. Это необходимо потому,
что иначе при воспроизведении сигнала с фонограммы будет происходить
искажение формы колебаний малой амплитуды.
§ 81. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ФОНОГРАММЫ
С ШУМОПОНИЖЕНИЕМ
Динамический диапазон фонограммы с шумопонижением больше
динамического диапазона фонограммы без шумопонижения на величину
снижения шума.
При поперечной и интенсивной записи без внесения искажений
может быть достигнута величина шумопонижения порядка 7—8 дб. Та-
ким образом, средний динамический диапазон двусторонней попе ечной
фонограммы с шумопонижением имеет значение порядка 42 дб, а средний
динамический диапазон фонограммы переменной плотности с шумо-
понижением равен примерно 36—38 дб.
В случае поперечной фонограммы динамический диапазон, как ука-
зано в § 15, определяется:
1) максимальной высотой зубцов записп, находящейся в зависимости
от ширины звуковой дорожки;
388
2) наибольшей разностью коэффициентов пропускания темной и про-
зрачной частей копии фонограммы;
3) уровнем шума, создаваемого кинопленкой, а не минимальной
высотой зубцов звукозаписи, которые могут быть переданы кинопленкой.
§ 82. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ШУМОПОНИЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ
При том или ином методе записи с шумопонижением изменение
смещающего напряжения или тока в модуляторе света или электромехани-
ческом устройстве, приводящем в движение заслонки в зависимости от
модуляции, практически осуществляется с помощью специального электри-
ческого устройства. Режим работы последнего устанавливается соответ-
Рпс. 237. Принципиальная схема элсктрпчи к<то шумопонижающего устрой-
ства: а—выход к электромеханическому устройству с заслонками; б—выход
к модулятору света (шумопонижение посредством смещающего тока)
ственно всем тем требованиям, о которых говорилось в § 79. Электриче-
ская схема его может быть самой разнообразной, но принцип действия
по существу один п тот же.
Принципиальная схема подобного устройства, типичная для прак-
тики шумопонижения фонограммы, представлена на рис. 337. Данное
устройство присоединяется к промежуточному или основному выходу уси-
лителя записи через трансформатор и в основном состоит из усилителя,
выпрямителя, фильтрующего контура и усилителя постоянного тока.
Сопротивление входа этого устройства достаточно велико, поэтому
приключение его к выходу усилителя записи практически не оказывает
влияния на изменение величины токов, непосредственно поступающих
в модулятор. Выход всей системы присоединен к модулятору света илп
к побочному устройству, приводящему в действие заслонку. При отсутствии
записи устанавливается такое сеточное смещение входной лампы усили-
теля постоянного тока и соответственно такое выходное напряжение
(илп ток), поступающее в модулятор света или в указанное устройство,
что происходит необходимое начальное смещение положения модуля-
ционного механического элемента или экспозиции, или отдельных за-
слонок.
При поперечной двусторонней записи это смещение характеризуется
тем, что заслонки прикрывают с обеих сторон почти всю светлую часть
(почти половину длины) механической щели (см. рис. 336) или средние
линии обеих записей подходят почти друг к другу (см. рис. 334 или 333):.
389
При интенсивной или продольной заппсп благодаря указанному смеще-
нию устанавливается минимально возможная начальная экспозиция.
При модуляции сигнал, поступая в электрическое шумопонижающее
устройство, усиливается, подвергается выпрямлению и некоторой филь-
трации. В результате происходит соответствующее изменение величины
сеточного смещения ламп усилителя постоянного тока и изменение их
анодного тока. При присоединении выхода электрического шумопони-
жающего устройства к электромеханическому шумопонижающему устрой-
ству с заслонками анодный ток во время паузы максимален, а с возраста-
нием уровня записываемого сигнала умень-
шается, т. е. с увеличением уровня сиг-
нала возрастает отрицательное смещение
на сетках ламп оконечного каскада. Соот-
ветственно изменению анодного тока про-
исходит изменение положения заслонок
илп средних линий записей, пли экспо-
зиции.
Рпс. 33S. Электрическая схема Путем регулировки уровня напряже-
фильтра, играющего роль реле нпя сигнала, подаваемого на езтку вход-
врсмсип НОп лампы усилителя шумопонижения,
можно устанавливать необходимую длину
пути передвижения заслонок или величину смещения средних линий
записей, или величину изменения экспозиции при модуляции.
Обычно в усилителе постоянного тока используется несколько па-
раллельно включаемых ламп для того, чтобы можно было бы в анодной
цепи получить достаточный ток. Для этой же цели также устанавливается
трансформатор перед выпрямителем. Ои уменьшает кажущееей сопроти-
вление выхода усилителя шумопонижения, обусловливая тем самым боль-
шею отдачу тока. Фильтр с параллельно включенными сопротивлениями
и емкостями, пропускающий лишь низкочастотные колебания, выпол-
няет роль так называемого реле времени.
Установленный режим ламп оконечного каскада предотвращает прп
'больших модуляциях возможность выхода заслонок за пределы края
’звуковой дорожки илп переход центральных линий записей за середину,
<»лп при интенсивной илп продольной записи—подъем р.абочей точки
вверх от средней точки кривой пропускания копии.
Для характеристики работы шумопонижающего устройства экспе-
риментально определяется зависимость между переменным напряжением
на выходе звукозаписывающего усилителя и током, приводящим заслонки
в действие, или смещающим напряжением (током), поступающим в моду-
лятор света.
Согласно сделанным замечаниям (см. § 79) понятно, для чего при
обоих способах шумопонижения употребляется выпрямляющее устрой-
ство с фильтрующим контуром. Применение его устраняет возможность
образования дополнительной записи, обусловленной работой заслонок
пли смещением средних линий записей (пли экспозиции). Изменение по-
ложения последних, как указано в § 79, не должно происходить мгновенно
после изменения амплитуды записи, а лишь спустя некоторое в; емя.
Только прп этом условии можно добиться того, что кривые движения
.заслонок, огибающие зубцы записей, и кривые смещения средних линий
записей или экспозиции не будут обладать большой кривизной. Для полу-
чения такого результата выпрямленные звуковые токи, выходящие из
выпрямителя, не должны подвергаться полной фильтрации, при которой
проходила бы только одна постоянная слагающая. При обоих способах
шумопонижения токи, приводящие заслонку в действие, пли смещаю-
390
щие токи или напряжения, поступающие в модулятор света, должны быть
токами очень низкой частоты, величина которых пропорциональна ампли-
туде записываемых колебании. Только в этом случае можно выполнить
поставленное выше условие получения пологой кривой движения засло-
нок или кривой смещения средних линий или экспозиции.
Действие тока заслонки или смещающего тока или напряжения моду-
лятора только спустя некоторое время после изменения модуляции осу-
ществляется с помощью фильтра, называемого реле времени. Простейшая
электрическая схема его изображена па рпс. 338.
Для пояснения действия фильтра как реле времени рассмотрим эту простейшую
"электрическую схему, причем для упрощения предположим, что сам выпрямитель
дает постоянный ток.
Обозначения па рпс. 338:
Е—электродвижущая сила выпрямителя; В—его внутреннее сопротивление; С—ем-
кость конденсатора фильтрующего контура; Rx—сопротивление нагрузки, например,
падение напряжения на сопротивлении Вл изменяет сеточное смещение ламп, в анод-
ной цепп которых находится модулятор света плп устройство, приводящее в дейст-
вие заслонки; Е'—напряжение на обкладках конденсатора; iA, i2, t2—токи.
При возникновении модуляции после паузы происходит заряд конденсатора С.
В начальный момент ток заряда ц имеет наибольшую величину, а. со временем
уменьшается до нуля. Ток г2, протекающий по сопротивлению нагрузки, наоборот,
сначала равен пулю, а потом возрастает.
Очевидно, что
CdE'
dt
2 Bl’
l3 = Н + *2>
•поэтому
CdE' , E'
1з
dt ’ I?
Е = i3R -j- <2/?-
CR dE'
dt
BE'
пли
dE' Е' (Я + Д,)
E _dE' E> E'
CR~ dt + CR± CR~~ dt CRRr
Решая последнее дифференциальное уравпеппе (способом подстановки), получим:
_(«+«>> t
где Ci—постоянная интегрирования, определяемая пз начальных условий. Прп z = 0
должно быть Е' = 0. Следовательно
(403)
С,
Таким образом
ERi
R + Ri ‘
t
е
Е'—-
R + R,
где
Отсюда ток
. 11'=
Н + Н1
е “с
(404)
391
Формула (404) выражает изменение тока, проходящего по сопротивлению на-
грузки В^ в зависимости от времени. Ток ц заряда конденсатора сначала умень-
шается довольно быстро, потом медленно, асимптотически приближаясь к нулю.
Соответственно с этпм ток г2 возрастает сначала быстро, а затем все медленнее.
Время t0 возрастания тока г? до 0,9 от максимального конечного значения можно
практически считать за полное время установления тока.
Так как при t = оо на основании формулы (404)
. Е
12 - 7? + /?! ’
го мы можем написать:
Отсюда
0,9Е _Е(1—е R'c)
R + Ri ~ R + Rt
t0 ——R'C In 0,1 = 2,37?'C = 2,3 C. (405)
В + By
Эта величина практически является временем, в течение которого происходит
движение заслонки или смещение средней линии записи или экспозиции после воз-
никновения модуляции (рис. 339). Время, необходимое для возвращения заслонки
Открытие
Осциллограмма шумопонижения
Время
Рис. 339. Осциллограмма шумопонижения прп сигнале
в форме прямоугольного импульса
Время
или средней линии записи или экспозиции в нормальное положение прп прекраще-
нии модуляции, есть время разряда конденсатора С.
Ток разряда проходит только через конденсатор и сопротивление нагрузки Вг
(см. рис 338). Направление тока разряда i2 противоположно току разряда; его
значение можно получить из решения уравнения (403), положив в нем В = оо
и Е = 0.
В этом случае, обозначая через t' время от начала разряда, имеем:
или, разделив переменные
dE' ________________________________ dt'
~СВ^‘
Интегрируя обе части, получим:
in Е' —МП А,
где к—постоянная интегрирования.
Отсюда
________Г_
Е'= ке R1C
И
392
E
При r' = 0 ток разряда i2 наибольший и равен - -, поэтому постоянная пн-
Ri
тегрпровапия к= Е, следовательно, окончательно:
i' ~—e R1C
‘2~ R,
Принимая практически время t’o уменьшения тока i2 до 0,1 своего первоначаль-
ного максимального значения за полное время разряда конденсатора, имеем:
t0 = 2,37?^. (406)
Эта величина является временем возвращения заслонки или средней линии
звукозаписи, или экспозиции при прекращении модуляции, к нормальному своему
положению (см. рпс. 339).
Время, необходимое для заряда конденсатора С в схеме, приведен-
ной на рис. 338, является временем открытия шумопонижающего устрой-
ства, а время разряда конденса-
тора С — временем закрытия шу-
мопонижающего устройства.
При поперечной записи вре-
мя открытия устанавливается
равным 12 — 30 м/сек, а время
закрытия 150 — 250 м/сек-, прп
интенсивной записи соответст-
венно время открытия 15 —
24 м/сек, а время закрытия по-
рядка 40 — 50 м/сек.
Рис. 340. Электрическая схема пн мои снижаю-
щего устройства: ^—электродвижущая спла
генератора колебаний (вход шум<‘понижаю-
щего устройства); RA—внутреннее сопротив-
ление генератора колебаний; /?2—выпрями-
тель; С2, 7?з, —емкости и сопротив-
ления фильтрующего контура
В шумопонижающих устрой-
ствах фильтрующая ячейка обычно
имеет на практике более сложное
устройство, нежели то, которое показало на рис. 338. В качестве примера можно
привести схему, изображенную на рис. 340 113.
Применительно к данной схеме постоянные времени заряда и разряда конден-
сатора (с учетом выпрямителя) могут быть с достаточно большой точностью опреде-
лены выражениями (показано Ламагпным)114:
t0 = 2,3 {[2(7?! + R2)] С. + [2 (R, + R2) + В4] С2};
= 2,3[Я3^1 + (В3 + В4)С2].
(407)
(408)
§ 83. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ШУМОПОНИЖАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Электромеханическое устройство, приводящее заслонки в движение,
может быть построено, например, на электромагнитном или магнито-
электрическом принципе. Закон движения заслонок должен совпадать
с законом изменения питающего тока. По существу, данное устройство
представляет собой электромеханический модулятор света, отличающийся
от основного модулятора света тем, что в него поступает ток не звуко-
вой частоты, а смешаюший ток весьма низкой частоты. Это положение
освобождает от необходимости иметь высокую собственную частоту ко-
лебаний подвижной системы. В подобных устройствах собственная часто-
та колебаний не превышает 100—150 гц\ тем самым при наличии опре-
деленной упругости системы и, следовательно, чувствительности всего
устройства в целом имеется возможность использовать подвижную
систему значительно большей массы, чем в обычном модуляторе света.
Можно построить электромеханическое шумопонижающее устрой-
ство, например, в виде электромагнитного механизма, в котором якорь,
управляющий движением заслонок, перемещается вдоль воздушных за-
39&
зоров. ^то выгодно в том отношении, чго в данном случае прп перемеще-
нии якоря не происходит изменения ширины зазоров.
Подобная конструкция дает возможность иметь малые зазоры и зна-
чительно повысить отклонение якоря в пределах допустимых нелинейных
искажений, создаваемых магнитной системой, а также устранить эффект
отрицательной упругости магнитного поля, обеспечивая тем самым боль-
шую устойчивость якоря. Увеличение отклонения якоря уменьшает дли-
ну рычага, необходимого для передачи движения заслонкам, а следова-
тельно, и эквивалентную массу, участвующую в движении. В пределах
одной п той же собственной частоты колебаний подвижной системы умень-
шение ее эквивалентной массы дает возможность применить довольно
гибкие пружины и, следовательно, получить достаточно высокую чув-
ствительность прибора. Зная величину пути, в пределах которого движе-
ние якоря является линейным, и необходимое перемещение заслонок при
модуляции, можно установить требуемое соотношение передаточного ме-
ханизма.
Механизм, приводящий в движение заслонки, можно построить
также на магнито-электрическом принципе, используя, например, по-
движную катушку в магнитном поле. Как известно, механизмы с подвиж-
ной катушкой имеют следующие преимущества, способствующие их при-
менению в громкоговорителях: 1) достаточно хорошую устойчивость,
дающую возможность применять гибкое монтирование подвижной си-
стемы, что в свою очередь обусловливает высокую чувствительность:
2) малое индуктивное сопротивление, что повышает чувствительность
на высоких частотах.
Эти качества, представляющие определенные выгоды для громко-
говорителей, не имеют большого значения в устройстве, служащем для
шу мо по нн же ь и я.
Механизмы с подвижной катушкой обладают следующими основны-
ми недостатками: 1) ввиду необходимости помещения катушки в межпо-
люсном пространстве воздушные зазоры обычно велики, в силу этого
необходимо для получения достаточной напряженности магнитного поля
применять пли электромагнит пли постоянный магнит больших габа-
ритов; 2) ввиду ограниченности пространства для помещения катушки
трудно использовать большое количество витков, что в свою очередь
вызывает необходимость повышения усиления, даваемого усилителем.
Использование механизма, работающего па электромагнитном прин-
ципе с движением якоря не поперек, а вдоль воздушных зазоров, также
дает возможность получить достаточную устойчивость подвижной си-
стемы, устраняя в то же время недостатки системы с подвижной катушкой.
Такое построение электромагнитного механизма позволяет иметь малые
воздушные зазоры, а следовательно, малые постоянные магниты и менее
ограниченное пространство для катушек. Так как катушки сидят на
полюсных наконечниках, имеет место большая индуктивность их,
чем при применении механизма, работающего па магнито-электрическом
принципе. Однако в данном случае это обстоятельство не имеет значе-
ния, так как поведение заслонки определяется током низкой частоты.
При наличии собственной частоты порядка 125—140 гц закон движения
заслонок зависит преимущественно от упругости, а не от массы.
Чтобы один и тот же toi< мог давать одинаковое отклонение незави-
симо от того, изменяется ли он быстро или медленно, необходимо ис-
пользовать достаточно жесткую пружину, так как эквивалентная масса
подвижного устройства все же сравнительно велика. Вот почему в элек-
тромагнитном устройстве исключена возможность пользоваться чрез-
мерно гибким монтированием подвижной спстемы.
394
Для уменьшения эквивалентной массы механическом подвижном
системы и получения условий, при которых поведение системы опреде-
ляется в основном изменениями смещающего тока в катушках, должно быть
обращено особое внимание на массы отдельных механических элементов
в смысле возможности их уменьшения.
§ 84. ИСКАЖЕНИЯ,
ВНОСИМЫЕ ШУМОПОНИЖАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ
Основными искажениями, которые возникают при шумопонижении
являются искажения, обусловленные нарушением правильного временного
соотношения между изменением уровнен сигнала и изменением смещаю-
щего напряжения (или тока) и поведением электромеханического шумопо-
нижающего устройства 11\ 1’.
Можно отметить следующие
характерные случаи.
1. Смещающее напряже-
ние (или ток) но изменяет
Рис. 341. Осциллограммы сигнала (речь) и ту
мопоии/ксния при малом примени закрытия *
свою величину или заслонки
не изменяют своего по ложе-
ния в течение некоторого вре-
мени после изменения (увеличения) величины модуляции. При попереч-
ной и продольной записи звука это вызывает срезание начала записи, а
прп интенсивной записи имеет следствием искажение формы передавае-
мого сигнала в зависимости от характера кривой пропускания копии.
2. Изменение смещающего напряжения (пли тока) илп движение
заслонок при изменении амплитуды записи происходит слишком быстро.
Это обусловливает трески прп изменении амплитуды (отвесная линия
< гибающей кривой смещающего напряжения, тока илп движения за-
слонок; рпс. 34111С).
3. Величина изменения смещающего напряжения (тока) плп вели-
чина смещения заслонок незначительна по сравнению с величиной из-
менения уровней записи, вследствие этого происходит срезание верхней
части зубцов при поперечной и продольной записи илп образование дру-
гих нелинейных искажений при интенсивной записи. Данные искажения
практически устраняются установлением надлежащих значений постоян-
ных времени электрического шумопонижающего устройства и соответ-
ствующим построением электромеханического шумопонижающего устрой-
ства.
В целях создания наиболее благоприятных условий в отношении
уменьшения искажений записываемых колебаний при их появлении или
быстром увеличении их амплитуды начальная постоянная слагающая
никогда не уменьшается до нуля прп поперечной записи илп до край-
ней точки прямолинейного участка кривой пропускания копии при ин-
тенсивной илп продольной записи. Всегда оставляется некоторый запас
в виде тонких экспонированных линий, так называемых пауз прп попе
речной записи илп несколько повышенной начальной экспозиции при
интенсивной пли продольной записи. Кроме того, для этой же цели раз-
работаны специальные электрические шумопонижающие устройства,
обусловливающие более быстрое изменение смещающего напряжения
(или тока) прп малых уровнях сигнала. Использование подобных устройств
дает возможность иметь весьма узкие «паузы», т. е. весьма эффективное
шумопонижение, и не получать больших искажений при внезапном по-
явлении сигнала. Наиболее радикальным способом максимального устра-
395
нения указанного эффекта является способ позитивной записи с исполь-
зованием дополнительной механической щели, описанный ниже, в § 94.
Наряду с указанными искажениями необходимо отметить еще эф-
фект «зашумления» записи, возникающий вследствие изменения указан-
ной величины запаса или среднего коэффициента пропускания фоно-
граммы за счет шумопонижающих устройств. В случае поперечной фоно-
граммы этот шум обусловлен изменением в процессе шумопонижения
средней ширины светлых участков, лежащих над зубцами заппсп, а в слу-
чае фонограммы переменной плотности—изменением среднего коэффи-
циента пропускания, в частности, образованием участков с большими
коэффициентами пропускания, создающими ощутимый шум. Как в том,
так и в другом случае шумовая модуляция возникает лишь прп наличии
записп и связана с временем открытия и закрытия электрического шумо-
понижающего устройства. В наибольшей степенп она связана с временем
закрытия шумопонижающего устройства, выражаясь в форме перемен-
ного шума, следующего за звуком. Этот эффект становится особенно за-
метным при передаче звуков рояля. Шумовую модуляцию, вызванную
действием шумопонижающего устройства, следует отличать от модуля-
ционного шума, который возникает прп изменении амплитуды самого
записанного сигнала.
Шумовая модуляция, так же как модуляционный шум, приобретает
наибольшее значение прп резких изменениях уровней передачи, когда
происходит частсе изменение смещающего напряжения (или тока). Она
уменьшается при применении специальных мелкозернистых кинопленок
и прп увеличении времени открытия и закрытия. Однако последний фак-
тор вызывает уменьшение общего шумопонижения. Таким образом, вели-
чина всех перечисленных выше искажений находится в сильной зависи-
мости от времени открытия и закрытия шумопонижающего устройства.
При поперечной записи время открытия выбирается настолько
малым, насколько это необходимо для предотвращения среза зубцов, не-
одновременно не создающее ощутимых тресков. Оно может быть тем
меньше, чем больше ширина паузы («запас») на кинопленке. Это время
имеет значение порядка 18—20 м/сек.
Время закрытия при поперечной записи в целях предотвращения
от среза зубцов вновь образующихся колебаний устанавливается зна-
чительно больше времени открытия, а именно—порядка 150—250 м/сек.
При интенсивной заппсп время открытия устанавливается примерно
таким же (или несколько меньшим), как и прп поперечной записи, а время
закрытия лишь ненамного превышает время открытия. Время закрытия,
значительно превышающее время открытия, в этом случае невыгодно
из-за большего шума прозрачных участков фонограммы переменной
плотности по сравнению с поперечной фонограммой. Время открытия
прп интенсивной заппсп обычно имеет значение порядка 20 м/сек, а время
закрытия порядка 40—50 м/сек.
При определении для той илп иной фонограммы времени открытия
и закрытия шумопонижающего устройства нужно принимать во внима-
ние величину запаса п потребную величину изменения среднего коэффи-
циента пропускания.
Учитывая несимметричность кривой речи прп поперечной записи
в шумопонижающем устройстве, необходимо соблюдать фазировку,
т. е. изменять смещающий ток пли напряжение в соответствии с пиковыми
значенпямп отдельных полуволн сигнала. По указанной причине при
поперечной записи обычно используется шумопонижающее устройство
с однополуперподным выпрямлением, а прп интенсивной записп—с двух-
полупериодным выпрямлением. В последнем случае может иметь места
3 96
меньшее значение времени открытия и закрытия, следовательно, необ-
ходима лучшая фильтрация, которую легче получить при двухполупе-
рподном выпрямлении.
При указанных значениях времени открытия и закрытия шумо-
понижающего устройства практически не возникают трески при изме-
нении амплитуды записи; не имеют места срезание большого количества
зубцов и ощутимые нелинейные искажения при внезапном увеличении
амплитуды записи; не образуется паразитная модуляция.
§ 85. СПОСОБ ШУМОПОНИЖЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ ФОНОГРАММЫ,
ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЙ В ПРОЦЕССЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛА
С ФОНОГРАММЫ
Шумопонижение поперечной фонограммы может быть осуществлено как в про-
цессе записи, так и в процессе воспроизведения сигнала. Существует способ шумопо-
ШумопониЖаютие
щаялампа
Рис. 3'12. Принцип пал ьная схема шумопонижения с помощью
заслонки в процессах перезаписи и воспроизведения
Шумопонижающие
заслонки, изменяю-
Рис. 353а. Принципиальная схема шумопонижения при вос-
произведении в процессе перезаписи с заблаговременным сме-
щением заслонки при увеличении уровня сигнала
ниженпя поперечной фонограммы непосредственно в процессе воспроизведения путем
переменного закрытия заслонками прозрачных участков кинопленки, лежащих над
зубцами записи (предложен Гордейчуком).
397
В данном способе используется то же самое электромеханическое устройство, кото-
рое применяется прп записи. Движение заслонок в соответствии с изменением уровней
передаваемого сигнала осуществляется смещающим током, пеступающим в электро-
механическое устройство от электрического шумспош жающего устройства. На вход
электрического шумопонижающего устройства в свею очередь подается электрический
сигнал от усилителя воспроизведения.
Шумопонижение поперечной фонограммы по данному способу может быть с успе-
хом применено во всех случаях, когда запись не могла быть произведена с шумопони-
жением.
Рпс. 3436. Схема оптической системы для разделе-
ния световых п01 оков (с малыми световыми поте-
рями). 1—просвечивающая лампа; 2—конденсор;
3—механическая читающая щель, 4—механическая
управляющая щрль; 5—шумопонижающая заслонка,
изменяющая длину читающей щрлиЗ; 6—объектив;
7—пленка; 8—объектив; 9—фотоэлемент, па кото-
рый надает свет, проходящий через фонограмму
при просвечивании ее читающим штрихом; 10—фо-
тоэлемент, па. который падает свет, проходящий
через фонограмму прп просвечивании се управляю-
щим штрихом; 11—поворотная призма для направ-
ления светового потока на фотоэлемент 9; 12—по-
воротная призма для направления светового пото-
ка на фотоэлемент 10
Негатив Позитив
Рпс. 344. Образны песЛссшумленпых фонограмм:
I—запись треугольной диафрагмой; II—запи ь
\1-образной диафрагмой
Данный способ применяется, например, в кинохронике, где иногда запись произ-
водится без шумопонижения, а шумопонижение осуществляется в процессе перезапи-
си (рис. 342).
Прп использовании данного способа шумопонижения в процессе перезаписи мо-
жет быть получено заблаговременное смещение заслонки при резком переходе < т
малых к большим уровням сигнала и тем самым устранена возможность даже частич-
ного срезания зубцов за счет постоянной времени открытия электрического шумопони-
жающего устройства. Это достигается путем применения дополнительного управляюще-
го штриха и к нему отдельного фотоэлемента (с фотокаскадом). Дополнительный упра-
398
вляющий штрих смещается на кинопленке па некоторое необходимое расстояние (5 лги)
по отношению к основному читающему штриху (рис. 343а).
Световые потоки, проходящие через фонограмму в результате просвечивания ее
указанными двумя штрихами, с помощью специальней оптической системы направляют-
ся на отдельные фотоэлементы (рис. 3436). На рис. 344 приведены образны пеобесшу-
млепных фонограмм, полученных путем применения в процессе записи трехугольпой
и М-образной диафрагм, и показаны необходимые формы шумопонижающих диа-
фрагм и пх положение относительно читающего штрпха при различной глубине моду-
ляции.
§ 86. ШУМОПОНИЖЕНИЕ
ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ СОПРЯЖЕННЫХ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОЦЕССОВ ЗАППСП II ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА
В целях понижения шума и расширения динамического диапазона звукопередачи
может быть использована система сопряженных частотных характеристик с относитель-
ным подъемом высоких частот в процессе записп и с соответствующим пх спадом в про-
цессе воспроизведения сигнала, так что в результате получается прямолинейная частот
пая характеристика тракта звуко-
передачи в целом. Подобные ча-
стотные характеристики трактов
записи и воспроизведения изобра-
жены па рис. 345.
Благодаря относительному
уменьшению уровней низкочастот-
ных и среднечастотпых слагаю-
щих сигнала (речь, музыка), кото-
рые обычно имеют наибольшую
энергию, создается возможность
использования в процессе записи
большого усиления или тем самым
относительного повышения уров-
ней высокочастотных слагающих
сигнала над уровнем шума.
Такая частотная характери-
стика в процессе записи приво-
дит к уменьшению эффекта моду-
ляции высокочастотных колеба-
ний колебаниями низкой частоты
Риг. 345. Сопряженные частотные .характеристи-
ки трактов записи и воспроизведения для умень-
шения шума (помех)
(взаимной модуляции) и зашумле-
ния записи самими шумопонижаю-
щими устройствами (например,
к снижению шума, обусловленного временем закрытия заслопок шумопонижа-
ющего устройства, следующего за звуком). Кроме того, опа обусловливает сильное
снижение модуляционного шума вследствие выравнивания амплитуд слагающих коле-
баний музыкального или речевого сигнала по всему спектру частот. Следовательно,
применение такой частотной характеристики дает возможность расширить действие
шумопонижающих устройств прп записп сигнала.
Относительным спад высоких частот в процессе воспроизведения сигнала приво-
дит к уменьшению абсолютного уровня шума, имеющего высокочастотный спектр,
и к повышению относительного уровня высокочастотных слагающих сигнала к высоко-
частотному шуму.
Данная система сопряженных характеристик (разработанная лабораторией Белла
в США11') может быть с успехом применена при интенсивной записи. При поперечной
записи ее использование невыгодно, ибо в этом случае, как это следует из рассмотре-
ния частотных характеристик, сильно возрастает шум заплывания фонограммы.
§ 87. СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ШУМОПОНИЖЕНИЯ
ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ЗАППСП
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ МОДУЛЯТОРАМИ СВЕТА
Шумопонижение интенсивной записп электромеханическими модуляторами света
при том пли ином способе модуляции освещенности пишущего штриха может быть осу-
ществлено с помощью специальных электрических устройств двух типов, аналогичных
тем, которые применяются при поперечной записи звука. Устройства первого типа пре-
вращают частично подаваемый па них записываемый электрический сигнал в рсгулп-
399
рующпй ток, изменяющийся по закону огибающей передаваемых уровней. Устройства
второго типа в виде побочных модуляторов света (например, электромагнитною устрой-
ства с подвижной заслонкой) на основе поступающего в них регулирующего тока произ-
водят необходимое изменение средней экспозиции пленки соответственно изменению
уровней записываемого сигнала. В некоторых случаях регулирующий ток может быть
подан непосредственно в основной модулятор света, так что побочный модулятор света
специально для шумопонижения уже не требуется.
Применение для шумопонижения специальных электрических устройств услож-
няет комплект звукозаписывающего оборудования, процесс звукозаписи и требует
дополнительных источников питания.
Наряду с этим в практике фотографической звукозаписи остро стоит вопрос
о получении достаточно высокой освещенности пишущего штриха, необходимой для
записи па малочувствительных мелкозернистых кинопленках, отличающихся высокой
разрешающей способностью.
Как известно, потребная освещенность пленки при паузе может быть значительно
снижена, если использовать область экспозиции в пределах нижнего изгиба характери-
Изображение диафрагмы в ,
d плоскости зрачка оптической • о
Зрачок оптической системы ' Зрачок оптической системы
системы (а б в гна рис. 3^7) / ____________на
изо-
диаф-
бражения диаф-
рагмы, точно за-
крывающая
Зрачок
ГУУУХ-РагМЫ
Кривая изменения
светового потока
Темная часть изображения
диафрагмы, точно закрывающая
по прямой, а в зрачок
Кривая изменения
, светового потока
Светлая часть изображения
диафрагмы
рагмы
[Рпс. 346. Схемы, поясняющие двухполупериодное а и однополупериодпое б
«оптическое выпрямлепие» сигнала
стпческих кривых негатпва и позитива, обусловливающих в результате компенсации
прямолинейный в определенных пределах участок кривой пропускания копии в зави-
симости от экспозиции.
При данном типе фотографического процесса, когда экспозиция негатива, соответ-
ствующая началу прямолинейного участка кривой пропускания копии, превышает
или равна максимальной амплитуде экспозиции, может быть с успехом применен дру-
гой способ шумопонижения. Этот способ шумопонижения применительно к интенсив-
ной записи электромеханическими модуляторами света в указанном фотографическом
режиме выгодно отличается от ныне используемых способов тем, что изменение средней
экспозиции пленки соответственно изменению уровней записываемого сигнала осуще-
ствляется прп интенсивной записи автоматически, чисто оптическим путем, не требуя
применения специальных элект| ических устройств. Такое изменение средней экспо-
зиции достигается путем использования в процессе записи дополнительного широкого
пишущего штриха, расположенного над основным ппшущшм штрихом или покрывающе-
го последний и освещенность которого изменяется по закону выпрямленного сигнала.
Данный способ автоматическою шумопонижения (разработанный Бурговым)
может быть применен при любом способе модуляции освещенности основного пишуще-
го штриха на кинопленке электромеханическими модуляторами света.
Модуляция освещенности дополнительного пишущего штрпха по закону выпрям-
ленного сигнала может происходить по способу изменения действующей длины допол-
нительной механической щелп, изображаемой цилиндрической линзой, или изменения
апертуры последней. Она осуществляется оптическим путем тем же модулятором света,
который служит для модуляции освещенности основного пишущего штриха, или
дополнительным аналогичным модулятором света. Подобное «оптическое выпрямление»
сигнала заключается в преобразовании колебаний светового пятна, перекрывающего
тот или иной зрачок оптической системы, в пульсации проходящего через него светово-
го потока, так что во время паузы последний равен нулю. Прп двухполупериодном
выпрямлении происходит пульсация, светового потока в течение обоих полу перио-
дов колебаний светового пятна, перекрывающего зрачок. В этом случае изменение по-
ложения пятна осуществляет модуляцию светового потока, как это показано на
рис. 346, а, Прп однополуперподном выпрямлении имеет место пульсация светового
потока только при одном полупериоде колебаний модулирующего светового пятна
(рпс. 346, б).
Дополнительный пишущий штрих, являющийся изображением соответствующей
механической щели и оптически совмещенный тем или ипым способом на очной до-
* 400
рожке пленки с основным пишущим штрихом, должен иметь ширину, превышающую
длину волны записи наинизшсй частоты синусоидальной компоненты, которую
необходимо передать без искажений.
Освещенность данного штрпха (значительно меньшая освещенности основного
пишущего штриха) изменяется по закону выпрямленного сигнала (одноиолупериод-
ного или двухполупернодного выпрямления). Это достигается путем установления над-
лежащей формы и расположения модулирующего светового пятна по отношению к до-
полнительной механической щели или к действующему отверстию объектива (пли цилин-
дрической линзы), изображающему дополнительную механическую щель на пленке
в виде побочного пишущего штриха.
Рис. 347 поясняет сказанное. На этом рисунке изображены принципиальные
оптические схемы, показывающие начальное расположение модулирующего светового
т и
Рпс. 347. Принципиальные оптические схемы, показывающие начальное
расположение модулирующего светового пятна для осуществления двухпо-
луперподного выпрямления сигнала оптическим путем прп использовании
двух различных способов модуляции освещенности пишущего штриха:
I—способ модуляции освещенности пишущего штрпха путем изменения
действующей длины механической щели: 1—изображение диафрагмы;
2—цилиндрическая линза; 3—широкий пишущий штрих; 4—пишущий
штрих; абвг—широкая механическая щель, дежз—механическая щель.
II—способ модуляции освещенности пишущего штрпха путем изменения
апертуры изображающей цилиндрической линзы (пли изображающего
объектива)
пятна для осуществления двухполупернодного выпрямления сигнала оптическим iij гем
прп использовании указанных способов модуляции освещенности пишущего штриха.
В результате действия дополнительного широкого пишущего штрпха, играющего роль
фильтра частотных компонентов выпрямленного сигнала, происходит изменение сред-
ней экспозиции пленки по закону огибающей уровней передаваемого сигнала.
Благодаря применению дополнительного, шумопонижающего пишущего штриха
средняя экспозиция пленки в общем случае обусловливается совместным действием обо-
их штрихов. Начальное закрытие дополнительной механической щели пли входного
отверстия цилиндрической линзы, изображающей данную механическую щель па плен-
ке так, как это показано на рпс. 347, приводит к тому, что освещенность широкого
шумопонижающего пишущего штрпха прп отсутствии записи равна нулю. В процессе
записи опа возрастает с повышением уровней сигнала, изменяясь по закону выпрямлен-
ного сигнала.
Экспозиция пленки прп отсутствии записи, определяемая освещенностью и шири-
ной только основного пишущего штрпха, вызывает положение рабочей точки на ниж-
нем конце линейной части кривой пропускания копии, т. е. повышенную плотность
паузы в копии. С появлением и возрастанием уровней записи рабочая точка смещается
в зависимости от изменения уровня сигнала вверх по кривой пропускания копии,
в любой момент занимая такое положение, которое является как раз достаточным для
неискаженной передачи тех пли иных уровней.
Ввиду того, что экспозиция, вызываемая основным пишущим штрихом, лежит
в пижпей части характеристической кривой, для проведения интенсивной записи
с автоматическим шумопонижением по предлагаемому способу могут быть использо-
ваны нпзкочувствительпые мелкозернистые кинопленки.
Прп применении данного способа автоматического шумопонижения «постоянная
времени» прп возрастании п уменьшении уровней сигнала имеет одинаковое значение.
Она определяется прп постоянной скорости движения пленки конечной шириной допол-
нительного (шумопонижающего) пишущего штрпха. Прп интенсивной записи (в отли-
чие от поперечной записи) это положение может быть допущено.
При записи сигнала в форме широкого прямоугольного пмпульса экспозиция
пленки штрнхОхМ изменяется по закону ломаной прямой, представленной пунктиром
26 в. А. Бургов
401
на рпс. 348. Аналогичный вид имеет кривая изменения экспозиции прп прекращении
длительного постоянного воздействия.
Дополнительный шумопонижающий пишущий штрих па пленке может перекры-
вать собой основной пишущий штрих илп располагаться вне последнего. В случае дви-
жения кинопленки вниз для хорошей передачи внезапных пиковых сигналов (передачи
начала резкого увеличения уровня записываемого сигнала) ее выгодно помещать над
основным пишущим штрихом.
II р п м е р.
Поясним описанный способ автоматического шумопонижения прп интенсивной
записи электромеханическими модуляторами света на конкретном примере.
открытия
закрытия
t
Рис. 348. Кривые изменения освещенности шу-
мопонижающего штрпха E(t) п производимой сю
экспозиции кинопленки II (t)
Рис. 349. Оптическая схема светомодулпрующей системы с ав-
томатическим шумопонижением (12—цилиндрическая линза для
получения более равномерной освещенности модуляционного
зеркальца; 13—светофильтр)
Поставим, например, перед собс й цель использовать данный способ шумопониже-
ния применительно к способу модуляции освещенности основного пишущего штриха
путем изменения апертуры изображающей цилиндрической линзы.
Для данного случая образование и модуляция освещенности дополнительного
шумопонижающего пишущего штрпха наряду с получением и модуляцией освещенности
основного пишущего штриха с помощью одного и того же зеркального гальванометра
могут быть осуществлены, применяя оптическую систему, принципиальная схема кото-
рой представлена на рпс. 349 (оптическая система разработана Бурговым, Юхтано-
вым и Солодовым).
Рассмотрим сначала часть данной оптической системы, служащую для модуляции
освещенности основного пишущего штриха.
402
Экспонирующая лампа 2 вместе с рефлектором 1 и конденсором 3 равномерно
освещает диафрагму 4. Эта диафрагма изображается ахроматической линзой 5 через
модуляционное зеркальце 6 в плоскости входного отверстия цилиндрической линзы 7,
ось цилиндра которой расположена в горизонтальной плоскости. Диафрагма 4 пмеет ряд
прямоугольных вырезов, показанных па рис. 349. Прп отсутствии записи (в моменты
пауз) входное отверстие цилиндрической линзы 7 наполовину своей высоты перекрыто
изображением наиболее широкого выреза диафрагмы 4 (прямоугольным световым пят-
ном). Цилиндрическая линза 7 в вертикальной плоскости (совместно с коиденсорной
линзой 8) дает изображение модуляционного зеркальна 6 во входном отверстии микро-
объектива 10. Данный объектив изображает па кинопленке 11 механическую щель 9
в виде пишущего штрпха размерами 2,54x0,02 мм. Прп колебаниях модуляционного
зеркальца происходит изменение действующей сагиттальной апертуры цилиндрической
линзы 7 и соответственно модуляция освещенности основного пишущего штриха па
кинопленке.
Часть оптической системы, служащая для автоматического шумопонижения,
состоит из оптических элементов 14—19, показанных внизу на рис. 349. Заслоночная
часть диафрагмы 4, лежащая между основным (широким) и дополнительным (узким)
прямоугольными вырезами, изображается в плоскости прямоугольной диафрагмы 14
так, что при отсутствии записи это теневое изображение в точности совпадает с вырезом
диафрагмы 14.
При колебаниях зеркальца во время записи прямоугольные вырезы диафрагмы 4
поочередно освещают диафрагму 14, вызывая изменение проходящего через нее светово-
го потока по закону двухполупериодного выпрямления записываемого сигнала.
Расположенная за диафрагмой 14 цилиндрическая линза 16 изображает в верти-
кальной плоскости модуляционное зеркальце 6 на кинопленке, определяя этим изобра-
жением ширину шумопонижающего пишущего штриха. Длина этого штриха опре-
деляется изображением модуляционного зеркальца 6 в горизонтальной плоскости, соз-
даваемым цилиндрическими линзами 15 и 17. Диафрагма 14 служит для изменения осве-
щенности данного широкого штриха. С помощью призмы 18 устанавливается необходи-
мое положение широкого шумопонижающего штриха относительно узкого пишущего
штриха.
При отсутствии записи, когда экспозиция кинопленки определяется только началь-
ной освещенностью одного узкого пишущего штрпха, рабочая точка располагается
в нижней частп прямолинейного участка кривой пропускания коппи. Изменение в про-
цессе записи высоты освещенной части диафрагмы 14 (являющейся входным отверстием
цилиндрической линзы 16) обусловливает модуляцию освещенности широкого шумо-
понижающего пишущего штриха иа кинопленке по закону двухполупериодного выпря-
мления передаваемого сигнала и соответственно дополнительную экспозицию
кинопленки.
Это изменение освещенности шумопонижающего пишущего штриха или соответ-
ственно дополнительной экспозиции кинопленки происходит таким образом, что рабо-
чая точка прп возрастании уровней сигнала смещается по кривой пропускания копии
вверх, всегда занимая такое положение, которое является как раз достаточным для
неискаженной записи колебаний той или иной амплитуды.
Постоянная времени при возникновении и прекращении записи равна отношению
ширины дополнительного шумопонижающего пишущего штриха к скорости движения
кинопленки.
Расположение широкого штриха под основным пишущим штрихом на некотором
расстоянии служит для предохранения от ощутимых искажений при резком изменении
уровней записываемых сигналов.
§ 88. ПРОТИВОФАЗНЫЕ ФОНОГРАММЫ ПО КЛАССАМ Б, А И АБ
П СПОСОБЫ ПХ ПОЛУЧЕНИЯ (ПРОТИВОФАЗНЫЕ ЗАПИСИ
ПО КЛАССАМ Б, А И АБ)
Противофазный фотографический метод звукопередачи118»119а при-
меняется в целях уменьшения несимметричных нелинейных искажений
(четных гармоник), порождаемых записью, фотографической обработкой
и воспроизведением, а также—шумопонижения фонограммы. Он характе-
ризуется противофазной записью сигнала на двух полудорожках кино-
пленки1196 и противофазным воспроизведением сигнала с полудорожек
(рис. 350)119в.
Противофазный фотографический метод звукопередачи может быть
использован в трех разновидностях или классах записи А, Б и АБ в виде
26* 403
противофазной поперечной, интенсивной пли продольной записи. Рас-
смотрим противофазную поперечную запись, так как по ней легче всего
показать сущность противофазного метода записи.
При противофазной записи по классу Б положительные и отрица-
тельные полуволны записываются в отдельности на обеих сторонах зву-
ковой дорожки, а постоянная слагающая записи отсутствует (рпс. 351).
Преимуществом противофазной записи по классу Б является максималь-
ное шумопонижение фонограммы без применения в процессе записи ка-
кого-либо специального электрического устройства; кроме того, умень-
Рпс. 350. Схема противофазного фотографического метода звукопередачи:
1—источник звука, 2—микрофон, 5—усилитель записи, 4—светомодулирующее запи-
сывающее устройство, 5—модуляционное зеркальце, 6—экспонирующая лампа, 7—
конденсор, 8—диафрагма, 9—изображающая линза, 10—кондепсорная линза, 11—
механическая щель, 12—изображающий объектив, 13—кинопленка, 14—читающий
штрих, 15—позитив противофазной фонограммы, 16—просвечивающая лампа, 17—кон-
денсор, 18—механическая щель, 19—изображающий объектив, 20—линза, 21—призма,
22—фотоэлементы, 23—противофазный трансформатор, 24—усилитель воспроизведе-
ния, 25—громкоговоритель
шаются искажения, обусловливаемые оптической системой и фотогра-
фическим процессом (устраняются четные гармоники).
Противофазная запись легко осуществляется светомодулирующпм
устройством с зеркальным гальванометром путем изменения выреза
диафрагмы. Например, для получения записи по классу Б может быть
применен вырез в форме двух треугольников с дополнительными прямо-
угольными основаниями и вертикальными узкими прорезямп в местах
вершин, сдвинутых на некоторое расстояние и обращенных вершинами
один к другому. При отсутствии модуляции изображение этого выреза
в плоскости механической щели располагается так, как показано на
рис. 351. Расстояние между серединами вертикальных прорезей (пли,
иначе говоря, между воображаемыми вершинами изображений двух
треугольников) равно половине длины механической щели, а длинные
стороны прямоугольных оснований параллельны последней.
404
ким
июйрпжетг
Механическая
щель
Рпс. 351. Противо-
фазная запись по
классу Б
Вертикальные прорези, показанные на рис. 351, чрезвычайно узки.
При отсутствии модуляции изображение выреза диафрагмы почти не осве-
щает механическую щель, вследствие чего копия записи представляется
во время паузы почти абсолютно зачерненной и не дает заметного шума.
Во время модуляции изображение выреза совершает колебания поперек
механической щели: в течение одного полупериода записываемых колеба-
ний щель перекрывается одним световым треугольником, в течение дру-
гого полуперпода—вторым световым треугольником. ™
один из них производит запись положительных полу-
волн, а другой—отрицательных; в результате в копии
получается фонограмма, изображенная на рис. 351.
Как видно из рис. 351, между треугольпьши вырезами имеет-
ся свободное пространство, устанавливаемое с таким расчетом,
чтобы даже прп 100% модуляции края обеих записей были отде-
лены друг от друга свободным промежутком (последний необхо-
дим для того, чтобы в силу возможных поперечных смещений
при записп, копировании и воспроизведении отдельные записи
не находили одна па другую). Вертикальные узкие прорези диа-
фрагмы рассчитаны на уменьшение искажений прп малых ампли-
тудах заппсп, происходящих из-за пересечения механической
шели вершинами треугольников. Дополнительные прямоуголь-
ные основания к каждому треугольнику (как уже было ука-
зано выше) введены с целью предотвращения резкого изменения
освещенности механической щели при перемодуляцип.
Записп обеих полуволн, показанные на рис. 351,
сдвинуты по фазе на 180°. Так как расстояние между
воображаемыми вершинами световых треугольников
равно половине длины механической щели, то их оси
располагаются от середины звуковой дорожки на рас-
стоянии, равном */4 ее нормальной ширины. Подобное расположение
полуволн записи вызывается необходимостью пх последующего разде-
ления в процессе воспроизведения и одновременно обеспечивает более
высокое качество прп воспроизведении сигнала с малыми уровнями.
Так как постоянная слагающая практически в данном случае отсут-
ствует, отношение уровня шума к уровню сигнала прп изменении ампли-
туды заппсп сохраняется примерно постоянным; следовательно, исполь-
зование противофазной записп звука по классу Б приводит к макси-
мальному шумопонижению фонограммы, расширяя динамический диапа-
зон фонограммы.
Противофазная запись по классу А состоит из двух раздельных запи-
сей, расположенных на обеих полудорожках и сдвинутых между собой
по фазе на 180° (рпс. 352). В отличие от противофазной записи по клас-
су Б в данном случае всегда присутствует постоянная (средняя) слагаю-
щая заппсп. Последняя обусловливает определенный шум пленки при
воспроизведении звука с фонограммы, вследствие чего при данном классе
записи приходится применять специальные шумопонижающие устройства.
Прп воспроизведении звука с противофазной фонограммы по классу А,
полученной без применения специальных шумопонижающих устройств,
в процессе записп имеет место некоторое понижение шума, по оно недо-
статочно. Использование противофазной записи по классу А целесооб-
разно с одновременным применением электрического шумопонижающего
устройства
Принципиально шумопонижение может быть произведено как по
способу смещения средних линий обеих записей, так и посредством при-
менения двойных заслонок. Последнее следует предпочесть, так как при
воспроизведении обе заппсп должны быть разделены. Смещать записи
405
при уменьшении амплитуды к краям дорожки также невыгодно пз-за
возможности просвечивания копии фонограммы несовершенным плп не
совсем правильно расположенным читающим штрихом. Таким образом,
для шумопонижения противофазной записи по классу А наиболее под-
ходят заслонки. Но так как мы имеем дело с двусторонней фонограммой,
необходимо устройство с двумя заслонками, каждая из которых произ-
водила бы шумопонижение соответствующей записи; при этом края ме-
ханической щели должны быть освещены. Подобный способ записи и
применяется на практике.
Изображение
диафрагмы
Изображение
диафрагмы
Изображение диафрагмы
Механи- р———X 7
щель {V-. /
Механическая Изображение Механическая 'Изображение
заслонки
щель заслонки
щель
Рпс. 352. Про-
тивофазная за-
пись по классу
А без шумопо-
нижения
Рпс. 353. Про-
тивофазная за-
пись по классу
А с шумопони-
жением (за
слойками)
Рпс. 354. Про-
тивофазная за-
пись по классу
Диафрагма имеет вырез в форме двух трапеций с дополнительным
прямоугольным основанием, одна из которых повернута по отношению
к другой на 180°. При отсутствии модуляции изображение диафрагмы
в плоскости механической щели располагается так, как показано на
рпс. 352. Основания трапеций являются параллельными длине щели,
а их боковые скошенные стороны отделяют с каждого края четверть дли-
ны механической щели. Во время модуляции изображение диафрагмы
совершает колебания поперек щели и тем самым изменяет длпну ее осве-
щенных частей. Так, напрпмер, в течение одного полупериода записывае-
мых колебаний, когда изображение диафрагмы смещается вверх (см.
грис. 352), длина светлой частп щели от правого края к середине увеличи-
вается, а длина освещенной частп щелп от левого края к середине умень-
шается; в течение другого полуперпода записываемых колебаний имеет
место обратное изменение. Из сказанного следует, что записи, обусло-
вливаемые движением каждого светового пятна в форме трапеции, всегда
сдвинуты па 180°.
Как видно из рис. 352, при противофазной записи по классу А с обеих
сторон звуковой дорожки копии пмеются прозрачные участки, располо-
женные над зубцами записей. Соответствующие участки на кинопленке
при записи должны быть заслонены от действия света заслонками для
получения противофазной записи с шумопонижением. Задача решается
изображением в плоскости механической щелп краев двух заслонок,
оптически совпадающих с плоскостью дпафрагмы.
406
Рис. 355. Противофазная запись
по классу АБ (схема)
‘ При отсутствии модуляции края заслонок находятся вблизи от точек
пересечения боковых сторон трапеций с механической щелью, не доходя
до последних, если смотреть с соответствующих краев щели. Расстояние,
на которое смещается к краю механической щели линия пересечения одной
из световых трапеций с механической щелью, определяет амплитуду
записи. Край соответствующей заслонки должен менять свое положение
согласно изменению данного расстояния, двигаясь к одному из краев
механической щели; при этом между изображением края заслонки и ли-
нией пересечения трапеции со щелью всегда должен сохраняться при-
мерно такой же освещенный интервал,
как и прп отсутствии модуляции.
Как известно, положения изображе-
ний заслонок должны изменяться не
мгновенно, а спустя некоторое время
после изменения амплптуд записи,
реагируя на пзмененпе величины зубцов.
При появлении и увеличении амплиту-
ды записи изображения заслонок двига-
ются от начального своего положения,
соответствующего моменту паузы, к
краям механической щели лишь настоль-
ко, насколько это необходимо для
неискаженной записи колебаний той пли
иной амплитуды. Поскольку края изоб-
ражений заслонок перпендикулярны
краям механической щели, имеет место
высокая резкость очертаний зачернен-
ных участков, лежащих над зубцами за-
писей на обеих полудорожках.
Образец противофазной заппси зву-
ка по классу А с применением для шу-
мопонижения заслонок (копня) показан
на рпс. 353.
Огибающие записей, обусловленные работой шумопонижающего
устройства с двумя заслонками, в отличие от самих записей совпадают
по фазе, т. е. соответствующие изменения светового потока взаимно ком-
пенсируются в процессе воспроизведения звука с противофазной фоно-
граммы. Это позволяет ускорить действие заслонок (уменьшить постоян-
ную времени), не вызывая тех искажений, которые неизбежно пмели бы
место в процессе обычной записи при малой модуляции.
Комбинированная противофазная запись по классу АБ может быть
получена прп использовании диафрагмы, показанной на рис. 3541206.
Прп отсутствии модуляции изображение диафрагмы в плоскости
механической щели располагается по отношению к последней так, как
изображено на данном рисунке. При модуляцип изображение колеблется
в перпендикулярном направлении к длине механической щели, изменяя
длину ее освещенной части. Посредством такой диафрагмы запись при
малых амплитудах производится по чистому классу А, а прп больших
амплитудах—по комбинированному классу АБ.
Составляющими класса А па рпс. 355 будут участки записей, расположенные на
обеих полудорожках в пределах от п~—а до птс-^-а. Опп численно складываются
при противофазном воспроизведении, поэтому вырезам диафрагмы и придана форма,
изображенная на рпс. 354 и 355. Оба выреза совершенно одинаковы; они расположены
по отношению к механической щели так, как это показано на данных рисунках. Если
продолжить грани и c2d2 обоих вырезов (см. рпс. 355) до пересечения с соответ-
ствующими гранями l1f1 и /2/г, т0 точки пересечения h± и h2 окажутся па централь-
407
ной линии механическойщелп. Образованные прп этом треугольники lxhxdx п l2h2d2 за-
нимают относительно щелп положение, характерное для записп по классу Б. Углы
при вершинах этих треугольников равны. Кроме того, углы, образованные соответ-
ствующими сторонами этих треугольников с перпендикулярами к механической щели,
также равны между собой. Отличие рассматриваемой противофазной диафрагмы по
классу. АБ от противофазной диафрагмы по классу Б заключается в наличии дополни-
тельных вырезов cxhxfx п c2h2f.2. Эти дополнительные вырезы характеризуются разме-
рами а и b (b=cxfx=c2f2}, которые могут иметь различные значения; важно лишь,
чтобы соответствующие размеры обоих вырезов были одинаковы, а точки /2, Д и с2
лежали па одном "уровне по отношению к механической щелп.
Пересечение механической щелп изображениями вырезов в пределах Д сх и /2 с2
обусловливает получение класса А. Точки сх п с2 являются точками перехода от клас-
са А к классу А Б. Прп указанных вырезах диафрагмы
и расположении их изображений относительно механи-
ческой щели этот переход не вызывает прп воспроизве-
дении нелинейных искажений записанного звука.
При использовании вырезов чисто треугольной
формы, расположенных так, как это показано на
рпс. 356, запись синусоиды имела бы вид, представлен-
ный на том же рисунке. При заппсп колебаний малой
амплитуды в пределах класса А будет иметь место от-
носительное увеличение пх амплитуды в два раза.
Что же касается записп колебаний большей амплитуды,
происходящей уже в режиме класса АБ, то благодаря
сложению соответствующих записей в пределах от
пк — а до т?л:-{-а в процессе воспроизведения появятся
нелинейные искажения. Для устранения искажений
вырезам диафрагмы нужно придать несколько иную
форму. Одна из таких форм вырезов изображена на
рис. 355. Прп употреблении такой диафрагмы и выпол-
нении всех необходимых условии синусоидальная за-
пись на кинопленке развертывается в процессе про-
тивофазного воспроизведения в чистую синусоиду.
В случае интенсивного пли продольного
противофазного метода звукопередачи практи-
чески могут быть получены лишь классы А и
АБ, а практически рационально использован
лишь класс А. Такое ограничение по сравне-
нию с поперечным противофазным методом зву-
копередачп обусловлено кривизной нижнего
участка кривой пропускания копии и пепро-
хождением его через начало координат, т. е. нелинейностью передачи
п, кроме того, недостаточностью экспозиции прп пспользованпи данного
участка кривой пропускания копии.
Рассмотрим осуществление противофазной модуляцпп прп интенсив-
ной записи электромеханическими модуляторами света применительно
к различным способам модуляцпп освещенности пишущего штриха.
При способе модуляции освещенности пишущего штрпха путем изме-
нения действующей длины механической щели противофазная модуляция
может быть получена путем раздельного, оптически изолированного
изображения половин механической щели (перекрываемых такими же
световыми пятнами, как и в случае поперечной противофазной записи)
двумя цилиндрическими линзами (рпс. 357), поскольку одна цилиндри-
ческая линза не разделяет полудорожек изображения механической
щели. Шумопонижение прп этом достигается противоположным смеще-
нием указанных световых пятен.
При способе модуляции освещенности пишущего штрпха путем пере-
крытия механическох! щели полутенью противофазная модуляция дости-
гается с помощью двух связанных полутеней, расположенных п движу-
щихся по отношению к механической щелп так, как это показано па
рпс. 358 47>48. Данные полутени в оптической записывающей системе-
at=a2-a3-au д;~Д2
Рпс. 356. Противофазная
запись по классу АБ при
использовании вырезов диа-
фрагмы треугольной формы
^схема)
408
1- половина механической № половина зву-
щели 15 цилиндрическая ковой дорожки
линза
Световое
2~ половина меха- 2- цилиндра- 2- половина зву-
нической сцели ческая линза ковой дорожки
Световое
пятно
Рпс. 357. Схема, поясняющая образование противофаз-
ной записи по классу А прп использовании способе) мо-
дуляции освещенности пишущею штриха путем измене-
ния действующей длпны механической щели
КЛ. Д
кл. Дб
Рис. 358. Начальное расположение и
направление движения полутеней при
противофазной записи по классам А
и АБ
Рис. 359. Эффект горизонтального виньетирования
409
с зеркальным модулятором света могут быть получены, например, путем
использования виньетирующей заслонки, изображенной на рис. 359.
При применении такой заслонки без принятия дополнительных специаль-
ных мер наряду с вертикальным виньетированием имеет место горизон-
тальное виньетирование, обусловленное вертикальными краями засло-
нок ab и ab' (рпс. 359). Горизонтальное виньетирование не дает воз1
можности получить равномерную освещенность точек каждой пз противо-
фазных полутеней в направлении длины механической щели. Подобный
эффект может быть устранен введением в оптическую систему дополни-
тельной цилиндрической линзы, обусловливающей резкость вертикальных
краев полутеней в плоскости механической щели. При использовании
Рис. 3G0. Противофаз-
ная фонограмма пере-
менной плотности по
классу А
указанном заслонки и устранении горизон-
тального виньетирования с помощью цилин-
дрической линзы получим в плоскости меха-
нической щели два несколько сдвинутых
Рпс. 361. Начальное расположенно п на-
правление движения изображений диа-
фрагм 2 по отношения? к цилиндрической
линзе 1 прп противофазной записи
между собой световых пятна, спад освещенности которых направлен
в противоположные стороны. При отсутствии модуляции оба свето-
вых пятна займут положение, показанное па рис. 358, а при модуляции
будут совершать колебания в направлении, перпендикулярном к длине
щели.
В течение одного полупериода записываемых колебаний освещен-
ность одной половины механической щели будет увеличиваться, а другой—
уменьшаться. В течение другого полупериода, наоборот, будет умень-
шаться освещенность первой половины щели и увеличиваться освещен-
ность второй. В результате на обеих полудорожках мы получим на
пленке интенсивные записи, сдвинутые между собой по фазе на 180°
(рпс. 360).
Шумопонижение интенсивной противофазной записи по классу А
может быть получено в результате использования в качестве виньетирую-
щей диафрагмы двух заслонок, приводимых в движение специальным
электромеханическим устройством. При уменьшении модуляции сме-
щающий ток, поступающий в данное устройство, раздвигает края засло-
нок, дающих полутени. Вследствие этого полутени смещаются в противо-
положном друг к другу направлении, тем самым уменьшая освещенности
обеих половин звуковой дорожки и, следовательно, понижая фоновой
шум при воспроизведении звука с противофазной фонограммы. Осуще-
ствление эффективного шумопонижения методом смещения полутеней
вызывает несимметричное искажение записываемых сигналов с малым
уровнем в силу конечной ширины механической щелп.
410
При способе модуляции освещенности пишущего штрпха в форме изме-
нения апертуры изображающей цилиндрической линзы противофазная
запись по классу А осуществляется путем установления формы, отно-
сительного положения (по отношению к цилиндрической линзе) и на-
правления движения теневых изображений диафрагм, показанных на
рис. 361.
Шумопонижение при противофазной модуляцпп по классу А в дан-
ном случае достигается движением каждого из изображений модуляцион-
ных или специальных диафрагм, смещающихся в противоположных друг
к другу направлениях.
Рис. 362. Световые характеристики
а и кривые передаваемого сигнала б,
соответствующие отдельным полудо-
рожкам при противофазной записи
по классу АБ сит соидального сиг-
нала (продолженный отрезок d2 с2,
проходящий через начало координат,
с отрицательной осью абсцисс обра-
зует угол Ф2)
Рис. 363. Световые характеристики
и формы кривых передаваемого сиг-
нала, соответствующие отдельным
полудорожкам при противофазной
‘ записи по классам Б и А
При применении электрооптических илп электроннолучевых модуля-
торов света противофазная запись может быть произведена путем объеди-
нения в одном устройстве двух модуляторов света, действующих в противо-
фазе на соответствующие полудорожки кинопленки.
В общем случае для неискаженной противофазной заппсп сигнала
необходимо, чтобы прп заппсп отдельным полудорожкам пленки (одина-
ково для всех точек, лежащих в перпендикулярном направлении к длине
пленки) соответствовали такие световые характеристики, при которых
разностная световая характеристика является линейной функцией переме-
щения модулирующего механического элемента g(i) илп напряжения u(Z).
Имея, напрпмер, для отдельных полудорожек нелинейные характеристики
светомодулирующего устройства
Е\ (г) = к'и2 (е) + к"и (г)
и
Е2 (t)=k'u2 (t)- knu(t),
где Ел (t) и E2(t)—освещенности отдельных полудорожек, а к' и к” — постоянные
коэффициенты, получим линейную разностную характеристику:
Er (t)—E2 (t) = 2k”u(t).
При линейном фотографическом процессе и идеальных условиях воспроизведе-
ния качество противофазной звукопередачи характеризуется разностной световой
характеристикой записи.
411
Для идеальной противофазной записи сигнала по наиболее общему классу АБ
самыми простыми характеристиками светомодулирующей системы, соответствующи-
ми отдельным полудорожкам пленки, являются характеристики в виде ломаных
прямых. Подобные характеристики представлены иа рис. 362, а. У данных характе-
ристик а1Ь1 = ЬуСу = а2Ь2 = Ь2с2 п продолженные прямые c^j и c2d2 проходят
через начало координат. Сигналы с уровнем < #Oi записываются по чистому клас-
су А, а с уровнем > £01 по комбинированному классу АБ.
Представляя записываемый сигнал в виде функции времени g(£), при использо-
вании для отдельных частей штриха световых характеристик, изображенных иа
*изменение светового потока
рпс. 362, а (противофазная запись по классу АБ),
будет:
в пределах 1-я половина штрпха 2-я половина штрпха
— £oi 4 - g < ' goi Ei (0 = Ео + tg p-i g (t) Ao (t) = Eq tg »д.2 g (t).
#01 * - g < б b02 0
#02 * 'g< б — b01 0 E2(t)= — tg^2g(O
разностные характеристики соответственно будут:
(г) — Е2 (/) = (tg (Л1 + tg и2) g (.’)
Ei (t) — E2 (г) = tg-pjgft)
Ei (t)—E2 (t) = tg Ф2 g {t}.
Для неискаженной противофазной записи сигнала необходимо, чтобы разност-
ная световая характеристика в пределах —#02 < g < gwz была прямой, т. е. чтобы
tg l*i + tg И2 = tg = tg ф2 = const.
На рпс. 362, б показаны формы кривых изменения во времени освещенности
отдельных частей пишущего штрпха при противофазной интенсивной записи по
классу АБ гармонического колебания. Эти же
кривые выражают изменение экспозиции отдель-
ных полудорожек пленки как функции х, полу-
ченных в результате развертки сигнала пишущим
штрихом. В этом случае обозначения могут быть
заменены следующими: вместо освещенности
£*1 (/) —экспозиция Hv(x); вместо периода Т —
длина волны записи X; вместо освещенности
£2(г)—экспозиция Н2(х); вместо времени t—
длппа х.
Противофазная запись сигнала по чистому
классу Б соответствует значению g01 = 0 (и соот-
ветственно г01 = 0 п а01 = 0) и £’о = О, а по клас-
су А—значению g01 = g02 Qt0l = ~ ; а01 =-^
или g01 > ^02 •
Световые характеристики, соответствующие
данным классам, и формы кривых изменения ос-
вещенности отдельных частей пишущего штриха
и соответственно экспозиции полудорожек изо-
бражены на рпс. 363.
.Криволинейная маска
Рис. 364. Противофазная запись
по классу АБ криволинейными
масками
Механическая щель криволинейная маска'
Пример.
Для противофазной записи по классу АБ
можно применить систему с криволинейными диа-
фрагмами, в частности, с диафрагмами, вырезы
которых очерчены по параболическому закону
(подобная система записи предложена Раков-
ским).
Выгода использования таких диафрагм-
масок, показанных на рис. 364, заключается в
том, что по сравнению с линейными вырезами
диафрагм, изображенных на рпс. 355, они обу-
словливают меньшую ширину пауз, а следова
телыю, и большее шумопонижение. Согласно
вышеизложенному подобные диафрагмы также
обусловливают линейность передачи, поскольку прп пх использовании достигается
линейная разностная световая характеристика.
412
89. СХЕМЫ ОПТПКООСВЕТПТЕЛЬНОЙ II ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМ
(ЧАСТЕЙ) УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛА
С ПРОТИВОФАЗНОЙ ФОНОГРАММЫ
Для неискаженного воспроизведения сигнала с противофазной фоно-
граммы необходимо разделить и направить световые потоки, проходящие
через отдельные полудорожки, на различные фотоэлементы или различ-
ные катоды одного фотоэлемента и добиться посредством надлежащей
схемы включения, чтобы соответствующие фототоки были сдвинуты по фазе
на 180°. Эта задача может быть выполнена при условии изменения опти-
Рпс. 365. Схема оптпкоосветптелыюй системы фонографа 4Р-1
(все размеры в миллиметрах)
коосветительной и фотоэлектрической частей обычной звуковоспроизво-
дящей аппаратуры.
Киномеханической промышленностью изготовляются высококаче-
ственные специальные аппараты—фонографы, предназначенные для вос-
произведения сигнала как с обычных, так и с противофазных фонограмм,
преимущественно в целях перезаписи (противофазная запись применяется
в качестве первичной записи для последующей перезаписи).
В фонографе 4Р-1 (производства Ленинградского завода Кинап),
служащем для воспроизведения сигнала как с обычной, так и противо-
фазной фонограммы шириной 2,5 пли 5 мм, применяются два отдельных
фотоэлемента и оптпкоосветительная система, имеющая схему, пред-
ставленную на рис. 365.
Просвечивающая лампа с выпуклой спиралью 1 вместе с конденсо-
ром 2 освещает диафрагму 3, которая изображается объективом 4 во вход-
ном отверстии цилиндрической линзы 6. Выходным отверстием объекти-
ва 4 является механическая щель 5, которая изображается (по высоте)
цилиндрической линзой 6 (с уменьшением 1 : 9) в форме читающего штрп-
ха шириной 0,01 мм на фонограмме 7. Читающий штрих (длиной 5,2 мм)
изображается объективом и линзой 9 на линии соединения расщепляю-
щих призм 11—12, которые направляют пучки света на сурьмяно-цезие-
413
вые фотоэлементы СЦВ-4 13 и 14. На катодах обоих фотоэлементов обра-
зуются изображения механической щелп 5, создаваемые объективом 8
и линзами 9 и 10. Требуемая для нормальной или широкой противо-
фазной фонограммы длина читающего штриха устанавливается с помо-
щью крыльев заслонки, расположенной в плоскости диафрагмы 3.
В данном фонографе балансировка плеч при воспроизведении сигна-
ла с противофазной фонограммы осуществляется не электрическим,
а чисто оптическим путем (предложено Мелик-Степаняном). Для этой
цели используются диафрагмы 15, установленные между призмами 11
и 12 и фотоэлементами 13 и 14. С помощью этих диафрагм балан-
сируются световые потоки, падающие на отдельные фотоэлементы.
Фонограф 4Р-1 в одинаковой
Рпс. 306. Фотоэлектрическая схема фонографа
4Р-1: Klt —катод и анод первого фотоэлемен-
та; Zf2, Л.2—катод п анод второго фотоэлемента
степени пригоден для воспро-
изведения звука как с попе-
речных противофазных фоно-
грамм, так и с противофазных
фонограмм переменной плот-
ности.
Фотоэлектрическая схема
фонографа 4Р-1 состоит из
нагрузочных сопротивлений,
переходных емкостей и раз-
вязывающей ячейки (рис. 366).
В положении переклю-
чателя Z, соответствующем
воспроизведению ст нала с
обычной фонограммы, оба фо-
тоэлемента включены на вход усилителя фототока параллельно друг другу.
В положении переключателя II, соответствующем воспроизведению сиг-
нала с противофазной фонограммы, фотоэлементы включаются последо-
вательно на общее входное сопротивление усилителя фототока.
§ 90. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СИГНАЛА С ПРОТИВОФАЗНОЙ ФОНОГРАММЫ
ПО КЛАССУ Б
При воспроизведении записанного синусоидального сигнала с противофазной
фонограммы по классу Б читающим штрихом равномерной освещенности, не
имеющим перекоса по сравнению с пишущим штрихом, фототок, обусловленный
одной из пол у дорожек, будет изменяться по закону (рис. 367):
sin
4 = 0
при
при
О < Ы < тс;
тс < coi < 2п.
Аналогично изменяется фототок при воспроизведении сигнала с записи, располо-
женной на второй полудорожке: ’
i2 = 0
12 = — А2 sin (iot— г.)
при
при
0 < <ot < тс;
тс < <ot < 2к.
В приведенных формулах Аг и А2 — коэффициенты, зависящие от условий
воспроизведения, амплитуд записей и их фотографических данных:
где х—путь, проходимый пленкой в звуковоспроизводящем аппарате; X—длина
волны записи: ш—угловая частота колебаний светового потока при воспроизве-
дении; t—время.
414
Кривые изменен ея фототока прп воспропзведенпп сигнала с записей, располо-
женных на обеих полудорожках, могут быть представлены рядами Фурье:
со
sin ^+^(1-4^) 2cos 2пш£; <409>
1
со
г2 =—— + — sin at-----7^~2/—тг V cos 2пю£. (410)
It 7Z л (1 — 4n2)
1
Как видно, ряды содержат постоянную составляющую, синусоидальное коле-
бание основной частоты (первую гармонику) и четные гармоники в виде косинусо-
Б
fl
Рпс. 367. Противофазная запись по классу
идальных колебаний. При противофазном воспроизведении посредством фотоэлемента
с двумя катодами (или двух фотоэлементов) имеем суммарный фототок в первичной
обмотке противофазного трансформатора:
со
h + 4=(A—А) -^-+ (^ + 0>t + 2 cos27!"*- 0И)
1
Из формулы (411) следует, что основным условием неискаженной звукопередачи
с противофазной фонограммы по классу Б является равенство плеч в процессе вос-
произведения отдельных полуволн. Действшелыю, прп АХ=А2 = А i = i1 + :2=z
= ytsina>£, т. е. постоянная составляющая и четные гармоники уничтожаются.
Основные факторы, которые определяют собой значение коэффициентов Аг
и А2у следующие: 1) амплитуда записи; 2) освещенность отдельных полудорожек
при записи; 3) освещенность полудорожек прп печати; 4) освещенность отдель-
ных полудорожск при воспроизведении п соответствующий им световой поток,
падающий па катоды противофазного фотоэлемента, пли отдельных фотоэлементов;
5) чувствительность катодов противофазного фотоэлемента или отдельных фотоэле-
ментов; 6) напряжение, подаваемое к катодам фотоэлемента; 7) плечи противофаз-
ного трасформатора.
Все эти факторы могут быть выражены коэффициентами, произведения которых
и составляют значения Аг и А2.
Для неискаженной звукопередачи с противофазной фонограммы по классу Б
может быть некоторое расхождение значений данных факторов для обеих полудо-
рожек, важно лишь, чтобы Ai = A2. Например, некоторые отличия амплитуд запи-
сей на обеих полудорожках могут быть скомпенсированы соответственным подбором
плеч при воспроизведении сигнала противофазной фонограммы.
При неравномерной освещенности читающего штрпха в процессе воспроизведе-
ния сигнала с противофазной фонограммы по классу Б могут возникнуть нелиней-
ные искажения. Последние возникают тогда, когда освещенность вдоль читающего
штриха изменяется по нелинейному закону. Эти искажения одинаковы для противо-
фазных фонограмм различных классов. Количественное их выражение для некоторых
случаев распределения освещенности дано ниже на стр. 420.
Относительный наклон читающего и пишущего штрихов в случае противофаз-
ной фонограммы по классу Б приводит к нарушению чистоты класса Б, а именно:
к классу АБ с одновременным образованием симметричных искажений.
§ 91. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СИГНАЛА С ПРОТИВОФАЗНОЙ ФОНОГРАММЫ
НО КЛАССУ А
При воспроизведении сигнала с противофазной фонограммы по классу А
читающим штрихом равномерной освещенности и не имеющим относительного пере-
коса, фототок, обусловленный отдельными полудорожками фонограммы в пределах
0 < o>t < 2л, изменяется по закону (рпс. 368):
415
для первой полудорожки
А -
i1 = -x -sm о)^4-nlt
для второй полудорожкп
^2 • / . \
i2 =---2±'sin №—
(412)
(413)
идп суммарное значение при противофазном воспроизведении
I = «1 + «2= («1 —«2) + ( Л] 2~Л2 sin “г- (/114)
Как следует пз формулы (414), при противофазной фонограмме по классу А
нарушение балансировки приводит лишь к изменению амплитуд передаваемых коле-
баний, но не к искажению их формы.
Прп воспроизведении звука с противофазной фонограммы по классу А в случае
использования в шумопонижающем электрическом устройстве двухполуперподного
6
Рис. 368. Противофазная запись по классу А
выпрямления фототоки, соответствующие записям, расположенным на отдельных
нолудорожках. могут быть представлены выражениями12^:
со
»i=«i + ^sino>t-± + • ^(^2^!) 2 соз2пш{; (415)
1
сю
i„= -п2 + ^- Sinwt +-J--У cos 2п“г- (41С)
1
В± В2
где —— и ———постоянные составляющие, отвечающие начальному смещающему
К 71
1
току в шумопонижающем устройстве; -д——коэффициент пропускания фильтра,
являющийся функцией частоты (фильтрующее действие фильтра возрастает с уве-
личением частоты);
1 2Вь2 X' о *
~~П~\ * —ТГ^>—ГГ coszztwe
/ (cd) 7U (4Т12-1)
— сумма гармонических составляющих, не уничтоженных фильтром.
Прп противофазном воспроизведении суммарное значение. фототока выразится
формулой:
^=Н-гг2 = («1 —^2) —( —^7—- ) +( — )sm о,с —
- (%)^ • ятДту Xcos 2пш< (417)
или при равенстве плеч, т. е. прп выполнении условия Л1 = .12 = Л; Вг = В2=В
И, КрОМе ТОГО, 71!= 712
i = A sin u)t.
Полученный результат относится к случаю использования в шумопонижающем
устройстве двухполуперподного выпрямления электрических колебаппй.
416
В современной аппаратуре применяется также однополупериодное выпрямление,
что даст возможность иметь лучшие условия при соблюдении фазировкп в электри-
ческом шумопонижающем устройстве и в расположении непосредственно записей на
кинопленке. В этом случае напряжение холостого хода на выходе выпрямителя пред-
ставится рядом Фурье того же вида, как и световой ноток прп воспроизведении
противофазной записи по классу Б с той пли другой отдельной полудорожкп плен-
ки (см. формулы (409) и (410).
При равенстве плеч в процессе воспроизведения изменения световых потоков,
обусловленные действием шумопонижающего устройства и отвечающие отдельным
полудорожкам, в каждый данный момент будут оди-
наковы; следовательно, результирующий фототок
будет равен пулю, т. е. получаем такой же резуль-
тат, как и при двухполупериодном выпрямлении.
Уничтожение или практически значительное
уменьшение гармонических составляющих кривых
шумопонижения в процессе противофазного воспро-
изведения дает возможность понизить постоянную
времени, что в свою очередь обусловливает большее
шумопонижение. При более быстро действующих
заслонках уменьшается эффект срезания пиков при
резком увеличении модуляции, в силу чего можно
сократить расстояние между краями изображений
заслонок и пишущей диафрагмы, что и приводит
к увеличению шумопонижения.
Пз рассмотрения формул (415) и (416) каза-
лось бы, что при воспроизведении звука с противо-
фазной фонограммы ио классу А балансировка имеет
значение лишь в отношении действия шум икшпжа-
ющего устройства, да и то в случае пониженного
значения постоянной времени. На самом деле это
не так. Кроме устранения гармонических состав-
ляющих, обусловленных шумопонижающим устрой-
ством, важно значительно уменьшить и те искаже-
ния, которые вносятся оптической звукозаписы-
вающей системой и фотографическим процессом,
имея в виду, что степень пх устранения также за-
висит от балансировки. Но практически требова-
ния к балансировке при воспроизведении звука
с противофазной фонограммы по классу А ио срав-
нению с противофазной фонограммой по классу Б
могут быть значительно снижены. Влияние уско-
ренного действия шумопонижающего устройства
сказывается в образовании гармоник низкой часто-
ты и малой амплитуды. Благодаря самому принци-
пу противофазной записи в процессе противофазного
вычитание четных гармоник, поэтому и при ускоренном действии шумопонижаю-
щего устройства может быть получен хороший результат
Влияние относительного наклона читающего и пишущего штрихов может быть
определено формулами, примененными к синусоидальным сигналам на каждой из
полудо рожок.
На рис. 369 приведена кривая, определяющая искажения, возникающие в ре-
зультате относительного наклона (перекоса) штрихов для противофазной фонограм-
мы по классу А (получена графоаналитическим путем Ремезовым).
Рпс. 369. Относительные зна-
чения второй и третьей гармо-
ник (в %) при различных уг-
лах наклона штриха для про-
тивофазной фонограммы клас-
са А с записанным сигналом
1000 гц при 95% модуляции
воспроизведения имеет место
§ 92. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СИГНАЛА С ПРОТИВОФАЗНОЙ ФОНОГРАММЕ!
ПО КЛАССУ АБ
При воспроизведении сигнала с противофазной фонограммы по классу АБ
(полученной в результате применения записывающей диафрагмы, показанной на
рис/35512°б) читающим штрихом равномерной освещенности и не имеющим относи-
тельного перекоса, фототок обусловленный первой полудорожкой (рис. 370), будет
изменяться по закону (пренебрегаем постоянной составляющей):
sin соГ прп — а < < а;
г’л = (А[ + А’2) sin ши при а < Ы < —а);; : та.
= А{ sin mt при ч (к — а) < < (k-J-cc);
ii = 0 прп (я -f-a) < —а.
27 в. А. Бургов
417
Аналогично будет изменяться фототок, отвечающий второй иолудорожке:
i2 = 0 прп а < а>£ < (77—а);
i2 =— А\' sin (o>Z — 77) при (77—а) < mt < (774-а);
72 =— (А" 4-^2') sin (cvZ — 71) при (^-Т») < < (2т:— а);
г2 —— A" sin (yyt — 77) прп (2тг—а) < wt < (2тт4-а).
После разложения в ряд Фурье и определения коэффициентов ряда пмеом для
первой полудо рожки:
(24i4-j42) cQq а Г7* G41 “Ь А2) Ч- (2а— sin 2а) (А\ — ^42)]sin<i>i
2(А{— Ж), . . х уд
---Т-.--57- (п sin a cos па — sin па COS а) >. Sin nwt 4-
77 (1 — п2) ' 1
3 (нечетные
значения п)
2 4-^2) / , хт
—“<>)* (cos а cos 777 4~ п sin a sm па) 2^ cos n<ai.
2 (четные
значения п)
(418)
Рис. 370. Противофазная запись по классу АБ
Для второй полудорожки:
_ + , t~ M? + ^2') + (2g —sin 2а) —Л/)| sin u>/
12 —— —— ——— COS -j-
+
2 77
2(А\' — А'.')/ . 4 v
—(n sin a cos на — sm na cos a) >, sin nwl —
77 (1-7t2)
3 (нечетные
значения n)
2 (Ai' 4~ А£'). . . . х'
• (cos a cos па 4- п Sin а sill па) >. COS ncoZ.
77 (1-nJ
2 (чет! ые
значенья n)
(419)
Суммарный тэк при противофазном воспроизведении будет равен:
(420)
где ij и i2 определяются формулами (418) и (419).
Из формул (418) и (419) видно, что для устранзт я четных гармоник при
противофазном воспроизведении необходимо, чтобы
4- /1г ~ А{' 4~ А*',
а нечетных гармоник
А[—А'2 4~ А/—А./ —0
418
Одновременно выполнение обоих условий имеет место прп
-Ai—^1^5 -^2 =(421)
что и является необходимым требованием для устранения искажении. В этом
случае формула (420) упрощается и принимает вид:
i — A sin (at.
Прп точной балапспровке для выполнения указанного требования должны
быть соблюдены следующие равенства углов (см. рпс. 355):
Za2 = Za3; Zcxj = Za4.
(422)
При воспроизведении звука с противофазной фонограммы по классу АБ, полу-
ченной посредством диафрагмы, изображенной на рис. 356, д^же при выполнении всех
требований точней балансировки всегда присутствуют нечетные гармоники. Этот вывод
целиком может быть отнесен к интенсивной противофазной записи по классу АБ в слу-
чае, например, использования линейных световых ха-
рактеристик для отдельных полутеней. При поперечной
записи нечетные гармоники могут быть устранены со-
ответствующим изменением вырезов диафрагмы. Выше
па стр. 418 мы видели, что нечетные гармоники могут
образоваться и прп форме вырезов, изображенных на
рис. 355, в том случае когда нарушается равенство
углов (422).
Влияние относительного наклона читающего п пи-
шущего штрихов в случае противофазной фонограммы
по классу АБ и диафрагмы, изображенной на рис. 355,
может быть выражено кривой, приведенной па рпс. 371
(получена графоаналитическим путем Ремезовым).
Приведенные выше соображения относятся к иде-
альному случаю звукопередачи синусоидальной волны
при противофазной записи звука по различным классам.
В действительности всегда имеют место искажения, вы-
зываемые оптической системой и фотографическим про-
цессом.
§ 93. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
МЕТОДОВ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С ПОМОЩЬЮ
ПРОТИВОФАЗНЫХ ФОНОГРАММ РАЗЛИЧНЫХ
КЛАССОВ II ILIIIIlHbl
штриха
Рис. 371. Относительные
значения второй и третьей
гармоник прп различных
углах наклона штриха для
противофазной фонограм-
мы класса АБ с записан-
ным сигналом 1000 гц при
95% модуляцпи
Общим преимуществом противофазных за-
писей является значительное уменьшение нели-
нейных искажений, порождаемых оптической
системой светомодулирующего устройства, плен-
кой и фотографической обработкой записи. При
поперечной записи это уменьшение искажений
в основном относится к шуму заплывания, кото-
рый обусловливается различными оптическими и фотографическими фак-
торами, и к перемодуляцпи. При записи по классу Б шум заплывания
вообще отсутствует ввиду симметричности искажений полуволн записи,
расположенных на отдельных полудорожках пленки.
При противофазной записи по классу А шум заплывания имеет
место для каждой из записей, находящихся на отдельных полудо-
рожках, но его действие практически устраняется при противофазном
воспроизведении.
Эта компенсация происходит прп точной балансировке плеч в про-
цессе противофазного воспроизведения, полагая, что амплитуды и фото-
графические качества отдельных записей одинаковы.
При противофазной интенсивной записи значительно уменьшаются
искажения, порождаемые нелинейной зависимостью коэффициента про-
пускания копии от экспозиции негатива; это дает возможность пспрльзо-
27* 419
Рис. 372. Кривая изме-
нения освещенное!и чи-
тающего штриха (но его
длине)
Мерной освещенности
вать больший участок кривой пропускания копии, что приводит к увели-
чению передаваемого динамического диапазона. Таким образом, прп про-
тивофазной интенсивной записи звука можно оперировать значительнр
большими амплитудами, чем при обычной записи, т. е. работать с неко-
торой перемодуляцией.
При противофазной интенсивной или поперечной записи возможны
более широкие колебания рабочих условий ее фотографической обработки
без ощутимого влияния на фотографическое качество. В частности, при-
меняя интенсивную запись звука в условиях работы на прямолинейных
участках характеристических кривых негативного и позитивного мате-
риалов, возможны сравнительно большие отступле*
ния от условия 7^ 7 = \Р.
Во всех этих случаях нелинейные искажения
уменьшаются, потому что при воспроизведении
звука с противофазной фонограммы устраняются
четные гармоники.
Для наибольшего понижения искажений, вы-
зываемых оптической системой, пленкой и фото-
графической обработкой, проведение балансиров-
ки необходимо для всех классов противофазной
записп звука.
Наряду с указанными искажениями, относя-
щимися к записи и ее фотографической обработке,
при противофазном воспроизведении в значитель-
ной мере устраняются и искажения, порождаемые
несовершенством оптической звуковоспроизводя-
щей системы (например, неравномерной освещен-
ностью штриха в виде несимметричного распреде-
ления ее по длине штриха относительно центра
и т. д.). Анализ показывает, что прп неравно-
чптающего штрпха по одному и тому же зако-
ну нелинейные искажения одинаковы для всех классов, причем по
сравнению с обычной фонограммой они меньше ввиду уничтожения
четных гармоник. Например, прп законе распределения освещенности
читающего штриха Еу ==Е0 +7?х—и синусоидальной фонограммы
коэффициент гармоник (относительное значение третьей гармоники)
определяется выражением:
С — I ^3 1 _ _________________
3"“ |Л1|~ 12a2(3^14-4JE’o) — За? Ег *
• Для противофазной фонограммы характерным может быть также
распределение освеженное!!! вдоль читающего штрпха по двойной пара-
болической кривой, указанной на рис. 372. Полагая, что в этом случае
освещенность изменяется по закону
г, г, t АЕ। о
£ = ^o±-TL^-^1 У'
получим
1X3 За2 (Ло-t^) — За? ’
Сравнительная оценка различных видов противофазной записп может
быть произведена на основе следующих важнейших факторов: 1) шумо-
понижения записи; 2) влияния дебалансировки на передачу записывае-
мых колебаний; 3) влияния относительного наклона изображения дпа-
420
механическая щель
Рис. 373. Неправильная относи-
тельная азимутная, установка
изображения диафрагмы и меха-
нической щели при противофаз-
ной записи по классу А (показа-
на пунктиром)
фрагмы (по отношению к механической щели)*; 4) искажений, обусло-
вливаемых фотографическим процессом.
Запись по классу Б имеет максимальное шумопонижение без специаль-
ного электрического шумопонижающего устройства. Запись по классу А
требует использования подобного устройства, но дает возможность уста-
новить значительно меньшую постоянную времени, что несколько повы-
шает степень шумопонижения. Происходит это потому, что огибающие
записей, обусловленные работой шумопо-
нижающего устройства, в отличие от самих
записей совпадают по фазе, т. е. соответ-
ствующие изменения светового потока вза-
имно компенсируются в процессе воспро-
изведения звука с противофазной фоно-
граммы.
При шумопонижении обычных запи-
сей уменьшение постоянной времени не-
избежно приводит к определенным акусти-
ческим эффектам, прослушиваемым ухом.
Сюда относптся эффект, обусловленный
изменением смещающего тока после пре-
кращения модуляции, и некоторые другие. При шумопонижении проти-
вофазной записи по классу А эти эффекты практически могут быть пол-
ностью устранены. При записи по классу АБ электрическое шумопо-
нижающее устройство не применяется. При записи малых амплитул
Рис. 374. Неправильная относительная азпмутпая установ-
ка изображения диафрагмы и механической щели при про-
тивофазной записи по классу Б (показана пунктиром)
в режиме класса А постоянная слагающая сохраняется, но по сравне-
нию с обычной записью опа имеет значительно меньшее значение.
Это дает возможность иметь в данном режиме определенное шумо-
понижение без электрического шумопонижающего устройства.
Наибольшие преимущества в отношении дебалансировки при пере-
даче записываемых колебаний имеет запись по классу А. Если пе учиты-
вать искажений, вызываемых фотографическим процессом, этот метод
записи не требует точного уравновешивания плеч прп воспроизведении,
так как нарушение последнего не изменяет формы передаваемых колеба-
ний. Для получения неискаженной звукопередачи при записи по классу Б,
наоборот, требуется точная балансировка. Отсюда понятно, что прп исполь-
зовании записи по классу АБ нежелательное влияние дебалансировкп
сказывается только на больших амплитудах, так как при малых амплиту-
дах запись производится в режиме класса А.
В смысле влияния относительного наклона изображения диафрагмы
и механической щели п наклона читающего штриха по отношению к ли-
* Искажения, обусловливаемые смещением изображения диафрагмы поперек
или вдоль механической щели (т. е. в направлении длины или ширины кинопленки),
одинаковы для всех классов противофазной записи. Для определения этих искаже-
ний могут быть использованы кривые, относящиеся к искажениям прп односторон-
ней перемодуляции простой записи.
421
шущему штриху преимущества связаны с записью по классу А. При
записи по классу Л неправильная азимутная установка изображения
диафрагмы пе приводит к искажению формы записываемых колебаний и не
нарушает чистоты класса, т. е. и в этом случае сохраняется класс А
(рпс. 373). Прп записи по классу Б относительный наклон изображения
диафрагмы по отношению к механической щели (рпс. 374) приводит к на-
рушению чистоты класса. Как поясняет рпс. 374, во время паузы вер-
шины изображений обоих вырезов будут пли одновременно пересекать
Рис. 375. Неправильная отно-
сится! ная азимутная установ-
ка изображения диафрагмы
п механической щели при про-
тивофазной записп по классу
А Б (показано пунктиром) '
Открытие
заслонок
Заслонки
открыты
Рис. 376. Размеры противофазной фонограм-
мы класса А двойной ширины (негатив)
Г'
Пауза
Перемодуляция
механическую щель пли нахо-
диться вне ее. В первом случае
фактически получаем запись по
классу АБ ввиду одновремен-
ного перекрытия механической
щели в течение некоторого вре-
мени обоими вырезами диафраг-
мы. Так как форма вырезов
диафрагмы отвечает классу Б, то,
как было замечено выше, в про-
цессе воспроизведения неизбеж-
но появляются нелинейные
искажения. Нелинейные искаже-
ния будут иметь место и во
втором случае.
При записп по классу7 АБ
неправильная азимутная уста-
новка изображения диафрагмы
по отношению к механической
щелп имеет меньшее влияние,
чем при записи по классу Б.
Прп записи малых амплитуд в
режиме класса А неправильная
азимутная установка изображе-
ния диафрагмы пмеет малое зна-
чение (рпс. 375); она приводит
к образованию искажений при
записп в пределах класса АБ,
но прп таких амплитудах, где
это не сказывается столь сильно
(при больших амплитудах запи-
си получаются такие же иска-
жения, как и при записи но
классу Б). Относительный на-
клон читающего штрпха по от-
ношению к пишущему штриху
прп сравнении классов А и АБ,
как показывают расчетные кри-
вые, приведенные на рпс. 369 и
371, приводит к большим нели-
нейным искажениям в случае
класса АБ.
При противофазной интен-
сивной записи по классу А от-
носительный наклон полутеней по отношению к механической щелп, так
же как и относительный наклон читающего штрпха по отношению к пишу-
щему штриху, не приводит к нелинейным искажениям передаваемых
422
колебаний. Оба этих наклона сказываются лишь в образовании допол-
нительных частотных искажений. При противофазной интенсивной за-
писи по классам Б и АБ относительный наклон на высоких частотах
обусловливает наличие четных гармоник, которые по устраняются даже при
идеальной балансировке звуко-
воспроизводящего устройства.
В отношении искажений,
вызываемых фотографической
обработкой, запись по классу Л
более выгодна, чем запись по
классу Б. Рассматривая этот
вопрос исключительно с точки
зрения формы выреза диафраг-
мы и расположения изображе-
ния диафрагмы по отношению
к механической щели, можно
заметить, что при противофаз-
ной поперечной записи по клас-
су Б имеют место большие иска-
жения при передаче колебаний
малой амплитуды. Эти искаже-
ния выявляются в процессе фо-
тографической обработки п обу-
словлены тем, что во время па-
узы модулирующие вершины
изображений вырезов диафраг-
мы касаются противоположных
сторон механической 'щели. Из
этого следует, что при записп
вершины изображения вырезов
будут пересекать механическую
щель. В результате соответству-
ющий участок записи па кино-
пленке будет иметь переменил ю
плотность, что приводят к на-
рушению линейности фотогра-
фической характеристики звукопередачи и к появлению искажений.
Наибольшие искажения получаются при записп колебаний высокой
частоты п малой амплитуды, когда амплитуда колебанпй модулирующих
вершин соизмерима с шириной механической щели. Этот эффект зависит
и от угла, образованного пишущими краями изображения выреза диа-
фрагмы. Узкие прямоугольные прорези, идущие от вершин вырезов про-
тивофазной диафрагмы, изображенные на рпс. 354, сделаны с расчетом
некоторого уменьшения искажений. В период движения модулирующих
вершин изображений вырезов диафрагмы в пределах механической щели
изменяется время экспозиции соответствующих участков пленки. Без
удлиненных прямоугольных вырезов время экспозиции изменяется от О
до некоторой величины, соответствующей ширине механической щели.
Это приводит к тому, что точки начальной экспозиции пленки лежат на
участке недодержек характеристической кривой кинопленки. Чтобы из-
бежать этого явления, и сделаны указанные выше прорези. При записи
по классу Л этот эффект не имеет места, и мы имеем значительно лучшую
передачу колебаний высокой частоты п малых амплитуд. При использо-
вании записп по классу АБ запись колебанпй малых амплитуд происходит
в режиме чистого класса А, п указанные искажения также не возникают.
423
Рис. 378. Динамический диапазон проти-
вофазной фонограммы класса А двойной
ширины
Рпс. 379. Зависимость уровня шу-
ма заплывания от плотности нега-
тива для обы шой (Pi и противофаз-
ной по классу А (2) фонограмм
Рпс. 380а. Частотные характеристики негативов
фонограмм
fl и & %
Л А,
2-гармоника фонограммы
Обойной ширины
2- гармоника фоно-
---граммы двойной
ширины
2- гармоника фоно
граммы нормаль-
ной ширины
--- 3- гармоника
фонограммы
нормальной
ширины
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Угол относительного наклона
штриха в °
Рис. 3806. Относи тельные
значения второй и треть-
ей гармоник поперечной
противофазной фоно-
граммы (в %):
424
Таким образом, поперечная запись по классу АБ пмеет достоинства
записей по классам Б (шумопонижение) и А, уменьшая в то же время их
недостатки. Этот вид противофазной записп выгоден для поперечного
метода, в особенности в тех случаях, когда нельзя использовать электри-
ческое шумопонижающее устройство. В случае возможности применить
электрическое шумопонижающее устройство следует все же предпочесть
противофазную запись по классу А. Прп интенсивной записи также сле-
дует применять противофазную запись по классу А, так как прп записи
в режиме класса АБ трудно полностью устранить нелинейные искажения.
Необходимо заметить, что неправильный сдвиг по фазе противофазных записейг
расположенных па отдельных полудорожках, может привести к образованию искаже-
ний. В частности, при противофазной записи по классу А необходимо, чтобы отдельные
записп были сдвинуты по фазе точно па угол г.. Если они сдвинуты по фазе па другой
угол, то при нормальных условиях воспроизведения звука с противофазной фонограм-
мы неизбежно образование частотных искажений.
Если смещение отдельных записей равно определенной части длпны волны
(т. е. является величиной, соответственно изменяющейся прп изменении частоты), то
прп воспроизведении происходит лишь уменьшение амплитуды, одинаковое па всех
частотах. Если же отдельные записи будут сдвинуты па определенное расстояние, оди-
наковое па всех частотах, то прп воспроизведении появятся частотные искажения.
Таким образом, пз всех классов противофазной заппсп наибольшими
достоинствами обладает класс А. Особенно выгодным является примене-
ние (предложенной Тагером). противофазной фонограммы по классу А
двойной ширины (по сравнению со стандартной шириной звуковой дорож-
ки 2,5 мм)1х. Противофазная фонограмма класса А двойной ширины
позволяет воспроизводить сигнал с половины ширины звуковой дорожки,
пользуясь обычной звуковоспроизводящей аппаратурой. Кроме техно-
логического удобства, противофазная фонограмма по классу А двойной
шпрпны обеспечивает больший динамический диапазон неискаженной
звукопередачи (практически на 4 дб). На рпс. 376 и 377 показаны раз-
меры и расположение противофазной поперечной фонограммы класса Л
двойной ширины, используемой для внутристудпйпых записей.
Динамический диапазон простой и противофазной фонограммы двой-
ной ширины выражен кривыми па рпс. 378. Одно из основных преимуществ,
противофазной записи—значительное уменьшение (практически—устра-
нение) шума заплывания и соответствующее расширение допусков на
фотообработку. Это хорошо видно пз рпс. 379, па котором приведены
кривые зависимости шума заплывания от плотностей негатива при раз-
личных плотностях позитива для случаев воспроизведения сигнала с обыч-
ной фонограммы и противофазного воспроизведения с противофазной
фонограммы но классу А.
Противофазная поперечная фонограмма класса А двойной шпрпны
имеет также и некоторые недостатки по сравнению с подобной фонограм-
мой обычной ширины. К числу их принадлежат: несколько худшая частот-
ная характеристика фонограммы (рис. 380а) (за счет увеличения величины
зубцов записи) и, главное, возрастание нелинейных искажений, вызы-
ваемых относительным наклоном читающего и пишущего штрихов
(рис. 3806) (показано Цирулипой, Мапьковским, Ткачевым).
Противофазная поперечная фонограмма двойной ширины обладает
в этом отношении большей критичностью, чем противофазная фонограмма
обычной ширины. Только при весьма точной установке штрихов можно
полностью выявить указанные преимущества противофазной фонограммы
двойной ширины. В этом отношении более выгодной является фонограмма
переменной плотности двойной ширины, при которой относительный на-
клон читающего и пишущею штрихов не приводит к образованию не-
л и н е i । в ы х и с к а я е в и й.
425
Позитивная запись при двойном
шумопонижении
Заслонка.
Поляризатор
~ Д
-Заслонка.
Ламга
Полупрозрачные
шумопонижаю
щие заслонки
Непрозрачная
маска
Освещение
механической
щели
Поляризатор С
§ 94. ПОЗИТИВНАЯ ПРОТИВОФАЗНАЯ ЗАПИСЬ ЗВУКА
В некоторых случаях желательно получение позитивной записи
с шумопонижением непосредственно в процессе записи без процесса копи-
рования. Этому вопросу уделяется особое внимание ввиду перезаписи фо-
нограмм почти всех кинофильмов п возможности за счет устранения ко-
пирования получить более высокое качество звукопередачи. Кроме того,
иногда желательно непос-
редственное воспроизведе-
ние звука с оригинальной
записи без изготовления
копии.
В этом случае необхо-
димо только, чтобы ориги-
нальная запись прп вос-
произведи шш с нее сигна-
ла отличалась малым шу-
мом и незначительными не-
линейными искажениями.
Путе?л применения шумо-
понижения в процессе за-
писп можно осуществить
первую задачу, по что ка-
сается второй, то при обыч-
ных методах записи и шу-
мопонижения вследствие
влияния шума заплывания
будет наличие больших не-
. пшенных искажений.
Выше уже указывалось,
что пегатпв фонограммы при
плотности темной частп 1 или
меньше обусловливает при вое
произведении с него сигнала
минимальные (малые) нелиней-
ные искажения, но создает
большой шум.
Применяя специальное
двойное шумопонижение (раз-
работанное Робинсоном, Дим-
умепылить этот шум и получить достаточно
в
при ПОЗПГ11В-
5
а
Д
С'с
Непрозрачная
маска
Рпс. 381.
Двойное
шумопонижение
пои записи
миком, Картером и др.121), можно
высококачественную позитивную обычную фонограмму. Как показано на рпс. 381,а.
двойное шумопонижение заключается в том, что площадь темной части (недостаточной
плотности) негатива двусторонней фонограммы, примыкающая с обеих сторон к впа-
динам (прозрачным зубцам) записи, осуществленной с шумопонижением по методу сме-
щения, дополнительно зачерняется световыми заслонками. В результате при малых
уровнях записываемого сигнала достигается наибольшее шумопонижение.
Существует несколько способов осуществления подобного двойного шумопони-
жения. Один из способов заключается в использовании в записывающей оптической
системе двух неподвижных поляроидов и между ними двух подвижных поляроидов-
заслонок, всех с плоскостями поляризации, расположенными в направлении про-
хождения света под некоторым углом друг к другу (только у обеих заслонок совпадают
направления плоскостей поляризации). У всех указанных поляроидов такое относи-
тельное расположение плоскостей поляризации, что интенсивность света, проходящего
через трп поляроида (через два неподвижных поляризатора и одну заслонку), приобре-
тает большее значение, чем интенсивность света, проходящего лишь через два полярои-
да. Сказанное поясняет рис. 381,6.
На данном рисунке Оа является проекцией плоскости поляризации поляризато-
ра А, а О—то же поляризатора С, так что проекция вектора О А па ось Ос определяет
интенсивность света, проходящего через два поляризатора (А и С). При прохождении
света также через одну из заслонок, проекция плоскости поляризации которой Ов,
интенсивность света, выходящего из поляризатора С, определяется уже вектором ОС' >
426
ОС, являющимся проекцией на ось Ос вектора ОС. Путем установления различных
направлений плоскостей поляризации указанных трех" поляроидов можно получить
различное отношение векторов ОС к ОС' от пуля до единицы.
При другом способе (предложенном Картером) заслонки делаются из полупро-
зрачного материала и частично перекрывают друг друга своими краями (рпс. 381,в).
При малом уровне сигнала имеет место небольшое перекрытие. По море увеличения
глубины модуляции заслонки смещаются друг к другу, так что степень перекрытия
возрастает. Таким образом, центральная часть звуковой дорожки экспонируется све-
том, который проходит через двойную плотность полупрозрачного материала заслонок,
в отличие от внешних частей дорожек, которые экспонируются светом, прошедшим
через одинарную плотность материала заслонок. Соотношение экспозиций, необходи-
мых для получения плотностей Оцентр п Dchcuih этих частей дорожки, определяется
на основании равенств
Г7
Г) _______центр
м центр — j ,
р> _____ 1 Нвшмн
^внешн — 7 Tj
зависимостью
р -^внешн ^центр
= ю i •
центр
jlj
Отношение смецт определяет собой необходимый коэффициент пропускания
™ центр
полупрозрачной заслонки. Наиболее выгодно использовать заслопки-поляропды,
частично перекрывающие друг друга, плоскости поляризации которых так ориентиро-
ваны, что достигается нужное соотношение экспозиций.
При использовании подобных заслонок-поляроидов внешняя экспозиция умень-
шается примерно па 40% от первоначальной экспозиции, в то время как прп полупро-
зрачных заслонках она уменьшается до 25% (при описанной выше поляризационной
системе до 30%).
Можно получить позитивные записи с пониженным шумом п малыми
нелинейными искажениями, также производя позитивные противофазные
записи по классам Б, АБ и А.
Применение для перезаписи оригинала записи в виде позитивной
противофазной поперечной фонограммы дает возможность по сравнению
с обычной копией значительно уменьшить искажения и уровень помех,
вносимых фотографическим процессом, и тем самым улучшить качество
звукопередачи.
Так как составляющие выпрямляющего действия заплывания прак-
тически устраняются в процессе противофазного воспроизведения, допуски
на фотографическую обработку значительно расширяются прп позитивной
противофазной записи. Шумопонижение поперечных записей по классам
Б и АБ осуществляется непосредственно вырезом пишущей диафрагмы,
а позитивной противофазной поперечной записи по классу А—заслонка-
ми, приводимыми в движение специальным электромеханическим шумо-
понижающим устройством.
Для получения позитивных противофазных поперечных записей по
классам Б и АБ можно воспользоваться диафрагмами, вырезы которых
изображены на рпс. 382а и 3826. Первая диафрагма, состоящая пз двух
пятиугольных вырезов (рпс. 382а), служит для получения позитивной
противофазной записи по классу Б; вторая диафрагма (рис. 3826) слу-
жит для получения противофазной записи по классу АБ. Изображения
вырезов обеих диафрагм прп отсутствии модуляции располагаются в пло-
скости механической щели так, как показано на рис. 382а п 3826. Такое
расположение изображения выреза первой диафрагмы вызывает во время
паузы экспозицию максимальной ширины звуковой дорожки, что и
обусловливает понижение шума прп воспропзведеипп звука с оригинала
фонограммы. При указанном на рис. 3826 положении изображения протп-
427
Изображение бы рези
диафрагмы
Механическая щель
а
Рпс. 382а. Изображе-
ние диафрагмы в пло-
скости механической
щелп прп вооитивпой
противофазной запи-
сп пи классу Б
Рпс. 3826. Изображе-
ние диафрагмы в пло-
скости механической
щелп при противофаз-
ной записи по клас-
су АБ
Рпс. 383. Схема флектромехапп-
ческого шумопонижающего ус-
тройства для получения позитив-
ных противофазных фонограмм
класса Ас шумопонижением (при-
менительно к зеркальному моду-
лятору света)
Рпс. 384. Принцип получе-
ния позитивных противо-
фазных фопотрамм класса
А с шумопонижением (прп-
хменптельно к зеркальному
модулятору света)
Рпс. 385а. Позитивная противофазная фонограмма класса А
двойной ширины
428
вофазной диафрагмы по классу АБ, когда модуляция отсутствует, кино-
пленка не подвергается экспозиции в пределах двух узких полос, оста-
ваясь в этих местах прозрачной после проявления. Указанные полосы
необходимы для того, чтобы при малых амплитудах запись производи-
лась по чистому классу А; они имеют небольшую ширину, значительно
меньшую половину максимальной ширины записи, поэтому обусловли-
ваемый ими шум сравнительно невелик. Прп колебании во время заппсп
изображений обеих диафрагм поперек механической щели на кинопленке
получаются позитивные записи (например, по классу Б в виде, показан-
ном на рпс. 351).
Позитивная противофазная запись по классу А с шумопонижением посредством
смещаемых заслонок может быть осуществлена по способу, разработанному киностуди-
ей Мосфильм (под руководством Высопкого), применительно к отечественной звукоза-
писывающей аппаратуре с зеркальным модулятором света. Приведенные на рис. 383
и 384 схемы поясняют сущность данного метода.
Электромеханическое шумопонижающее устройство имеет подвижные заслонки
в форме треугольников, лежащих на прямоугольных основаниях. Эти заслонки прпво-
Неменее5,0
дятся в движение смещающим током, поступающим в ус-
тройство. Заслонки располагаются вершинами треуголь-
ников навстречу др>г другу (см. рпс. 383). Начальное
теневое изображение заслонок в плоскости механической
шел и прп отсутствии смещающего тока в электромехани-
ческом шумопонижающем устройстве перекрывает осве-
щенную механическую щель так, как это показано на
рис. 384. После подачи смещающего тока в электромехани-
Рпс. 3855. Основные раз-
меры позитивной проти-
вофазной фонограммы
класса А двойной ши-
нограммы класса А двойной ширины
рпны
ческое шумопонижающее устройство заслонки расходятся в противоположных на-
правлениях, уменьшая теневые участки механической щели до весьма малой вели-
чины й тем самым образуя узкие неосвещенные полосы (паузы) на кинопленке
(рпс. 385а). В процессе записи п в зависимости от величины модуляции наряду с коле-
банием изображения заслонок в плоскости механической щели происходит соответ-
ствующее противоположное смещение заслонок, что и создаст необходимое шумо-
понижение фонограммы.
Основные размеры позитивней противофазной фонограммы класса А двойной
ширины, получаемой по указанному методу, приведены на рис. 3856. Значения шума
заплывания в форме значения коэффициента разностного тона позитивной противофаз-
ной фонограммы по классу А выражают кривые, изображенные на рпс. 386. Как видно
из этого рисунка, до плотности фонограммы 1,7 искажения вследствие шума заплыва-
ния весьма малы (опытным путем установлена оптимальная в отношении искажений,
шума и отдачи плотность позитивной противофазной фонограммы 1,2).
Позитивная противофазная поперечная запись по классу А с шумо-
понижением посредством специального устройства с заслонками прпн-
429
цпппальпо может быть получена также при использовании диафрагмы
и двух механических щелей, показанных на рис. 387122. {Механические
щели располагаются одна под другой и изображаются па пленке.
Диафрагма имеет два трапецеидальных выреза и дополнительный
прямоугольный вырез, расположенный в верхней ее части и перекрывае-
мый с обоих краев заслонками шумопонижающего устройства. Вырезы
должны быть сделаны с таким расчетом, чтобы их изображение распола-
галось при отсутствии модуляции относительно механических щелей так,
как показано на рис. 387. Заслонки должны оставлять открытой только
среднюю часть прямоугольного выреза, которая по длине соответствует
неосвещенной части верхней модуляционной механической щели.
Во время паузы в результате освещения двумя механическими щелями
кинопленка подвергается экспозиции в пределах всей ширины звуковой
дорожки (максимальной ширины записи); следо-
вательно, оригинал записи паузы на кинопленке
полностью свободен от шума. Во время модуляции
изображение двух трапецеидальных вырезов ко-
леблется поперек верхней модуляционной щели,
вызывая изменение длины ее освещенной части
и образование записи на кинопленке. Изображе-
ние прямоугольного выреза также колеблется по-
перек нижней шумопонижающей щели, но имсо!
такие размеры, что нижняя механическая щель
всегда полностью осветлена.
Одновременно с колебаниями изображения ди-
афрагмы происходит перемещение изображений
заслонок, перекрывающих нижнюю механическую
щель: они сближаются с возрастанием амплитуды
записи. Изменение их положения определяется
смещающим током, поступающим в электромеха-
ническое устройство, значение которого изменяется
соответственно изменению амплптуд записываемых колебаний. В резуль-
тате происходит зачернение внутренней части звуковой дорожки, свобод-
ной от модуляции. Это в свою очередь вызывает понижение шума, при-
чем кривые, ограничивающие зачерненное пространство, имеют весьма
малую кривизну. Образец такой позитивной двусторонней противофаз-
ной записи по классу А приведен на рис. 387.
Ширина шумопонижающей щели должна быть больше ширины
модуляционной щели, чтобы получить большую плотность зачерненного
пространства па пленке по сравнению с плотностью записи. Увеличение
ширины шумопонижающей щели не приводит к искажениям, так как послед-
няя служит для записи огибающей сигнала, т. е. иначе говоря, колеба-
ний, имеющих низкую частоту. Использование двух механических щелей
дает возможность разделить и сделать независимыми пишущие штрихи
на кинопленке, служащие для записи и шумопонижения. Так как обе
механические щели расположены одна под другой, изображения их на
кинопленке в форме световых штрихов являются смещенными по длине
пленки.
Расположение изображения шумопонижающей щели под изображе-
нием модуляционной щели на кинопленке приводит к тому, что действие
шумопонижающего устройства в виде записи огибающей па кинопленке
будет опережать запись звуковых колебаний на ту илп иную величину,
зависящую от расстояния между обоими изображениями. Это дает воз-
можность устранить срезание начала речп илп музыкальных звуков, неиз
бежпос прп использовании шумопонижающих устройств в случае одного
430
пишущего штриха. Рис. 387 поясняет сказанное. В момент записи колеба-
ний на кинопленке заслонки успевают полностью сойтись на определен-
ную величину, соответствующую амплитуде записываемых колебаний.
Необходимое значение расстояния между изображениями механических
щелей на пленке (4—5 лм) получается соответствующим размещением
щелей или же использованием специальных оптических средств (призм,
отдельных объективов), сближающих изображения до требуемой величины.
Указанные выше способы получения позитивных противофазных записей на прак-
тике могут быть улучшены. Например, существенным пх недостатком является то,
что участки пленки, прилегающие к краям звуковой дс рожки. пе подвергаются какой-
либо экспозиции и остаются прозрачными. Так как длина читающего
штриха превышает полную длину пишущего штриха па киноплен-
ке (как известно, первая по общесоюзному стандарту равна 2,15 мм,
а вторая 1,8мм), то эти участки должны быть зачернены. Учитывая
возможное смещение, ширина звуковой дорожки должна быть боль-
ше 2,15 мм. Принято считать, что дорожка шириной 2,54 мм обес-
печивает достаточный допуск.Так как зачернение боковых участков
пленки, расположенных на краях звуковой дорожки, не связано
с модуляционной щелью, то для зачернения необходимо применять
специальные меры, например удлинить механическую щель и рас-
ширить с боков вырезы пишущих диафрагм для освещения всей ме-
ханической щелп; однако длину н положенно пишущих краев диаф-
рагм нужно сохранить. В этом случае максимальная ширина записи
сохраняется неизменной (при одном и том же азимутном расположи
пип диафрагмы), но одновременно образуются боковые зачерненные
полосы.
Сказанное поясняет рис. 388, относящийся к позитивной про-
тивофазной записи по классу А. Недостатком этого способа являет-
ся то, что расположение записей на звуковой дорожке зависит от
расположения изображения диафрагмы по отношению к механиче-
ской щели, а максимальная ширина полосы записи—от азимутного
расположения диафрагмы. Для указанной цели лучше использо-
вать дополнительную механическую щель, служащую для шумопо-
нижения п имеющую большую длину, чем модуляционная механи-
ческая щель. Плотность боковых зачерненных участков желательно
иметь больше плотности непосредственной звукозаписи. Кролю
того, при сравнительно небольших плотностях и малых амплиту-
дах записп целесообразно (для дальнейшего уменьшения шума)
дополнительное зачернение темной части звуковой дорожки. При
изменении амплитуды записываемых колебаний площадь дополни-
тельно экспонированной частп пленки ограничивается огибающи-
ми, подобными тем, которые имеют место на участках, не занятых
перечисленные дополнения имели применение прп указанных способах получения
позитивных противофазных фонограмм по классам А и Б123.
позитивной про-
тивофазной за-
писи по классу
А с зачерненны-
ми по бокам по-
лоскамп(ввсрху
модуляционная
щель,внизу шу-
мопонижаю-
щая щель)
записью. Все-
Позитивная поперечная фонограмма с шумопонижением пмеет мини-
мальную площадь прозрачных участков, поэтому наличие на пленке пыли
или грязи не дает прп воспроизведении записанного звука заметного шу-
ма, в то время как загрязнение обычного негатива записи приводит к обра-
зованию пятен в копии фонограммы и к шуму при воспроизведения
с нее звука.
Позитивная интенсивная или продольная запись может быть осу-
ществлена путем коррекции нелинейной части кривой пропускания нега-
тива tjv=]W) в тех или иных пределах изменения экспозиций с одновре-
менным применением шумопонижения путем смещения рабочей точки на
данной кривой, причем шумопонижение не должно нарушать коррекцию
нелинейных искажений. В данном случае (рис. 389) при отсутствии моду-
ляции пмеет место максимальная средняя экспозиция; при увеличении
глубины модуляции она уменьшается соотгетственпо изменению ампли-
туды сшнала.
Для кор] екции может быть использована, например, световая нели-
нейная характеристика светомодулир^ющего устройства или нелипой-
431
пая характеристика усилителя. В случае модуляции освещенности пи-
шущего штрпха путем изменения освещенной площади (длины) механиче-
ской щели желаемая нелинейная световая характеристика может быть
получена путем установления соответствующего выреза диафрагмы.
При применении кинопленки с большим коэффициентом контраст-
ности практически линейная передача в некоторых пределах может быть
получена при работе па нижнем криволинейном участке характеристиче-
Рпс. 389. Положение рабочей течки на кри-
вой пропускания негатива при позитивной
интенсивной записи
Рпс. 390. Схемы, поясняющие принцип действия свстомолулирующего
устройства с оптическим шумопонижением для позитивной записи:
а—способ модуляции освещенности пишущего штриха путем изменения
действующей длины механической щели; б—способ модуляции освещен-
ности пишущего штрпха путем изменения апертуры изображающей ци-
линдрической линзы. Обозначения те же, что и на рис. 347
ской кривой негатива. Пспользуя при печати с такого негатива также
нижний криволинейный участок характеристической кривой пленки, мож-
но получить и в копии линейную передачу сигнала (в последнем случае
шумопонижение прп записи должно осуществляться обычным способом).
При осуществлении позитивней интенсивней записи с помощью электромеханиче-
ских модуляторов света шумопониженье может быть осуществлено также чисто оптиче-
ским путем без применения каких-либо специальных электрических устройств
(по способу, описанному в § 87). В этом случае, как это показано на рпс. 390, в отличие
от шумопонижения обычш й записи имеет место начальное закрытие светлым пятном
дополнительней механической щели или входного отверстия цилиндрической линзы.
Следовательно, при появлении и увеличении модуляции будет происходить соответ-
ствующее уменьшение средней экспозиции, создаваемое дополнительной щелью,-и* ра-
432
бочая точка на кривой пропускания негатива будет смещаться по закону огибающей
влево вверх (см. рис. 389). При применении в качестве модулятора света светового кла-
пана (или ленточного осциллографа) позитивная запись может быть осуществлена,
используя зеркальное отражение света от самих ленточек (фольга, из которой вырезают-
ся ленточки, специально полируется до зеркального блеска124).
Общим технологическим недостатком позитивной записи звука
является невозможность получения с нее большого количества копии без
ухудшения качества оригинала. В этом смысле выгодным является техно-
логический процесс с сочетанием магнитной записи с последующей пози-
тивной фотографической записью, когда любое количество оригиналь-
ных позитивных фотографических записей может быть получено путем
перезаписи с оригинальной магнитной фонограммы.
§ 95. МЕТОД ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПНТЕНСПВНО-ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОТИВОФАЗНОЙ ФОНОГРАММЫ
Противофазная интенсивно-поперечная фонограмма имеет вид, показаппый па
рис. 391. Как видно лз рисунка, кривые изменения ширины и коэффициента пропуска-
ния на каждой из полудорожек кинопленки взаимно сдвинуты между собой по фазе на
180° (темные частп практически непрозрачны). Прп обычном
противофазном воспропзведеиип сигнала с помощью такой
фонограммы (т. е. когда фазы фототоков, соответствующих
отдельным полудорожкам, в каждый данный момент времени
взаимно противоположны) выходной эффект будет изменяться
по закону передаваемого сигнала, который представлен из-
менением либо ширины, либо коэффициента пропускания
комбинированной фонограммы на каждой пз полудорожек
кинопленки. Действительно, если для противофазной (по клас-
су А) интепсивно-попоречпой фонограммы, изображенной на
рпс. 391, имеем
Tj = т04- тх sin oi; тц = Tg + 'ti sin (u>t + л) = т0—тх sin oi,
я I = а0 + а± sin or; = aQ-\-a1 sin (<or -ртс) = а0— ат sin <ог
(Х1 п тп—изменение коэффициента пропускания; и —
изменение ширины фонограммы), то световой поток, падаю-
Рис. 391. Протпво-
щий па фотоэлемент прп противофазном воспроизведении сиг-
нала с подобной фонограммы, определяется выражением:
F = ЕЬ (т0 + тх sin cuz) (а0 -|- sin о>£) — ЕЪ (т0 — тх sin u>t) х
X (а0 — sin = 21?&а0т0 ( — + — ) sin (423)
Ч то ао 7
фазная интенсивно-
поперечная фоно-
грамма
(Е—освещенность; &—ширина читающего штрпха), т. е. полностью устраняются нели-
нейные искажения (четные гармоники), а также постоянная слагающая.
В целях устранения нелинейных искажений за счет фотографического процесса
обработки, в частности получения изменения коэффициента пропускания фонограммы
по закону передаваемого сигнала, воспроизведение сигнала необходимо производить
с копии противофазной интенсивно-поперечной фонограммы по классу А (см. рпс. 391).
Для неискаженной звукопередачи выгодно применить компенсационный фотогра-
фический процесс, прп котором для интенсивной записп и ее копирования используются
нижние криволинейные участки характеристических кривых негатива п позитива, отли-
чающиеся большими коэффициентами контрастности, так что в результате взаимной
компенсации коэффициент пропускания копии фонограммы является линейной функ-
цией экспозиции негатива. Благодаря большим коэффициентам контрастности харак-
теристических кривых в этом случае кривые изменения ширины прозрачной части ком-
бинированной фонограммы в негативе и копии даже прп высокочастотной передаче
являются весьма резкими, причем имеют место искаженная кривая (по отношению
к кривой передаваемого сигнала) в негативе (за счет конечной ширины пишущего штри-
ха и рассеяния света в фотографическом слое) и неискаженная кривая в копии (за счет
компенсации вследствие рассеяния света в фотографическом слое при копировании).
Данный противофазный интенсивно-поперечный метод звукопередачи (предло-
женный Бурговым) отличается от применяемых ныне отдельно поперечного или отдель-
но интенсивного методов несколько большим передаваемым диапазоном громкости, так
28 в. А. Бургов
43 3
как при нем увеличивается при постоянной ширине фонограммы п заппсп без шумопо-
нижения отношение максимального уровня сигнала к уровню помех в виде фонового
шума кинопленки.
Споссб противсфазной (по классу А) пнтепсивно-поперечпсй записи п воспроиз-
ведения звука может быть применен в виде различных фонограмм, отличающихся
количеством и расположением отдельных протнвефазных интенсивно-поперечных запи-
сей (в пределах каждой полудорожкп) п общей шириной звуковой дорожки.
§ 96. МНОГОЗУБЧИКОВАЯ ФОНОГРАММА, ЕЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Механическая щель-.
Многозубчиковая фонограмма представляет собой ряд отдельных по-
перечных записей, число которых больше двух. Такой вид поперечной фоно-
граммы получается посредством оптической системы с зеркальным моду-
лятором света в результате использования диафрагмы с вырезом в форме
нескольких расположенных рядом треугольников.
Изображение этой диафрагмы в плоскости механи-
ческой щелп при отсутствии модуляции распола-
гается так, как показано на рпс. 392. Прп записи
изображение диафрагмы колеблется перпендику-
лярно длине щели, в силу чего на кинопленке обра-
зуется многозубчиковая фонограмма. В зависимости
от количества световых зубчиков, находящихся в
пределах длины механической щелп, на пленке по-
лучается то или иное количество отдельных запи-
сей. Таким образом, по сравнению с односторон-
ней поперечной фонограммой многозубчиковая фо-
нограмма состоит пз п отдельных одинаковых запи-
сей, каждая из которых имеет в п раз меньшую
амплитуду, чем односторонняя запись.
Так как прп воспроизведении читающий штрих
освещает всю ширину звуковой дорожки, то пере-
менный световой поток, падаюшпй на фотоэлемент
прп использовании многозубчиковой фонограммы
(при всех прочих равных условиях), будет такой же,
как и в случае односторонней фонограммы. Шумо-
понижение многозубчиковой фонограммы осущест-
вляется смещением изображения диафрагмы при изменении модуляции пу-
тем подачи смещающего тока в зеркальный модулятор света. Данный способ
шумопонижения многозубчиковой фонограммы требует весьма точного
оптического контроля начального расположения и смещения изображе-
ния диафрагмы. При отсутствии модуляции изображение диафрагмы в пло-
скости механической щелп располагается так, как показано на рпс. 392,
причем в копии будет ряд узких прозрачных полос (по числу треугольных
вырезов), не дающих ощутимого шума. Прп модуляции изображение диа-
фрагмы смещается в ту или иную сторону, занимая всегда среднее поло-
жение, как раз достаточное для записи колебаний той плп иной амплитуды.
Образец многозубчиковой фонограммы с шумопонижением дан на рпс. 393.
Многозубчиковая фонограмма имеет ряд преимуществ перед обычной
двусторонней плп односторонней фонограммой. Однако практически ис-
пользовать эти преимущества .возможно лишь при количестве отдельных
записей, не превышающем известного предела, в противном случае полу-
чаются большие нелинейные искажения на низких частотах125.
Применение диафрагмы с вырезом в форме нескольких треугольни-
ков, угол которых (прп вершине) равен соответствующему углу треуголь-
ного выреза прп двусторонней записи звука, приводит к повышению чув-
Рпс. 392. Многозубли-
ковая запись с шумо-
понижением (негатив)
434
ствительности светомодулирующего устройства. При сохранении по-
стоянной чувствительности использование многозубчиковой диафрагмы
дает возможность приблизить механическую щель к зеркальцу, повышая
освещенность пишущего штриха на кинопленке.
При многозубчиковой записи колебаний высокой частоты фотогра-
фический процесс оказывает меньшее влияние на качество Записи, по-
скольку отдельные записи имеют малую амплитуду. По сравнению с обыч-
но применяемыми односторонней и двусторонней записями отдельные
записи на многозубчиковой фонограмме имеют более тупые зубцы, вслед-
ствие чего уменьшается спад плотности к краям изображения, а рас-
стояние между зубпамп увеличивается. В результате отдельные записи
многозубчиковой фонограммы при достаточно больших плотностях имеют
меньшее расширение зубцов и заполнение впадин на высоких частотах,
т. е. меньший шум заплывания и несколько лучшую частотную харак-
теристику фонограммы.
Рис. 393. Многозубчико-
вая фонограмма с шумо-
понижением (когтя)
Рпс. 394. Относительный
перекос читающего штриха
при воспроизведения сиг-
нала с многозубчиковой
фонограммы
Рпс. 395. Относительное
смещение читающего
штрпха при воспроизве-
дении сигнала с много-
зубчиковой фонограммы
Преимуществом многозубчиковой фонограммы является также умень-
шение нелинейных искажений, которые возникают в процессе воспроиз-
ведения сигнала при относительном перекосе (рпс. 394) или неравномерной
освещенности читающего штриха, пли при относительном смещении фоно-
граммы и читающего штриха в направлении длины последнего (рис. 395).
Эти преимущества многозубчиковой фонограммы имеют тем боль*
шее значение и сказываются тем сильнее, чем большее количество от-
дельных записей получается па пленке, т. е. чем большее количество
треугольников имеет вырез пишущей диафрагмы. Обозначая количество
отдельных записей через п, можно сказать, что при большом значении п
влияние относительного наклона читающего штриха будет приближать-
ся к тому, какое имеет место при фонограмме переменной плотности, когда
возникают лишь линейные искажения. Что же касается влияния неравно-
мерной освещенности штрпха и поперечного смещения фонограммы при
воспроизведении сигнала с нее или продольного смещения, то искажения
практически вообще не возникают.
Таким образом, выгодно иметь по возможности большее значение м,
но практически оно ограничивается нелинейными искажениями записи,
возникающими на низких частотах из-за рассеяния света и специальных
эффектов проявления.
Основными недостатками многозубчиковой фонограммы являются:
трудность осуществления эффективного шумопонижения (особенно прп
большом количестве дорожек) и сравнительно невысокая модуляция
(коэффициент модуляции светового потока) при воспроизведении сигнала..
28* 435
Наибольшие преимущества имеет многозубчиковая противофазная
фонограмма по классу А, которая соединяет в себе достоинства много-
Зубчиковой фонограммы и противофазного метода. Подобная фонограмма
показана на рис. 396.
На рис. 397 изображена многократная противофазная интенсивно-поперечная
фонограмма (предложенная Бурговым).
Как видно из рисунка, в пределах каждой отдельной полудорожки изменения
ширины и коэффициента пропускания отдельных записей имеют одинаковую фазу,
которая сдвинута на 180° по отношению к изменениям ширины и коэффициента пропу-
скания аналогичных записей па другой полудорожке.
Путем установления того илп иного количества отдельных интенсивно-поперечных
записей в пределах каждой полудорожкп получаем ту или иную разновидность противо-
фазной интенсивно-поперечной
фонограммы. Выше было ука-
зано, что многозубчиковая фо-
нограмма имеет целый ряд
преимуществ по сравнению
с ординарной пли двойной по-
Рис. 397. Схемы получения противофазных иптен-
сивпо-поперсчных фонограмм: М—механическая
щель; D—изображение диафрагмы; К—оптический
клин (изображение)
Рпс. 396. Многозубчпковая
противофазная фонограмма
по классу А
перечной фонограммой (в отношении влияния фотографического процесса на качество
фонограммы, влияния относптельного наклона читающего и пишущего штрихов п т.д.),
но практически использование такого рода фонограммы до настоящего времени тормо-
зилось отсутствием наиболее удобного в эксплуатационном отношении метода шумопони-
жения. Использование противофазной многократной пнтенсивно-поперечной фонограм-
мы по причине понижения шума может иметь место и без применения специальных
методов шумопонижения. Для воспроизведения сигнала с помощью противофазной
пнтенсивно-поперечной фонограммы того пли иного вида может быть использовано
обычное устройство для воспроизведения сигнала с противофазной фонограммы.
Противофазные интенсивно-поперечные фонограммы указанных видов без
специального шумопонижения могут быть получены с помощью записывающей свето-
модулирующей спстемы с зеркальным гальванометром. Для этого достаточно лишь
изменить вырез диафрагмы D, стоящей у конденсора (см. рис. 137), и соответственно
данному вырезу установить в этой же плоскости два оптических клипа К с перемен-
ной пропускаемостыо, одинаково возрастающей или убывающей в противоположных
направлениях. В этом случае, как это видно из рис. 397, механическая щель М осве-
щается двумя световыми пятнами переменной освещенности, форма, относительное
расположение и направление изменения освещенности которых определены вырезом
диафрагмы D п соответствующей установкой оптических клиньев К. При колебаниях
модуляционного зеркальца данные световые пятна колеблются поперек механической
щели М, которая изображается объективом па кинопленке, обусловливая тем самым
получение противофазной интенсивно-поперечной фонограммы того пли иного вида.
На рпс. 397 показаны: диафрагмы с различными вырезами и оптическими клинья-
ми, положение пх изображений в плоскости механической щелп при отсутствии моду-
436
ляции п соответствующие копии противофазных пптепспвно-понеречных фонограмм
при записп паузы и сигнала. Кроме применения оптических клиньев, необходимый
результат может быть также получен путем использования в оптической записываю-
щей системе специальной виньетирующей заслонки, образующей необходимое измене-
ние освещенностей световых пятен в плоскости механической щели.
§ 97. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ОТДЕЛЬНЫХ ПИШУЩИХ ШТРИХОВ
II ВЕЛИЧИНЫ МОДУЛЯЦИИ ПХ ДЛИНЫ НА ХАРАКТЕР
СООТВЕТСТВУЮЩИХ ЭКСПОЗИЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА КИНОПЛЕНКЕ
Оптимальное соотношение между амплитудой скорости записывае-
мого синусоидального колебания агш, скоростью движения кинопленки v
и углом среза пишущего штриха при отсутствии рассеяния света в фото-
слое а
---tga
v — °
может быть выполнено в случае многозубчиковой фонограммы, В этом слу-
чае экспозиционные изображения, соответствующие отдельным записям,
произведенным отдельными пишущими штрихами, имеют характер, опре-
деляемый рис. 255. Для выполнения условия tga в случае малого
рассеяния света в фотослое кинопленки (выгодного с точки зрения умень-
шения влияния фотографического процесса на передачу высокочастот-
ных колебаний) необходимо или увеличивать количество отдельных за-
писей или увеличивать угол а. Увеличение угла а не является выгодным
с точки зрения шумопонижения, поскольку при этом возрастает ширина
пауз; следовательно, необходимо стремиться к тому, чтобы выполнение
указанного условия имело место прп максимально допустимом (с точки
зрения нелинейных искажений) количестве отдельных записей. В этом
случае с увеличением количества отдельных записей связано повышение
чувствительности светомодулпрующего устройства. Прп сохранении по-
стоянной чувствительности светомодулпрующего устройства (постоянная
высота выреза диафрагмы) увеличение числа записей приводит к соответ-
атч>
ствующему уменьшению угла а, и, следовательно, условие —— <tga не
может быть достигнуто. В пределах ширины звуковой дорожки 1,8 mi
и при использовании углов выреза диафрагмы 126° передача частотного диа-
пазона до 6000 гц требует 18 отдельных записей. Такое количество записей
связано с образованием вследствие рассеяния больших нелинейных иска-
жений на низких частотах. Следовательно, указанное выше условие
практически не может быть выполнено при наличии рассеяния света
в фотослое.
В многозубчиковой фонограмме, разработанной НИКФИ и примененной в ки-
ностудии Мосфильм, использовалось десять дорожек, причем вырез диафрагмы имел
такую же высоту, как и в случае обычной двусторонней фонограммы. Следователь-
но/в этом случае была сохранена постоянной чувствительность светомодулпрую-
щего устройства с зеркальным гальванометром и увеличение числа дорожек дости-
галось за счет уменьшения угла а, т. е. при этом не выполнялось условие
алию .
---< tg а.
v °
§ 98. ПОПЕРЕЧНОЕ ЗАПЛЫВАНИЕ
ПРП ПРИМЕНЕНИИ МНОГОЗУБЧИКОВОЙ ФОНОГРАММЫ
Как показывают микрофотометрическпе исследования, с увеличением
количества отдельных записей многозубчиковой фонограммы возрастает
влияние рассеяния света в поперечном направлении к длине фонограммы
(кинопленки). Это влияние в направлении их высоты в наибольшей мере
437
проявляет себя при низкой частоте записываемого сигнала. С увеличе-
нием количества дорожек возрастает влияние соседних дорожек в форме
заплывания, которое искажает форму зубцов. Наряду с этим с увеличе-
нием количества дорожек происходит сужение дорожек в области впа-
дин, приводящее к разрывам дорожек и также к нелиненньш искажениям.
Данный эффект поперечного заплывания (отличающийся от рассмотренного
выше эффекта продольного заплывания, играющего роль лишь на высоких
частотах записываемых колебаний) ограничивает возможное количество
отдельных дорожек в многозубчиковой фонограмме.
На рпс. 398 схематически показано искажение синусоидального колебания,
вносимое поперечным заплыванием. В результате поперечного заплывания, выра-
Рис. 398. Схематиче-
ское изображение ис-
кажений, вносимых
поперечным заплы-
Рис. 399. Схема к математи-
ческому выведу величины I
Рпс. 400. Схема к магмати-
ческому выводу величины о
ванием
женного величиной Б, происходит слияние зубцов синусоид, записанных на двух
соседних дорожках. Как видно из рисунка, степень этого слияния за счет попе-
речного заплывания может быть оценена величиной I. Исходя пз математических
выражений кривых 1 и 2 (рпс. 399)
У г — а -г ° 4- «1 cos
и величины поперечного заплывания
о = ?/2 W-Ух (0) = 2/2 (0) — г/! (Z),
I определится формулой (по Парфентьеву126):
, X / л о \
I = arc cos ( 1------) .
д
Так как в случае многозубчиковой фонограммы аг =——
(424)
где п— число запи-
сей ~— число дорожек прп двусторонних отдельных записях J , a — макси-
мальная амплитуда прп односторонней записи, то:
I = arc cos ( 1 —~ . (425)
Наряду с поперечным заплыванием имеет место также продольное заплывание,
которое, кроме нелинейных искажений, приводит к уменьшению амплитуды записи
(рис. 100) на величину:
Д = аг cos [ 4^-(ж—.0)1 4-я—а3 cos—т— + a = 2a1sin2 (426)
• (_ A J A A
X X
x - У x- У
(0<o C X/2).
Величина b в формуле (426) является той величиной, которая названа нами ши-
риной эквивалентного пишущего штрпха (Ьд).
438
§ 99. ОПТИМАЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО ДОРОЖЕК
Оптимальное количество дорожек в многозубчнковой фонограмме (по Парфентье-
ву126) может быть определено из условия равенств величин I и Д илп средних ве-
личин Zcp и Дср.
При записп частотного диапазона /2—/1 средние значения 1ср и Дср опреде-
ляются формулами:
/2
1 1 С V nb X
\ 2к7arc cos I1 “ л?)
fl
= arc cos Г 1 —, (427)
2^к/2—/i) k Д2’
/2
где v—скорость движения кинопленки и f—частота.
Входящая в данные формулы величина о зависит от кинопленки. Она может
быть определена, исходя из частотной характеристики поперечной фонограммы
<0&
ааб = 201ё c°s2
формулой:
о = Ъэ = -^-arc cos (1О*/40). (419)
Зная Alt /2, Д v, а и о и приравнивая 1ср и Дср, можно определить оптималь-
ное количество дорожек п.
При ширине многозубчнковой фонограммы 1,8 мм оптимальное количество до-
рожек в зависимости от характеристик кинопленки находится в пределах от 8 до 12.
П р и м е р.
Согласно стандартам максимальная ширина поперечной записи на кинопленке
равна 2аА = 1,8 мм, а скорость движения кинопленки v = 453 мм/сек. Положим,
кроме того, крайние частоты записываемого частотного диапазона = 50 гц
и /2 = 8000 гц, следовательно, /2 —Д = 7500 гц. При /2 = 8000 гц спад частотной
характеристики поперечной фонограммы равен примерно 7 дб, отсюда согласно
формуле (429) получаем 5 = 0,0155 мм. Подставляя все указанные величины в формулы
(427) и (428), получим:
1ср = 0,046 arc cos (1 —0,0172 п), (430)
А 0’505 //014
^ср п ’ (431)
пли при выполнении условия 1ср = £ср
0,046 arc cos (1—0,0172 п) = ;
из данного уравнения находим, что попт 8.
На рпс. 401 показаны кривые зависимости 1ср и Дср от и, которые определены
выражениями (430) и (431). Точка пересечения этих кривых, очевидно, как раз в
определяет оптимальное количество дорожек п *.
Экспериментально оптимальное количество дорожек может быть определено
путем совместного применения динамических методов испытания: метода разностного
тона и метода взаимной модуляции. Как показывают кривые зависимости коэффи-
циента разностного тона и коэффициента взаимной модуляции от плотности негати-
ва, для определенной плотности позитива и различном числе дорежек при увеличе-
нии числа дорожек коэффициент разностного тона уменьшается, а коэффициент
взаимной модуляцпп возрастает (рис. 402 и 403).
* Оптимальное количество дорожек зависит от частоты <о пли длины волны
записи X, илп от характера записываемого сигнала. Вероятно, для речи и музыки
имеет место различное оптимальное количество дорожек.
439
На основании данных кривых можно определить оптимальное количество доро-
жек, принимая те пли иные величины допусков для значения коэффициентов разност-
ного тона и взаимной модуляции. Так, например, исходя из кривых, приведенных
на рис. 402 и 403, при крайнем допустимом значении коэффициента разностного тона
—30 дб и соответствующего коэффициента взаимной модуляции 10% допуска в единицах
плотности как функции количества дорожек представятся кривыми, приведенными па
рис. 404. Точка пересечения этих кривых и определяет оптимальное количество дорожек,
равное в данном случае 9—10. Из рис. 402 видно, что допуска на отклонения плотности
Рпс. 402. Зависимость коэффициента разностного
тона в позитиве от плотности негатива (парамегром
кривых является число дорожек используемой фо-
нограммы)
10001ср
Ри<\ 401. Крпвые завпспмости
kp и Лсд от числа дорожек п
U/t Ц0 ЦУ 1,U 1,6 7,4 7,0 1,6 6 U 6,6 6,Ь 6,0
Плотность негатива
Рис. 403. Зависимость взаимной мо-
дуляции в позитиве от плотности не-
гатива (параметром кривых являет-
ся число дорожек используемой фо-
нограммы)
2 4 6 8 10 12 /4 16 18 20 22 2k 26
Число дорожек
Рпс. 4П4. Зависпмость величины по-
пуска в позитиве от числа дорожек:
кривая 1 прп коэффициенте разно-
стного тона—30 дб; кривая 2 при
взаимно модуляционных искаже-
ниях 10%
от компенсационной в случае многозубчиковой фонограммы значительно шпре (в не-
сколько раз), чем в случае обычной поперечной фонограммы.
Топько с точки зрения взаимной модуляции обычная поперечная фонограмма
имеет преимущества перед многозубчиковой фонограммой. Учитывая, что взаимная
модуляция имеет наибольшее значение при записп музыки, а искажения в форме обра-
зования разностного тона — прп записи речи, многозубчпковую фонограмму наиболее
целесообразно использовать для записи речи.
440
§ 100. ШУМОПОНИЖЕНИЕ МНОГОЗУБЧИКОВОЙ ФОНОГРАММЫ
Шумопонижение многозубчиковой фонограммы принципиально мо-
жет быть осуществлено следующими способами:
1. Применением в процессе записи специального шумопонижающего
устройства с многозубчиковой подвижной заслонкой (рис. 405).
2. Смещением изображения многозубчиковой пишущей маски в пло-
скости механической щели (рис. 406).
Рис. 405. Шумопонижение
мисгозубчпковой фонограм-
мы с помощью многозубчи-
ковой заслонки
Рис. 406. Шумопонижение
мпогозубчиковоп фонограммы
путем смещения изображе-
ния многозубчиковой пишу-
щей маски
Рис. 407. Шумопонижение мно-
гозубчпковой фонограммы пу-
тем бокового зачернения
Рпс. 408 Уровни ni) мн мно» изубчиковой фоно-
граммы без шумопонижения в с шумопониже-
нием (по методу смещения)
3. Использованием метода записи, при котором амплитуды записей
на отдельных дорожках с помощью специального электрического устрой-
ства поддерживаются постоянными (максимальными), а уровень сигнала
изменяется путем переменного зачернения краев фонограммы (рис. 407).
Но все эти способы применительно к многозубчиковой фонограмма
не являются удовлетворительными. С первыми двумя способами связаны
большие эксплуатационные затруднения, а последний приводит к значи-
тельному усложнению аппаратуры и в то же время не является эффек-
тивным.
441
Способ шумопонижения с помощью смещения многозубчиковой пишу-
щей маски был разработан (киностудией Мосфильм) в виде специального
электромеханического устройства с подвижной, приводимой в движение
смещающим током многозубчиковой пишущей диафрагмой. Согласно иссле-
дованиям (произведенным киностудией Мосфильм) уровень шума много-
Рис. 409. Уровень шума в зависимости от числа
прогонов фонограммы
мопонпжением прп ширине пауз 0,06 и 0,03 мм определяется кривыми,
приведенными на рис. 408. Как видно из этого рисунка, при шумопониже-
нии по методу смещения уровень шума снижается на 5—6 дб.
Что же касается динамического диапазона многозубчиковой фоно-
граммы без шумопонижения, то он равен примерно 34 дб, т. е. на несколь-
ко децибел меньше динамического диапазона обычной поперечной фоно-
граммы без шумопонижения.
Уровень шума обычной и многозубчиковой фонограмм без шумо-
понижения примерно одинаков, следовательно, некоторое уменьшение
динамического диапазона многозубчиковой фонограммы обусловлено отно-
сительным уменьшением коэффициента модуляции светового потока при
воспроизведении, т. е. отдачи фонограммы.
С увеличением количества прогонов фонограмм шум многозубчико-
вой фонограммы возрастает сильнее, чем шум обычной фонограммы
(рис. 409).
§ 101. ПОЗИТИВНАЯ МНОГОЗУБЧИКОВАЯ ЗАПИСЬ
Уровень шума заплывания и величина взаимной модуляции в негативе многозуб-
чиковой фонограммы в зависимости от количества дорожек представляется кривыми,
приведенными на рис. 410 и 411 (по Парфентьеву126). Из этих рисунков видно, что умень-
шение уровня шума заплывания с увеличением числа дорожек неизбежно вызывает
увеличение искажений в форме взаимной модуляции, происходящих вследствие попереч-
ного заплывания, т. е. уменьшение в многозубчиковой фонограмме продольного заплы-
вания всегда связано с возрастанием поперечного заплывания. Компромисс между
данными явлениями в негативе не является достаточно удовлетворительным, следова-
тельно, не может быть получена высококачественная позитивная многозубчиковая
фонограмма. Несколько лучший результат можно получить, применяя позитивную
противофазную многозубчпковую фонограмму, но и он не может считаться достаточно
высококачественным. Что же касается шума негатива многозубчиковой фонограммы,
то, как показывают крпвые, приведенные на рпс. 412, при плотности негатива порядка
1,4—1,5 шум негатива и позитива многозубчиковой фонограммы практически одина-
ков.
442
При больших плотностях шум негатива снижается, а шум позитива повышается.
При плотностях негатива порядка 2,2 шум негатива многозубчнковой фонограммы
весьма мал. Таким образом, если сточки зрения шума и уровня шума заплывания нега
тив многозубчнковой фонограммы прп достаточно большом количестве дорожек и плот-
ности порядка 2,2 является удовлетворительным, то с точки зрения искажений
0,60,81 1,2 11* 1,6 1,8 2 22
Плотность неггтиГ.
Рис. 410. Зависимость уров-
ня шума заплывания в не-
гативе от плотности нега-
тива (параметром кривых
является пиело дорожек ис-
следуемой фонограммы)
Рис. 412. Характеристи-
ки шума мпогозубчпко-
воп фонограммы: 7—не-
гатив; 2—позитив
Рис. 411. Зависимость вза-
имной модуляции р негати-
ве от плотности негатива
(параметром кривых яв-
ляется число дорожек)
взаимной модуляппи, имеющих место при этих данных (см. рпс. 411). является не-
удовлетворительным. Что же касается динамического диапазона негатива и позитпва,
то при большом количестве дорожек он практически одинаков в широком диапазоне
плотностей.
§ 102. ОБЩИЙ ПРИНЦИП ИЗМЕНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА
Общим принципом изменения динамического диапазона звукопере-
дачи является изменение по регулирующему закону крутизны световой
характеристики светомодулирующего записывающего пли воспроизводя-
щего устройства в зависимости от изменения уровней передачи.
Искусственный метод правильной передачи сигналов широкого дина-
мического диапазона заключается в записп сигналов, уровни которых
предварительно сжимаются электрическим или оптическим путем по тому
или иному регулирующему закону, и в последующем воспроизведении
сигналов с соответствующим расширением уровней. Обозначая регули-
рующую характеристику передаваемого диапазона прп заппсп функцией
1g
теых. макс
хвых. мин
= /(lg
ивх. макс -
и *
ех. мин
(х — коэффициент пропускания копии; ивх — напряжение на входе модуля-
тора света) и при воспроизведении функцией
lg
^вых. макс
Iвых. мин
= F(lg
'вых. макс
Т
вых. мин
443
(/ — ток фотоэлемента), общее условие правильной передачи будет:
•I '’вых. макс
lg4----------
вых. мин
d lg Iвых, макс
I вых. мин
dig
ивх. макс
ивх. мин
,, теых. макс
dig ------------
вых. мин
(432)
При применении сжатия в процессе записи сигнала значение перво-
го сомножителя < 1, а прп соответствующем расширении сигнала при
воспроизведении второй сомножитель > 1.
Если регулирующая характеристика сжатия представляется выражением
твых = а регулирующая характеристика расширения имеет вид
г ______к -Q
вых 2 '’вых9
то имеем:
= k. up+q
вых к<> ивх 1
следовательно, для правильной передачи уровнен необходимо, чтобы p + q=? 1.
Взаимная коррекция в обшем случае нелинейных регулирующих
характеристик прп записи и воспроизведении сигнала показана графи-
Рис. 413. Схема взаимной кор-
рекции нелинейных регулиру-
ющих характеристик при 3anii-
си и воспроизведении сигнала
(напряжение на выходе усили-
теля записи ивых равно напря-
жению на входе модулятора
света ивх)
чески на рис. 413. При правильной передаче широкого диапазона сум-
марная характеристика, расположенная в четвертом квадранте, должна
представлять собой прямую, проходяшую через начало координат и на-
клоненную под углом 45° к осям координат. В частном случае при ли-
нейном законе регулировки, т. е. при равномерном изменении диапазо-
на, сжатие прп записи представляется прямой /, наклоненной к осп
абсцисс системы координат:
1g. , lg _ -е^.-Л_акс. ПОд углом <45°, а соответствующее расширение
теых. мин ивх. мин
прямой //, наклоненной к оси абсцисс системы координат:
I т
i вых. макс вых. макс \ /Л° /Л,, /ло\
lg -------, lg-------- под углом > 4 О (СМ. рис. 413).
1 вых. мин хвых. мин
444
§ 103. МЕТОД ИНТЕНСИВНОЙ ПЛИ МНОГОЗУБЧИКОВОЙ ЗАПИСИ
ПОСТОЯННОЙ (МАКСИМАЛЬНОЙ) МОДУЛЯЦИИ
С ИЗМЕНЕНИЕМ ШПРПНЫ ЗАПИСИ (ФОНОГРАММЫ)
СООТВЕТСТВЕННО ИЗМЕНЕНИЮ УРОВНЕЙ СИГНАЛА
Данный метод заключается в том, что в процессе записп поддерживается по-
стоянной и максимальной световая модуляция, а соответственно изменению уровней
происходит изменение ширины записи по регулирующему закону (предложен Нара-
том17) 127>128. Боковые участки фонограммы зачерняются в копии тем в большей сте-
пени, чем меньше уровень сигнала.
Использование метода интенсивной или многозубчиковой записи постоянной
максимальной модуляции с правильной передачей изменения уровней путем измене-
ния ширины записи по регулирующему закону может представить некоторый интерес
в том отношении, что дает возможность понизить шум прп записи слабых сигналов
и тем самым расширить передаваемый динамический диапазон. При уменьшении
шпрпны записи от В± до В2 передаваемый уровень уменьшается на 20 1g дб, а шум
Х>2
на 20 1g дб,
V В2
Практика показывает, что при использовании данного метода путем изменения
ширины фонограммы переменной плотности можно осуществить регулировку уровней
в пределах не более 10 дб (чему соответствует практическая возможность уменьшения
ширины фонограммы максимум в 5—6 раз) и получить уменьшение шума не более
5 дб 129. Следовательно, данный метод расширения динамического диапазона может
быть с успехом использован только лишь прп очень узком естественном динамиче-
ском диапазоне сигнала.
§ 104. МЕТОД ИНТЕНСИВНОЙ ПЛИ МНОГОЗУБЧИКОВОЙ ЗАПИСИ
С КООРДИНИРОВАННЫМ ПЗМЕНЕНПЕМ ВЕЛИЧИНЫ РАСШИРЕНИЯ
(ПЛП СЖАТИЯ) II ШПРПНЫ ЗАПИСИ (ФОНОГРАММЫ)
По сравнению с предыдущим методом более выгодным является метод записи, прп
котором то или иное сжатие (или расширение) записываемого диапазона компенсирует-
ся соответствующим изменением ширины записи. В этом случае выравнивание диапазо-
на осуществляется непосредственно при записи, так как с изменением ширины интен-
сивной пли многозубчиковой записп связано изменение уровней. Поскольку сжатие
световой модуляции по тому или иному закону компенсируется соответствующим изме-
нением ширины записи, воспроизведение звука с фонограммы можно осуществлять
обычным способом, без применения каких-либо дополнительных устройств. Данный
метод записп дает возможность расширить динамический диапазон настолько, насколь-
ко снижается шум фонограммы. Максимально сокращая ширину записи в п раз, полу-
чим возможное расширение динамического диапазона (за счет снижения уровня шума)
па 20 1g п = 10 1g п дб.
При интенсивной записи с предельным сжатием для предотвращения перемоду-
ляции за счет фотографической характеристики необходимо устанавливать.такой режим,
прп котором максимальное сужение записи наступает при 70—80% максимально допу-
стимой амплитуды световой модуляции.
Сжатие световой модуляции и соответствующая компенсация сжатия в виде изме-
нения ширины звуковой дорожки может осуществляться как ручным, так и автомати-
ческим способами (как электрическим, так и чисто оптическим методами).
Ручная регулировка ширины записи, связанная с глубиной световой модуляции
(например, посредством механического устройства, одновременно изменяющего шири-
ну записи и регулировку усиления), может быть использована главным образом в тех
условиях, когда, по условиям съемки приходится производить запись тихих звуков
в течение сравнительно продолжительного времени.
Сужая ручным способом ширину записп и соответственно повышая глубину свето-
вой модуляции, мы увеличиваем отношение уровня сигнала к уровню помех, пе изме-
няя в то же время абсолютной громкости сигнала прп его воспроизведении. Принципи-
ально этот способ может быть осуществлен посредством светомодулпрующей системы
с зеркальным гальванометром и электромеханическим шумопонижающим устройством,
изображение заслонок которого в плоскости механической щелп дает возможность
изменять ширину интенсивной записи. Для поддержания неизменным уровня громко-
сти при изменении ширины записп весьма важно иметь равномерную освещенность
пишущего штриха. Максимальная освещенность, создаваемая лампочкой, обычно быва-
ет в центре звуковой дорожки; поэтому для уменьшения уровня громкости целесо-
445
образно применять вместо V-образпой W-образную заслонку. При использовании
W-образной заслонки зачернение заппсп происходит как в центре, так и на краях.
(Она может быть использована также при противофазной интенсивной записи.)
На рпс. 414 а показана интенсивная запись звука прп применении W-сбразной
заслонки. Интенсивная фонограмма с переменной шириной может быть с успехом
применена в музыкальных фильмах, музыка для которых записывается на большом
уровне громкости, а диалоги, наоборот, на малом уровне.
Ручная регулировка сжатия световой модуляции и соответствующей компенсации
в форме изменения ширины звуковой дорожки имеет ряд недостатков по сравнению
с автоматической регулировкой. Главные ее недостатки: субъективность и отсутствие
равномерности прп резких изменениях уровня записыва-
емых колебаний.
Автоматическая регулировка может быть осуществле-
на как электрическими, так и чисто оптическими метода-
ми. В первом случае посредством тех пли иных устройств
производится сжатие электрических колебаний, поступа-
ющих к модулятору света наряду с соответствующим из-
менением тока, приводящим в действие заслонки. Автома-
Рис. 4146. Устройство механической связи меж-
ду вращающейся пишущей диафрагмой и диа-
фрагмой, определяющей ширину записи: J—при-
вод; 2—механическая щель; 3—диафрагма для
изменения ширины заппсп; 4—пишущая диа-
фрагма
Рпс. 414а. Двой-
ная интенсивная
запись перемен-
ной ширины (по-
степенное суже-
ние с краев и
центра в обе сто-
роны)
тнческая регулировка электрическим методом практически довольно сложна и при
реализации ее встречается ряд трудностей. Наиболее выгодна автоматическая регули-
ровка чисто оптическим путем. Осуществляется она различными способами. Например,
прп интенсивной записи посредством виньетирующей заслонки необходимая регули-
ровка может быть получена перемещением заслонки вдоль оптической осп в соответ-
ствии с движением заслонок, вменяющих ширину записп (например, используя меха-
ническую связь между данными заслонками). Прп наличии линейной световой харак-
теристики движение виньетирующей заслонки не нарушает линейной интенсивности
полутени, но при неизменном расположении источника света приводит к изменению
высоты полутени и распределению интенсивности внутри нее, вследствие чего изменяет-
ся наклон световой характеристики48. Прп перемещении заслонок в направлении, при
котором высота полутени увеличивается, имеет место сжатие динамического диапазона;
наоборот, прп движении в направлении, прп котором высота полутени уменьшается,
динамический диапазон расширяется.
Для сжатия илп расширения может быть использована подвижная заслонка, при-
водимая в движение специальным электромеханизмом, в который подастся смещающий
ток от специального устройства, подобного электрическому шумопонижающему устрой-
ству. Изменение высоты полутени в требуемых пределах можно считать пропорциональ-
ным перемещению заслонки вдоль осп. Посредством специального устройства, создаю-
щего необходимое движение заслонки, шумопонижение п сжатие могут быть осущест-
влены одновременно.
Прп получении интенсивной заппсп посредством пзображеппя пишущей диафраг-
мы пли механической щелп цилиндрической линзой регулировку динамического диапа-
зона можно производить вращением пишущей диафрагмы по меридиану. В первом
случае изменяется высота полутени п соответственно изменяется величина пишущих
углов изображения диафрагмы на щели (а также соответственно высота изображений
зубчиков), в силу чего происходит сжатие илп расширение диапазона при записи. Этот
способ может быть также использован для регулировки прп заппсп; в частности, папрп-
464
мер, его можно применить для получения частичного сжатия прп записи речи без после-
дующего выравнивания динамического диапазона.
При вращении пишущей диафрагмы илп щ одольном смещении виньетирующей
заслонки имеет место изменение крутизны световой характеристики с сохранением
положения на пей рабочей точки. Это свойство выгодно стзпчает огииеезкпе способы
изменения динамического диапазона передачи от способов изменения последнего по-
средством специальных электрических устройств.
Используя механическую связь между вращающейся пишущей диафрагмой (пли
движущейся виньетирующей заслонкой) и диафрагмой, ощ еделяющей ширину запи-
си, можно автоматически поддерживать необходимое соответствие между ши} ппой
записи и изменением наклона световой характеристики (рпс. 414 б)128. При малых амп-
литудах записи имеет место наибольшая крутизна световой характеристики и наимень-
шая ширина записи. При возрастании амплитуды записываемых колебаний, приводя-
щем к увеличению амплитуды колебаний зеркальца, пишущая диафрагма поворачи-
вается таким образом, что крутизна световой характеристики уменьшается, а смещение
другой диафрагмы обусловливает соответствующее расширение записи. Можно счи-
тать, что в пределах необходимого угла вращения пишущей диафрагмы изменение
эффективной высоты изображения зубчиков в плоскости механической щели происхо-
дит пропорционально. Закон сжатия, зависящий от характера тока, поступающего в
электромеханическое устройство, может изменяться как по огибающей записываемых
колебаний, так п по другой кривой.
§ 105. МЕТОД ЗВУКОПЕРЕДАЧИ ПОСРЕДСТВОМ ФОНОГРАММЫ
С УПРАВЛЯЮЩЕЙ ДОРОЖКОЙ
Закон сжатия при записи сигнала, определяющий необходимый закон
расширения при воспроизведении, может быть выражен в виде отдель-
ной контрольной записи по тому пли иному методу на пленке так назы-
ваемой управляющей или контрольной дорожкой. Обычно контрольная
дорожка представляется в виде записи синусоидальных колебаний, ампли-
туда которых (или частота)130 изменяется по регулирующему закону.
Выделенный при отдельном воспроизведении регулирующий сигнал упра-
вляет усилением звуковоспроизводящего усилителя, определяя тем самым
необходимое изменение уровня звукопередачи. Общая схема звукопере-
дачи с контрольной дорожкой представлена на рис. 415.
Некоторое расширение динамического диапазона передачи, происхо-
дящее исключительно за счет снижения фонового шума, может быть осу-
ществлено применением комбинированной записи в виде интенсивной
записи переменной ширины. В этой записи роль управляющей дорожки
играет поперечная запись регулирующего сигнала, ограничивающая ши-
рину интенсивной записи. Метод звукопередачи посредством фонограммы
с отдельной управляющей дорожкой может быть использован как при
интенсивной, так и при поперечной записи.
Можно, например, производить запись с предельным сжатием, т. е.
записывать тихие и громкие звуки с постоянной максимальной амплиту-
дой, одновременно записывая на отдельной дорожке изменение уровня
при выравнивании. С помощью такой контрольной дорожки регулируется
усиление при воспроизведении сжатой записи по требуемому закону,
соответствующему изменению усиления при записи с предельным сжа-
тием. В результате получается правильная передача уровней и рас-
ширяется динамический диапазон. Можно также использовать запись
с частичным сжатием, выравнивая диапазон контрольной дорожкой.
Выравнивание диапазона при воспроизведении можно осуществить
как электрическим, так и чисто оптическим способом (воспроизведением
звука с фонограммы световым пучком, предварительно пропущенным
через контрольную дорожку). При использовании интенсивной записи
и многозубчиковой записи контрольную дорожку целесообразно записы-
вать непосредственно на звуковой дорожке, получая вид интенсивной
записи переменной ширины.
447
Сигнал на управляющей дорожке обычно регулируется вручную зву-
кооператором, что в отличие от автоматических регулирующих устройств
дает возможность осуществлять в процессе воспроизведения как расши-
рение, так и сжатие динамического диапазона.
Представляет интерес система звукопередачи с использованием вместо
амплитудно-модулированной частотно-модулпрованной управляющей до-
рожки, т. е. дорожки с управляющим сигналом в виде частотно-модули-
рованных колебаний.
Амплитудно-модулпрованная управляющая дорожка в виде записи
колебаний постоянной частоты п переменной амплитуды, хотя и не
Рис. 415. Общая схема звукопередачи с управляющей (контрольной) дорожкой:
А—дорожка основного сигнала; Б—дорожка управляющая
вызывает усложнения звуковоспроизводящей аппаратуры, но в то же
время имеет тот основной недостаток, что ее динамический диапазон, а
следовательно, и диапазон управления ограничен шириной звуковой
дорожки.
Попытки использовать для амплитудно-модулированной управляю-
щей дорожки широкую площадь в пространстве между перфорациями131
(рпс. 416), как показала практика, не оказались выгодными ввиду
того, что эти участки кинопленки наиболее подвержены механическим
повреждениями, кроме того, в этом случае необходимы специальные устрой-
ства для записп, копирования и воспроизведения управляющего сигнала.
Кроме ограниченного динамического диапазона регулировки, управление
с помощью амплитудно-модулированной управляющей дорожки имеет
тот недостаток, что уровень сигнала, воспроизведенного с управляющей
фонограммы, находится в большой зависимости от различных факторов: от
постоянства просвечивающего светового потока, юстировки читающего
448
щя.ч дорожка в
пространстве меж-
ду перфор щнями
Рис. 418. Расположение фонограммы и управ-
ляющей дорожки и положения читающего
и пишущего штрихов
29 в. А. Бургов
449
штриха, чувствительности фотоэлемента и т. д. Наконец, грязь, царапины,
пятна на такой управляющей дорожке также оказывают свое неблагопри-
ятное влияние на процесс звукопередачи.
При использовании частотно-модулированной управляющей дорож-
ки вредное влияние всех указанных факторов практически не пмеет места.
Действительно, в этом случае диапазон изменения усиления звуковоспро-
изводящего тракта уже не зависит от ширины звуковой дорожьи,—эн
определяется максимально возможной амплитудой изменения частоты
или глубиной частотной модуляции. Поскольку управляв,щ енапр; ж яше,
полученное в результате электрической трансформации частотной моду-
ляции в амплитудную модуляцию, зависит от частоты управляющего сиг-
нала, изменение отдачи управляющей дорожки также не влияет на работу
звуковоспроизводящего тракта. Независимость управляющего сигнала
от ширины звуковой дорожки позволяет использовать весьма узкую упра-
вляющую дорожку и поместить ее между основной фонограммой и кад-
рами изображения (рис. 417).
Единственный недостаток, свойственный такой системе, заключается
в том, что прп ее использовании усложняется звуковоспроизводящая и
записывающая аппаратура, в частности светомодулирующпе записываю-
щее и воспроизводящее устройства ввиду близкого расположения фонограм-
мы и управляющей дорожки. По во всех других отношениях система
звукопередачи с частотно-модулированной управляющей дорожкой выгодна
отличается от системы звукопередачи с амплитудно-модулированной упра-
вляющей дорожкой, в частности стабильностью своего действия.
В системе звукопередачи с помсщыо частотно-модулированной упра-
втяющей дорожки шириной 0,15 мм (разработанной НПКФП), располо-
женной между фонограммой и кадрами (см. рис. 417), достигается возмож-
ность расширения передаваемого динамического диапазона на 30 дб.
Расположение фонограммы и управляющей дорожки, а также размеры
и положение читающего и пишущего штрихов в этой системе показаны
на рис. 418.
Запись отдельно расположенной управляющей дорожки может осу-
ществляться по любому методу с помощью того или иного модулятора
света. Так, например, для записи раздельных фонограммы и управляющей
дорожки может быть использовано светомодулирующее устройство, подоб-
ное светомодулирующему устройству с двумя зеркальными гальваномет-
рами СМ-10, разработанному для стереофонической записи. В этом све-
томодулирующем устройстве для получения наряду с фонограммой от-
дельной управляющей дорожки необходимо изменить вырез пишущей
диафрагмы, удлинить механическую щель и несколько изменить размеры
и расположение призм. Шумопонижение в данном светомодулирующем
устройстве осуществляется по способу смещения, но принципиально также
можно использовать устройство с заслонками.
§ 106. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ
В ЗВУКОВОЙ КИНЕМАТОГРАФИИ
Практика звуковоспроизведения с помощью фотографических фоно-
грамм в реальных акустических условиях кинотеатров показывает,
что фонограммы с записью речи, отличающиеся широким динамическим
диапазоном, обусловливают меньшую разборчивость воспроизведенной
речи, нежели фонограммы с узким динамическим диапазоном. Это ухуд-
шение разборчивости речи пмеет место при воспроизведении звука в зри-
тельных залах, заполненных публикой, и объясняется маскирующим
действием шумов зрительного зала. Благодаря шуму становится необ-
450
ходимым повышение среднего акустического уровня воспропзводимоп
речи по сравнению с естественным ее звучанием. Это приводит к неприят-
ному подчеркиванию сильных гласных по отношению к слабым согласным
и тем самым к понижению разборчивости речи. Следовательно, при наличии
маскирующих шумов в кинотеатре передача естественного (широкого)
диапазона уровней речи не является желательной. Прп указанных условиях
необходимо искусственное сужение естественного диапазона речи при ее
передаче 132> 133а.
На основании произведенных измерений можно установить следую-
щие средние цифры для уровней шумов и уровней речевой передачи:
уровень шумов в пустом зале кинотеатра -|- 25 дб\ уровень шумов в зале
кинотеатра со зрителями + 42 56; уровень воспроизводимой речи + 62 дб,
наиболее высокий уровень речевой пли музыкальной передачи, связанный
с появлением ужо неприятных слуховых ощущений + 74 дб.
Для того чтобы речь воспринималась вполне разборчиво, необходимо,
чтобы ее уровень превышал на 6—10 дб уровень шума. Следовательно,
абсолютный минимальный уровень речи не должен быть меньше 48—52 дб,
а максимальный уровень (чтобы не создавать неприятного слухового ощу-
щения)—не превышать +74 дб. Данные цифры определяют необходимое
сжатие естественного диапазона уровней речи до 74—48=26 или 74—52=
= 22 дб. Опыт действительно подтверждает, что кинофильмы с диапазоном
записанной речп, сжатым примерно до 26 об, отличаются достаточно вы-
сокой разборчивостью.
§ 107. СЖПМАТЕЛП И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
Автоматическое сужение естественного динамического диапазона речи
в форме относительного уменьшения уровней передачи прп их возраста-
нии по регулирующему закону (с сохранением общей динамики процесса)
осуществляется путем применения в процессе записи специальных электри-
ческих сжимающих устройств1336. Действие данных устройств заключает-
ся в уменьшении крутизны характеристики звукопередачи в процессе
записи. Степень уменьшения крутизны характеристики может быть
одинаковой для всего записываемого диапазона, т. е. может иметь место
равномерное сжатие в пределах динамического диапазона па входе записы-
вающего тракта, илп может быть другой случай, когда крутизна характе-
ристики скачком уменьшается и наступает сжатие лишь после превыше-
ния известных уровней звукопередачи, т. е. может иметь место частич-
ное ограничение передаваемого динамического диапазона (рпс. 419).
В первом случае динамический диапазон на входе записывающего
тракта падает на прямой участок АВ, имеющий наклон меньше 45°, а во
втором случае—на ломаную АСВ, так что сужение динамического диа-
пазона начинается только с некоторого уровня па входе, определенного
точкой С, и это сужение происходит лишь в пределах части динамиче-
ского диапазона па входе. В том илп ином случае крутизна прямой опре-
деляет величину сжатия динамического диапазона. Обычно в прак-
тике киностудий, когда записи предшествуют репетиции или при записи
музыки применяется равномерное сжатие.
Второй вид сжатия используется прп записи речп, когда заранее неиз-
вестен характер записываемого сигнала и требуется оградить звуко-
записывающий тракт (в частности, светомодулирующее устройство) от
слишком больших уровней звукопередачи. Изменение крутизны харак-
теристики звукопередачи или величины сжатия в процессе записи осу-
ществляется не мгновенно после превышения указанного выше уровня зву-
коперсдачп, а спустя лишь некоторое время, т. е. по регулирующему закону
29* 451
с определенной постоянной времени. Опытным путем установлено, что
постоянная времени установления (срабатывания устройства) должна
иметь значение порядка 1—2 м/сек, а постоянная времени восстановления—
порядка 100—2W м/сек. Так же как и в случае шумопонижения, время
восстановления для предохранения от возникновения ощутимых нелиней-
ных искажений и получения незаметного на слух процесса регулировки
выбирается значительно большим, »
чем время установления. Бремя
установления не должно быть
слишком малым, так как процесс
установления не должен вызывать
щелчка, обусловленного больши-
ми (всплеск) и быстрыми измене-
ниями управляющего напряжения,
но в то же время установление не
должно быть и чересчур большим.
Прп указанных выше постоянных
времени не возникает ощутимых
Рис. 419. Характеристики сжи-
мателя
Рпс. 42Э. Кривые частости повторения
уровней различной величины в сигнале,
записанном без сжимателя а и с сжима-
телем б
искажений при регулировке и имеет место достаточно хорошая (в отноше-
нии разборчивости) передача речи.
В зависимости от условий записи могут применяться электронные
сжиматели с различными степенью и характером сжатия. В частности,
учитывая частотную характеристику звукопередачи и характер воспроиз-
ведения речевого сигнала (большая громкость низких частот), целесооб-
разно применять сжатие, так же как функцию частоты, а именно: иметь
большее сжатие на низких частотах, чем на высоких.
Применение сжимателей в процессе заппсп дает возможность улуч-
шить запись и тем самым передачу сигналов с малым уровнем и, не иска-
жая динамического рисунка кривой речи (как в случае ручного регули-
рования), иметь высокую ее разборчивость в процессе воспроизведения.
На рис. 420 приведены кривые частости повторения пиков различной
величины в сигнале, записанном без сжимателя и с применением сжи-
мателя.
§ 108. ОГРАНИЧИТЕЛИ УРОВНЕ^ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
Для резкого сжатия динамического диапазона в точке характеристики,
близкой к 1С0% модуляции (см. рис. 419), можно использовать ограни-
читель уровней звукопередачи. Применение ограничителя устраняет
452
возможность перемодуляции и тем самым возможность образования боль-
ших нелинейных искажений, а также возможность выхода из строя моду-
лятора света (например, обрыв ленточки, отскакивание зеркальца и т. д.)
из-за большой электрической и механической перегрузки.
Наряду с ограничителями уровней звукопередачи, имеющими опреде-
ленные постоянные времени установления и восстановления, для ограни-
чения перемодуляции прп применении зеркального модулятора света
могут быть использованы ограничивающие криволинейные диафрагмы.
Подобные диафрагмы изображены на рпс. 421.
Если при применении обычных М-образных плп многозубчпковых
диафрагм чрезмерно большая амплитуда колебаний пх изображений
в плоскости механической щели вызывает срез зубцов и, следовательно,
большие нелинейные искажения, то прп использовании диафрагм, изо-
Мешичеыая
Рис. 421. Ограничивающие криволинейные диафрагмы
сраженных на рис. 421, в силу измененного выреза не происходит ука-
занного резкого среза и тем самым уменьшаются нелинейные искажения
(при перемодуляции края изображения маски не выходят за пределы*
механической щели).
При интенсивной записи роль ограничителя обычно играет сама
кривая пропускания копии тр=/(//дг), но можно также использовать для
этой цели специальные диафрагмы (при осуществлении интенсивной записи
с помощью электромеханического модулятора света). Наличие при ис-
пользовании ограничивающих диафрагм некоторых нелинейных искаже-
ний (обусловленных изменением крутизны световой характеристики не
по регулирующему закону) является их общим недостатком.
§ 109. ВЫБОР ВИДА ФОНОГРАММ
ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ЗАПИСП II ПЕРЕЗАПИСИ
Перезапись должна вестись с высококачественных первичных запи-
сей (фонограмм), отличающихся по возможности большими динамиче-
ским и частотным диапазонами. Требование широкого динамического
диапазона, т. е. широкого диапазона уровней неискаженной передачи,
означает необходимость вести перезапись с скомпенсированных позити-
вов фотографических записей (фонограмм). В процессе перезаписи с нега-
тивов поперечных фонограмм плп недокомпенсировапных, плп перекомпен-
сированных позитивов поперечных фонограмм и последующей фотографи-
ческой обработки негатива перезаписи фотографические искажения не
могут быть скомпенсированы ввиду фазовых п частотных искажений,
создаваемых процессом перезаписи (показано Шушариным 134).
С точки зрения уменьшения частотных, а также нелинейных искажений,
возникающих в результате кодирования первичного негатива записи,
для первичной записи выгодно использовать широкую противофазную
поперечную позитивную фонограмму и непосредственно с этой фонограм-
мы вести перезапись.
Еще более выгодным (по эксплуа гацпонпьтм и качественным сообра-
жениям) является применение для первичной записи магнитной фоно-
453
граммы с последующей перезаписью ее на фотографическую фонограмму.
В качестве последней для массовых фильмокопий наиболее целесооб-
разно использование фонограммы переменной плотности.
§ 110. ПЕРЕЗАПИСЬ II ЕЕ ВЛИЯНИЕ
НА КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМЫХ ПОПЕРЕЧНОЙ ФОНОГРАММЫ
И ФОНОГРАММЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНССТП
Перезапись с использованием высококачественного оборудования
оказывает сравнительно малое влияние па качество звукопередачи.
При высококачественной перезаписи (например, с помощью отечествен-
ного оборудования типа КПЗ-1) с хорошо скомпенсированного позитива
фонограммы возникают лишь дсбавочные линейные (частотные и фазовые)
искажения, вносимые читающим и пишущим штрихами перезаписываю-
щего оборудования. Учитывая это положение, выгодно там, где возмож-
но, заменять процесс контактной печати фотографической фонограммы
процессом перезаписи.
Если сравнить с точки зрения возникающих частотных и нелинейных
искажений (например, в форме коэффициента взаимной модуляции или
коэффициента разностного тока) эти два процесса, то окажется, что первый
процесс вносит значительно большие и частотные и нелинейные
искажения. Искажения, вносимые процессом перезаписи прп использо-
вании для первичной записи магнитной фонограммы, весьма малы.
Негатив фотографической фонограммы перезаписи требует такой же
компенсации фотографических искажений, как и первичный негатив
записи.
§ 111. ОПТИМАЛЬНЫЕ ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРП ЗАПИСИ РЕЧП II МУЗЫКИ
Практика показывает,что прямолинейная частотная характеристика
звукозаписывающего тракта в диапазоне от 50 до 10 000 гц не обеспечивает
высококачественной записи речи илп музыки. Происходит это в силу
частотных искажений, вносимых фотографическим процессом записи и ее
обработки, а также некоторых особенностей нашего слухового восприятия.
Оказывается, для того чтобы иметь высококачественную передачу (за-
пись) речи или музыки, необходимо умышленное искривление частот-
ной характеристики в виде спада на низких частотах п некоторого подъема
на высоких частотах с последующим резким спадом кривой, т. е. огра-
ничением передаваемого частотного диапазона. Ограничение переда-
ваемого частотного диапазона должно быть резким со стороны высоких
частот и более плавным со стороны низких частот. Подобные частотные
характеристики для записи речи и музыки изображены на рис. 422 и 423.
Необходимость спада частотной характеристики на низких частотах
при записи речи вызвана следующими факторами:
1) эффектом подчеркивания низких частот, обусловленным большим
поглощением высоких частот акустическими материалами звуковых ателье
и направленным действием на высоких частотах микрофонов;
2) относительно большим акустическим уровнем воспроизведения речи
в кинотеатре по сравнению с уровнем оригинального звучания при записи.
Спектральный состав речи является функцией уровня (при пониже-
нии напряжения голоса громкость средних частот уменьшается сильнее,
чем громкость нижних и верхних частот). Учитывая кривые равной гром-
кости, получаем частотные кривые данного эффекта воспроизведения при
превышении уровня оригинального звучания. Из этих кривых опреде-
454
частота
Рпс. 422. Частотная характеристика записи
речи (поперечная фонограмма)
Рпс. 423. Частотпая характеристика записи
музыки (поперечная фонограмма)
ляются потребные величины спада частотной характеристики на низких
(большая) и высоких (меньшая) частотах. Таким образом, данный эффект
обусловлен, с одной стороны, зависимостью распределения энергии в час-
тотном спектре от напряжения голосового аппарата, а с другой—кажу-
щимся перераспределением энергии прп повышенном уровне за счет
свойств слуха.
Коррекция частотной характеристики в зависимости от изменения
уровня может осуществляться автоматическим путем. Так как величина
коррекции частотной характе-
ристики па высоких частотах
для различных уровней гром-
кости изменяется незначитель-
но, то нет необходимости вво-
дить переменную коррекцию
верхнечастотного диапазона—
достаточно производить автома-
тическую коррекцию лишь низ-
кочастотного диапазона.
Влияние указанных факто-
ров имеет значительно меньшее
значение прп записи музыки,
так как музыка обычно записы-
вается на том уровне, на кото-
ром воспроизводится. Этпм и
объясняется то обстоятельство,
что частотная характеристика
для музыки в отличие от частот-
ной характеристики для речи
не должна иметь по указанной
причине спада в области низких
частот. Резкий спад на часто-
тах <70 гц обусловлен необхо-
димостью устранения влияния
низкочастотных шумов.
В процессе записп имеется ряд факторов, приводящих к ослаблению
колебаний высоких частот, как то: рассеяние света в фотослое, конечная
ширина штриха и т. п. Совместное влияние этих факторов приводит к тому,
что требуется, наоборот, некоторый подъем высоких частот на частотной
характеристике для хорошей передачи высокочастотных слагающих как
речи, так и музыки. Этот подъем частотной характеристики для компенса-
ции данных частотных потерь вследствие эффекта различия относительных
акустических уровней прп записп и воспроизведении меньше, чем он
требовался бы для компенсации частотных потерь, обусловленных лишь
фотографическим процессом и конечной шириной штрпха, но все же он
необходим. Для речи он имеет значение на частотах 4000—5000 гц, а
для музыки—па частотах 7СС0—8000 гц.
С целью уменьшения искажений, вносимых фотографическим про-
цессом в виде шума заплывания, после указанного подъема следует рез-
кий спад частотной характеристики (ограничение частотной характери-
стики па высоких частотах имеет следствием уменьшение шума заплы-
вания). Это приводит к расширению допусков на фотографическую обра-
ботку фонограммы. Вследствие меньшего влияния этого фактора в случае
музыки, а также ввиду необходимости передачи в последнем случае более
широкого частотного диапазона в области верхних частот; частотная харак-
теристика для музыки имеет резкий спад на частоте примерно 80LO гц.
455
Некоторое различие частотных характеристик речи и музыки для
поперечной фонограммы и фонограммы переменной плотности обуслов-
лено различиями частотных свойств, относящихся к каждому из указан-
ных методов. Так, например, поскольку прп интенсивной записи не воз-
никает шума заплывания, частотная характеристика записи речи в случае
фонограммы переменной плотности может иметь прямолинейный участок,
распространенный в область более высоких частот, чем в случае попереч-
ной фонограммы.
§ 112. РЕЧЕВЫЕ II РЕЖУЩИЕ ФИЛЬТРЫ, ПХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И ПРИМЕНЕНИЕ
С целью получения надлежащих частотных характеристик согласно
влиянию указанных выше (в предыдущем параграфе) факторов в мик-
вающих различную степень спада на низких
частотах
Рис. 425. Частотные характеристики усили-
тельного тракта с применением фильтров
в микшерском пульте и усилителе записи,
обеспечивающих различную степень подъема
на высоких частотах (2 и 3)
шерском устройстве и усилителе
записи могут быть включены
специальные фильтры135. Приме-
нение данных фильтров дает
возможность получить частот-
ные характеристики усилитель-*
ного тракта с различной сте-
пенью спада иа низких частотах
(рпс. 424), подъема на высоких
частотах (рис. 425) и резким сре-
зом на частотах 6000, 8000 и
10 000 гц (рпс. 426).
Частотные характеристики
с возможной коррекцией в од-
ном усилителе записи изобра-
жены на рнс. 427. На рпс. 428
приведены примеры частотных
характеристик микшерского ус-
тройства, полученных посред-
ством коррекции высоких и низ-
ких частот (речевые фильтры).
Для получения надлежащей
частотной характеристики в про-
цессе перезаписи применяются
в каждом из каналов корректи-
рующие фильтры:
для относительного подъема
пли спада на низких частотах
(рис. 429) (несколько ступеней);
для относительного подъема
или спада на высоких частотах
(рис. 430) (несколько ступеней);
для относительного спада
средних частот (рпс. 431) (не-
сколько ступеней);
для ограничения частотного диапазона со стороны низких частот
(70, 120 и 200 гц—пограничные частоты, рпс. 432);
для ограничения частотного диапазона со стороны верхних частот
(3000, 5000 и 7000 гц—пограничные частоты, рис. 433).
Кроме указанных фильтров, для коррекции отдельных резонансных
456
Рис. 426. Частотные харак-
теристики тракта с приме-
нением фильтров, обуслов-
ливающих резкий спад на
частотах 6000 гц (2) и
8000 гц (3) и фильтра, со-
здающего более или менее
резкий спад на частотах
ниже 100 гц (7)
Рис. 427. Частотные харак-
теристики одного усилите-
ля зап nt и: 1—основная;
2—с коррекцией низких
частот; 5 и 4 — с коррек-
цией высоких частот
Рис. 428. Частотные харак-
теристики микшерского ус-
тройства 2, 3, полученные по-
средством коррекции высоких
и низких частот (речевые
фильтры); 7—кривая коррек-
ции только высоких частот
Рпс. 429. Частотные харак-
теристики (фильтры для
плавного спада и подъема
низких частот)
457
дб
+о'
*4 -
о-
-2-
-4 :
-6~-
-8-
-10 :
~12\
-74 -
Рис. 430. Частотные ха-
рактеристики (фильтры
для плавного спада п
подъема высоких частот)
дб
+6 -
+4:
+г:
Рис. 431. Частотные харак- о -
теристпкп (фильтры для Z
плавного спала средних ча- :
с тот)
Рпс. 433. Частотные харак-
теристики (фильтры для
резкого спада высоких ча-
стот;
458
выбросов б области средних частот в первичной фонограмме (вызван-
ных, например, резонансом отдельных деталей декорации, малым объе-
мом декорации и т. д.) может быть использован специальный фильтр
(разработан Жуковским).
Данный фильтр представляет собой переменный выравниватель с
притупленными резонансными «подъемом» и «провалами» частотной харак-
теристики на 4—6 резонансных частотах, смещающихся через октаву в пре-
делах 125—4000 гц, и имеющий на каждой резонансной частоте 3—4 сту-
пени коррекции.
§ 113. ДВУХПОЛОСНАЯ ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩАЯ СИСТЕМА С РАЗДЕЛЬНЫМ
УСИЛЕНИЕМ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕМ КОЛЕБАНИЙ ВЕРХНИХ И НПЖНИХ
ЧАСТОТ
Двухполосная система усиления электрических сигналов при воспро-
изведении звука (разработанная Хрущевым, Матвеенко, Болотниковым,
дб
ц
Частота 5 герцам
Рис. 434. Частотные характеристики
разделительных фильтров двухполос-
ной системы воспроизведения
1-1.1 1J.U.
5000 Ю000
Канал высоких частот
Канал низких частот
Двухголосный усилитель
Двухполосные
громкоговорители
Рис. 435. Скелетная схема двухполоской спстемы звуковоспроизве-
дения
Фурдуевым, Муромцевым и другими136) выгодно отличается от существую-
щей однополосной спстемы воспроизведения своим высоким качеством.
Принцип действия данной системы заключается в том, что воспро-
изводимый электрический сигнал по своему частотному диапазону разде-
ляется на два канала и имеет место раздельное усиление, регулировка
и акустическое воспроизведение сигнала каждого канала. Такое двухпо-
лосное воспроизведение низких и высоких частот сигнала (частота деле-
ния порядка 500 гц, рис. 434) дает возможность значительно уменьшить
нелинейные искажения в звеньях, происходящие вследствие взаимной
модуляции колебаний низких и высоких частот, и тем самым обеспечить
лучшую передачу последних. Ограничение частотного диапазона в уси-
459
лптелях и громкоговорителях дает возможность обеспечить лучшую пере-
дачу этих диапазонов и легко регулировать относительные уровни высо-
ких и низких частот. Скелетная схема двухполосной системы звуковос-
произведения приведена па рис. 435.
Для еще большего улучшения качества звука, воспроизводимого
с фонограммы в кинотеатре, является целесообразным производить раз-
дельную запись колебаний высоких и низких частот с последующим раз-
дельным двухканальным воспроизведением. Такой метод записи и воспро-
изведения звука пмеет следующие преимущества:
1) устраняет возможность взаимной модуляции колебании высокой
и низкой частоты во всех звеньях тракта записи и воспроизведения,
имеющих нелинейную характеристику;
2) понижает влияние фотографической обработки поперечной фоно-
граммы на качество воспроизводимого с нее звука ввиду уничтожения
действия выпрямляющего эффекта (шума заплывания);
3) создает широкие возможности регулировки относительных уров-1
ней колебаний высокой и низкой частоты, в частности возможности в смысле
понижения эффекта маскировки высокочастотных колебаний низко-
частотными колебаниями, обеспечивая тем самым лучшую передачу коле-
баний высоких частот и улучшение тембра передаваемого звукового
объекта.
Электроакустическая система с раздельным усилением и раздельным
акустическим воспроизведением колебаний высокой и низкой частоты
с обычной фонограммы на опыте показала свои преимущества перед обыч-
ной одноканальной звуковоспроизводящей системой. Но еще большие
достоинства могут быть выявлены тогда, когда двухканальное воспроиз-
ведение звука с разделением колебаний высокой и низкой частоты осу-
ществляется не с обычной фонограммы, а с фонограммы в форме раздель-
ных записей колебаний высокой и низкой частоты.
В этом случае указанные выше преимущества выявляются не только
в звеньях воспроизводящего тракта, но и в звеньях записывающего тракта,
в частности уменьшаются нелинейные искажения, порождаемые фотогра-
фической обработкой фонограммы.
ГЛАВА VII
МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНИН ФОНОГРАММЫ
НА ЦВЕТНОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ КИНОПЛЕНКЕ
§ 114. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
НА МНОГОСЛОЙНОЙ КИНОПЛЕНКЕ
Многослойный метод получения цветного киноизображения основан
на применении для негативного и позитивного процессов так называемых
многослойных кинопленок с недиффупдпрующими краскообразующими
компонентами. С точки зрения синтеза цветного изображения данный метод
принадлежит к субтрактивным (вычитательным) методам, в которых, как
известно, используются три красителя, например, желтый, пурпурный
и голубой (синезеленый). Образование данных красителей в зависимости
от спектрального состава и интенсивности света происходит в отдельных
трех слоях кинопленки, вследствие чего последняя носит название мно-
гослойной цветной кинопленки. Под влиянием цветного проявления
в каждом пз слоев наряду с металлическим серебром в результате взаимо-
действия продуктов окисления проявляющего вещества с краскообразую-
щпм компонентом образуется также краситель. В процессе дальнейшей
лабораторной обработки металлическое серебро (полностью или в значи-
тельной мере) удаляется из отдельных слоев путем дополнительной
операции отбеливания, так что цветное изображение на негативе или
позитиве представляется субтрактивным смешением цветов, образуемых
красителями, в трех слоях многослойной кинопленки.
Наряду с эмульсионными слоями многослойная цветная кинопленка
имеет вспомогательные слои, к которым относятся, например, желтый
фильтровый и зеленый противоореольный слои. Желтый фильтровый слой
расположен между синечувствительным и зеленочувствительным эмуль-
сионными слоями. Он состоит из коллоидного серебра (в высокой степени
раздробления), распределенного в желатине, и служит для предотвраще-
ния действия синих лучей на средний и нижний эмульсионные слои Зеле-
ный противоореольный слой нанесен на заднюю сторону целлулоидной
основы кинопленки. Он препятствует образованию ореолов в нижнем крас-
ночувствительном эмульсионном слое. Желтый фильтровый и зеленый
противоореольный слои удаляются в процессе лабораторной обработки
мно го сл о йно й ки но плен ки.
В результате оптической сенсибилизации среднего и нижнего эмуль-
сионных слоев и благодаря наличию желтого фильтрового слоя спектраль-
ное распределение светочувствительности отдельных эмульсионных слоев
461
Рпс. 436. Кривые спектральной светочувствительности
отдельных слоев позитивной и негативной многослой-
ных кинопленок (по Гороховскому, Балабухе н Понома-
ренко13^)
Рис. 437. Кривые спектрального поглощения краси-
телей элементарных слоев позитивной и негативной
многослойных кинопленок (по Гороховскому, Балабухе
и Лсвснберг1°7б)
462
многослойной кинопленки представляется кривыми, показанными на
рпс. 436. Характер этих кривых говорит о делении всего видимого спектра
на три зоны, каждая из которых отвечает спектральной светочувствитель-
ности определенного эмульсионного слоя многослойной кинопленки.
Образующиеся в отдельных слоях после пх экспонирования и цветного
проявления красители характеризуются спектральным поглощением,
представленным соответствующими кривыми на рпс. 437. На данном гра-
фике по оси абсцисс отложена длина волны монохроматического света
(X), а по оси ординат — соответствующая ей оптическая плотность, обу-
словленная красителем D^Dx==lg-^y где т(Х)—спектральный коэф-
фициент пропускания, зависящий от длины волны).
Ввиду того, что отдельные элементарные эмульсионные слои рассеивают прохо-
дящий через них свет, разрешающая способность среднего и нижнего слоев многослой-
ной пленки оказывается меньшей, нежели разрешающая способность тех же слоев в изо-
лированном состоянии (вне многослойной пленки). Таким образом, наибольшая разре-
шающая способность присуща верхнему синечувствительному слою, а наименьшая—
нижнему краспочувствителыюму слою позитивной многослойной кинопленки.
Позитивная многослойная кинопленка имеет разрешающую способность
измерениям Гороховского и Левенберг137»):
прп применении белого света (все три элементарных слоя участвуют в формирова-
нии изображения)—45 мм-1',
при применении синего света (изображение в верхнем слое) —100 aiai-1',
при применении зеленого света (изображение в среднем слое) —45 маг1',
при применении красного света (изображение в нижнем слое)—30 aim-1.
При экспонировании позитивной многослойной кинопленки с обратной стороны
(со стороны целлулоида), когда устраняется неактивное рассеяние света, разрешающая
способность нижнего слоя сразу повышается до 80 aiai-1.
Специфической особенностью образования фотографической фонограм-
мы на позитивной многослойной кинопленке является то, что она в отли-
чие от киноизображения получается в результате копирования не цвет-
ного, а черно-белого серебряного фотографического киноизображения
(негатива фонограммы). Если негатив серебряной фотографической фоно-
граммы может быть еще в какой-то мере опенен средствами обычной черно-
белой сенситометрии, то позитив фонограммы на цветной многослойной
кинопленке, образованный красителями, в том случае, когда он является
цветным, а не черно-белым, уже требует другого метода оценки. Для
оценки качества цветной фонограммы на позитивной многослойной ки-
нопленке нет смысла применять ту илп иную систему сенситометрии, раз-
работанную для цветных многослойных кино-фотоматериалов, ибо в
данном случае прямым критерием качества фонограммы должна быть не
визуальная оценка, как это имеет место в случае киноизображения, а
тот электрический эффект, который фонограмма может произвести в
процессе воспроизведения с нее сигнала.
В случае черно-белого серебряного фотографического изображения
ток в цепи фотоэлемента при том или ином элементарном монохромати-
ческом излучении просвечиваюп ей лампы Sr (X, Т) ДХ и спектральной
чувствительности фотоэлемента J(X) равен:
Д/ = т/(Х)5г(Х, 7)ДХ (433)
илп в случае непрерывного светового излучения просвечивающей лампы
в диапазоне длин волн Хх и Х2
Я 2
i = iS J(X)r(X, T)d\, (434)
я!
где
SJ (X) г (X, Т) ДХ = ДФ. (435)
463
— фотоактиничный монохроматический поток лучистой энергии, падающей
па черно-белую фонограмму;
т5\7(Х)г(Х, ^АХ^ДФ! (436)
— то же, падаюшей на фотоэлемент, пт — коэффициент пропускания
черно-белой серебряной фонограммы, практически но зависящий от длины
волны.
Имея цветную фотографическую фонограмму, образованную краси-
телями в слоях многослойной кинопленки, ток фотоэлемента при тех же
просвечивающей лампе и фотоэлементе представится выражением:
Я2
ic = «S’ J (X) г (X, Т) т (X) d\, (437)
Л1
где т (X) — спектральный коэффициент пропускания цветной фонограммы
на многослойной кинопленке для монохроматического света с длиной
волны X.
В данном случае фотографического изображения, образованного
красителями, т (X) отнюдь не сохраняет (в широком диапазоне длин волн)
постоянного значения, как в
случае черно-белого серебря-
ного фотографического изо-
бражения. В частности, для
всех красителей он резко воз-
растает с переходом от крас-
ной к инфракрасной части
видимого спектра (рис. 438).
С точки зрения фотоэле-
мента цветное фотографиче-
ское изображение со спект-
Рис. 438. Кривые спектрального припускания
красителей позитивной многослойной кино-
пленки1 38
ральным коэффициентом про-
пускания т (X) может считаться эквивалентным черно-белому серебряному
фотографическому изображению с коэффициентомпропусканпя т (X) тогда,
когда соблюдается равенство:
или
J (X) г (X, Т) dl = S J (X) г (X, Т) z (X) dl.
Л1 Л1
Последнее выражение показывает, что цветное фотографическое изо-
бражение может быть оценено в единицах оптической плотности черно-
белого серебряного изображения согласно формуле:
Л2
J J (X) г (X, Т) d'K
D=-\yz = \S^------------------- (438)
j J (z) г (X, T) z (X) <ZX
Л
Данная эффективная плотность, изменяющаяся в зависимости от типа
фотоэлемента (J (X)) режима лампы накаливания (г (X, 71)) и спектраль-
ного коэффициента пропускания фонограммы (т (X)) согласно (438) опре-
деляется отношением двух фотоактиничных потоков: в отсутствие цвет-
464
ной фонограммы (числитель выражения 438) и в ее присутствии (знаме-
натель выражения 438). Величина
( J (X) т (X, Г) т (X) dk
f J (X) г (X, Т) dk
Я1
(439)
может быть названа эффективным коэффициентом пропускания.
Имея определенные типы фотоэлементов и просвечивающих ламп, эф-
фективная плотность и эффективный коэффициент пропускания в том
Экранчик
Лампа
фонограмма
Ланза
Зеркало плоское
Лииза-зкраи
сцв
ЦГ
Рис. 439. Оптическая схема фотоэлектрического
денситометра НИКФИ для фонограммы
Диафрагма
Микроовеекти
Сурьмрно-аезае&Л!
фотозлемент
Зеркало плоское
Кислородов
аезаеЗб/а
фо.позле-
/лент
Oteek/nuP
спризмой
или ином случае легко могут быть определены с помощью фотоэлектриче-
ского денситометра, в котором использовались бы такие же источник
света и фотоэлемент. В этом случае нахождение эффективной плотности
и эффективного коэффициента пропускания сводится к определению отно-
шения величин фототоков при наличии цветного фотографического изобра-
жения п без него. Очевидно, что данная методика измерений может быть
отнесена как к чисто красочному фотографическому изображению, так
и к красочно-серебряному изображению (наличие наряду с красителями
некоторого количества неотбеленного серебра).
На рис. 439 приведена оптическая схема фотоэлектрического денси-
тометра, построенного на указанном принципе специально для фонограммы
(в НИКФИ под руководством Лапаурп). Данный денситометр дает воз-
можность определять эффективные плотности применительно к двум раз-
личным типам фотоэлементов (СЦВ и ЦГ) и двум типам просвечивающих
ламп, используемых в стационарной и передвижной звуковоспроизводя-
щей аппаратуре. Для этой цели в данном приборе применяются два фото-
элемента, принадлежащих к указанным типам. Что же касается источника
света, то в нем используется лишь одна лампа, соответствующая стацио-
нарной звуковоспроизводящей аппаратуре (12 в 30 вт) и работающая при
цветовой температуре порядка 3100° К. Эквивалентность в процессе изме-
рений читающей лампы другого типа, работающей в широкопленочных
30 в. А. Бургов 465
кинопередвижках при цветовой температуре порядка 2100° К, дости
гается установлением соответствующего пониженного накала используе-
мой лампы.
Качество негативной многослойной кинопленки как материала для съемки цвет-
ного объекта, а также позитивной многослойной кинопленки как материала для печа-
ти цветного киноизображения п серебряного негатива фонограммы выражается в при-
нятой системе сенситометрии цветных многослойных кино-фотоматериалов семейством
из трех характеристических кривых. Эти кривые отвечают каждому отдельному
эмульсионному слою и представляют собой зависимость поверхностных концентраций
красителей (в случае позитивных пленок, часто выражаемых так называемыми серыми
эквивалентными плотностями) от экспозиции. Эквивалентно-серая плотность равна
плотности того серого поля, которое получается при наложении на данный цветной
краситель двух других (недостающих) красителей в количествах, необходимых для
достижения визуального серого.
Рис. 45.0. Характеристические кривые
отдельных слоев позитивной многослой-
ной кинопленки прп идеальном цвето-
вом балансе
Цветные клинья
ХСерый
Хпрозрачмяй
зталон
Рис. 441. Принципиальная схема измере-
ния эквивалентно-серой плотности краси-
теля многослойной кинопленки
Помимо оценки изображения в многослойной пленке с точки зрения образу-
ющихся в отдельных слоях красителей, возможно оценивать это изображение и* с
точки зрения суммарной способности цветного поля ослаблять падающий на тот
или иной приемник излучения поток. Так, в случае негативного изображения при-
нято характеризовать его тремя так называемыми копировальными плотностями.
Копировальная плотность негатива выражает по отношению к тому или иному
слою цветной позитивной кинопленки такую величину серой плотности, которая при
печати на данный слой обусловливает такой же фотографический эффект, как и цвет-
ное поле на негативе (прп неизменном спектральном составе копировального света).
Если обозначить спектральное распределение светочувствительности отдельно-
го слоя позитивной многослойной кинопленки S (X), монохроматический поток
источника света г (X) с?Х, а спектральный коэффициент пропускания измеряемого
цветного поля т (X), то копировальная плотность определится равенством:
ph=lg
J г (X) S (X) dX
J г (X) 5 (X) т (X) dX
(440)
где г (X) S (X) с?Х—фотоактинпчпый потокв отсутствие цветного поля;
г (X) S (X) т(Х) dk—в присутствии его. (Данное уравнение справедливо при условии
соблюдения аддитивного действия света.)
Так как каждый из трех эмульсионных слоев позитивной многослойной кино-
пленки имеет свою отличную кривую спектральной светочувствительности, опреде-
ляемую функцией S (X), то любое цветное поле негатива характеризуется тремя
копировальными плотностями. Представляя зависимость копировальных плотностей
негатива от логарифма экспозиции графически, получим для каждого негативного
многослойного материала три характеристические кривые, каждая из которых от-
вечает отдельному слою позитивной многослойной кинопленки. На рис. 440 изобра-
жены подобные кривые. Кривая гис соответствует верхнему желтому; кривая п —
среднему пурпурному; кривая г—нижнему голубому слоям позитивной многослой-
ной кинопленки.
466
Наиболее удобным и достаточно точным для практики способом измерения ко-
пировальных плотностей является фотоэлектрический способ измерения, основан-
ный на имитации различной спектральной светочувствительности отдельных слоев
позитивной кинопленки специально подобранными к применяемому фотоэлементу
цветными фильтрами. Так, например, если спектральная чувствительность фото-
элемента равна J (X), а спектральная светочувствительность отдельных слоев пози-
тивной многослойной кинопленки 5Ж(Х), Sn (X) и S8 (X), то, очевидно, согласно фор-
муле (436) задача сводится к тому, чтобы выполнялись условия:
= (441)
7(Х)т2(Х)=Л5п(Х), (442)
J(X)t3(X) = /c58(X), (443)
где (X), т2 (X) и т3 (X) — спектральные коэффициенты пропускания цветных фильтров;
Учитывая спектральную светочувствительность отдельных слоев позитивной много-
Рис. 442. Характеристические кривые позитивной многослойной киноплен-
ки, разбалансированные по светочувствительности А, вуали Б и контрасту
В’, ж—кривая, отвечающая желтому слою; п—пурпурному слою; г—голу-
бому слою
слойной кинопленки и спектральный состав излучения, обычно применяемой в каче-
ство источника света лампы накаливания, имитирующие светофильтры имеют
красный, зеленый и синий цвета.
Цветофотографпческое качество многослойной кинопленки может быть так же,
как уже указывалось выше, выражено тремя характеристическими кривыми, относя-
щимися к отдельным слоям. Каждая такая характеристика представляет собой зави-
симость поверхностной концентрации красителя соответствующего слоя от логарифма
экспозиции. В случае позитивной многослойной пленки эти концентрации, как уже
указывалось ранее, могут быть выражены в эквивалентно-серых плотностях. Измере-
ние эквивалентно-серой плотности красителя позитивной многослойной кинопленки
обычно производится визуальным путем с помощью денситометра, имеющего три красоч-
ных клина, сделанных из красителей позитивной пленки (рпс. 441). В этом случае
к измеряемому слою позитивной многослойной кинопленки субтрактивно добавляются
два клипа, соответствующие двум другим слоям, и устанавливаются такие участки
данных клиньев, прп которых достигается визуально нейтральное серое поле. Измерен-
ная оптическая плотность этого поля и является эквивалентной плотностью. Очс видно,
плотность этого серого поля служит характеристикой соответствующих точек всех
трех клиньев. Эта последняя система сенситометрии цветных кино-фотоматериалов
позволяет легко судить о достижении цветового баланса этих материалов, под ко-
торым понимается его способность правильно воспроизводить серую шкалу тонов.
Если цветные поля негатива оценены копировальными плотностями, а цветные
поля позитива—эквивалентно-серыми плотностями, то в условиях правильного цвето-
вого баланса все три характеристические кривые негативной пли соответственно пози-
тивной многослойной кинопленки сливаются в одну, иначе говоря, каждая из них
имеет одинаковые фотографические параметры (светочувствительность, коэффипиент
контрастности, широту и т. д.). На рпс. 442 приведены характеристические кривые
цветной позитивной многослойной кинопленки, разбалансированные по светочувстви-
тельности, вуали и контрасту. Серый цвет, очевидно, достигается только для тех точек,
которые являются общими точками для всех трех характеристических кривых. Во всех
остальных точках образуется та пли иная цветная окраска. Когда на цветную позитив-
ную многослойную кинопленку печатается цветное поле многослойного негатива, то
30* 467
три значения его копировальной плотности соответствуют трем различным значениям
экспозиции па характеристических кривых слоев позитивной многослойной киноплен-
ки. В случае цветного негатива правильная цветопередача в позитиве при его печати
достигается тогда, когда цветная позитивная многослойная кинопленка имеет доста-
точно хороший цветовой баланс, а копировальные плотности контрольного поля не-
гатива серой шкалы по отношению к отдельным слоями позитивной кинопленки равны
друг другу.
Нарушение цветового баланса позитивной многослойной кинопленки по чув-
ствительности или вуали (но не по контрасту) может быть устранено путем применения
корректирующих фильтров. Эти светофильтры изготовлены из анилиновых красителей,
спектральное поглощение которых близко к поглощению красителей негативной плен-
ки. Наложение таких светофильтров на негатив приводит как бы к поднятию характе-
рно. 443. Характеристи-
ческие кривые позитив-
ной многослойной кино-
пленки, разбалансиро-
ванные по чувствитель-
ности (низкая чувстви-
тельность голубого слоя)
рпстическпх кривых отдельных слоев негатива вверх или
к уменьшению чувствительности отдельных слоев пози-
тивной пленки. Так, например, имея разбалансировку,
выражаемую рис. 443, применение пурпурного плюс жел-
того корректирующего фильтра дает возможность добить-
ся совпадения кривой, соответствующей краспочувстви-
телыюму нижнему слою кинопленки с двумя другими
кривыми.
Цветная корректировка пмеет гораздо большее зна-
чение для цветного киноизображения, нежели для фоно-
граммы.
Согласно вышеизложенному становится попятно, что,
поскольку копировальный свет при печати черпо-белого
негатива фонограммы па цветную позитивную многослой-
ную кинопленку, обладающую даже достаточно хорошим
цветовым балансом, не является белым, то без применения
специальных корректирующих фильтров фонограмма на по-
зитивной многослойной кинопленке будет всегда окрашена.
Современный технологический процесс получения фонограммы на
позитивной многослойной кинопленке предусматривает применение кор-
ректирующих цветных фильтров, обусловливающих образование черно-
белой фонограммы, состоящей из красителей и некоторой доли серебра
(в случае нейтральной черно-белой фонограммы, получаемой с исполь-
зованием всех трех слоев, имеют место относительно лучшие фотоакусти-
ческие показатели).
§ 115. СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ФОНОГРАММЫ
НА МНОГОСЛОЙНОЙ КИНОПЛЕНКЕ
В качестве источников света при копировании черно-белой серебряной
фонограммы на позитивную многослойную кинопленку применяются воль-
фрамовые лампы накаливания, характеризующиеся цветовой температурой
порядка 3000° К. Таким образом, спектральная характеристика экспо-
нирующего света при копировании представляется подобной характери-
стике лампы просвечивания, имеющей ту же цветовую температуру.
Регулировка количества света при печати осуществляется с помощью
специальной паспортной ленты с круглыми отверстиями различного диа-
метра путем установления того или иного отверстия, а также применения
серых светофильтров различной плотности, а регулировка спектрального
состава света—путем установки под указанными отверстиями тех пли иных
комбинаций цветных корректировочных фильтров, о которых шла речь
в предыдущем параграфе. Фильтры используются желтые, голубые и пур-
пурные различной плотности (плотность цветных светофильтров выражает-
ся в проценте от наибольшей плотности для данного цветного светофильтра).
Комбинация из соответствующих голубого-(-пурпурного фильтров, про-
пускающая при печати лишь синие лучи, служит для формирования фоно-
граммы только в верхнем синечувствительном эмульсионном слое пози-
тивной многослойной кинопленки. Визуально данная фонограмма имеет
468
желтый цвет. Комбинация голубой + желтый фильтры, пропускающая
зеленые лучи, дает возможность образовать лишь в одном среднем зеле-
ном чувствительном слое позитивной пленки визуально пурпурную фоно-
грамму. Комбинация пурпурный + желтый фильтры, пропускающая крас-
ные лучи, обусловливает получение в нижнем красно чувствительном
слое позитивной многослой-
ной кинопленки голубой фо-
нограммы.
В случае красочной по-
перечной фонограммы, обра-
зованной во всех трех слоях
позитивной кинопленки при
одинаковых относительных
поверхностных концентраци-
ях трех красителей, типич-
ная кривая суммарного спек-
трального поглощения будет
иметь вид, показанный на
рис. 444 (пунктирная кривая).
Сопоставляя спектраль-
ные характеристики приме-
няемых фотоэлементно в (см.
рис. 229 и 230) со спектраль-
ными характеристиками по-
глощения отдельных слоев по-
Рис. 444. Кривые суммарного спектрального по-
глощения всех трех слоев негативной и пози-
тивной многослойной кинопленок при одинако-
вых относшельных поверхностных концентрат
пиях трех красителей
зитпвной многослойной кинопленки (см. рис. 437), видно, что для
кислородно-цезиевого фотоэлемента, имеющего максисимум чувстви-
тельности в области длин волн порядка 800 шр, желательно форми-
ровать фотографическое красочное изображение главным образом
в том слое, который является наименее прозрачным для лучей этих
длин волн, т. е. в нижнем синезеленом слое. Что же касается сурь-
мяно-цезпевого элемента, характеризующегося максимумом светочув-
ствительности в области синих лучей, то для него наиболее выгодно фор-
мировать изображение в верхнем желтом слое кинопленки. Последнее
выгодно в отношении частотной характеристики звукопередачи и дости-
гается применением синего илп спнезеленого фпльтра. Используя тот
ЬОО 500 600 700тр
Рис. 446. Кривая суммар-
ного спектрального iioi ло-
щения
Рпс. 445. Спектральная кривая
поглощения светофильтра
или иной фильтр, можно изменять соотношение трех красителей, образую-
щих цветное фотографическое изображение в многослойной пленке.
Например, прп применении в процессе печати корректировочного фильтра, име-
ющего спектральную характеристику, изображенную па рис. 445 (хорошо пропускаю-
щего лишь коротковолновые лучи), и увеличения копировального света кривая сум-
марного спектрального поглощения приобретает вид, показанный на рис. 446.
Относительное увеличение плотности фонограммы в коротковолно-
вой части спектра (рис. 446) является выгодным для сурьмяно-цезиевого
46$
фотоэлемента. Для кпслородно-цезиевого фотоэлемента лучший результат
получается, когда фонограмма имеет повышенную плотность в длинновол-
новой части спектра, что обычно бывает, когда печать ведется бэз фильтра.
Прозрачная часть поперечной фонограммы имеет более или менее
одинаковое поглощение в пределах видимой области и инфракрасной
области спектра. Только лишь в ультрафиолетовой зоне происходит воз-
растание монохроматических плотностей по мере уменьшения длины волны.
Типичное спектральное поглощение темной и прозрачной частей красоч-
ной поперечной фонограммы (образованной лишь одними красителями)
К
Л
2,о
15
0,5
О
Темная часть фонограммы
1,5
Прозрачная часть фонограммы §
Темная часть фонограммы
Прозрачная часть фонограммы
ЧОО 500 600 700 800 900 1000mji ° ЧОО 500 600 ТОО ООО 300 1000 mj*
Рис. 447а. Спектральное по-
глощение красочной попереч-
ной фонограммы (по Геришу139)
Рпс. 4476. Спектральное
поглощение красочно-се-
ребряной поперечной фоно-
граммы (по Геришу139)
представлено на рис. 447а. Для красочно-серебряной фонограммы, т. е.
фонограммы, образованной как красителями, так и частично металличе-
ским серебром, типичное спектральное поглощение темных и светлых
участков поперечной фонограммы показано на рпс. 4476.
§ 116. СОЧЕТАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОСВЕЧИВАЮЩИХ ЛАМП II ПРИМЕНЯЕМЫХ ТИПОВ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ
Исходя пз типовых спектральных характеристик сурьмяно-пезие-
вого и кпслородно-цезиевого фотоэлементов и излучения вольфрамовых
ламп накаливания при различных цветовых температурах140 (рис. 448),
Рис. 448. Характеристики спек-
тральной чувствительности фото-
элементов н спектрального излу-
чения вольфрамовых ламп нака-
ливания при различной цветовой
температуре (последние отвечают
одинаковому световому потоку
при всех температурах)
можно построить кривые фотоактинпчных монохроматических потоков
(в относительных единицах) для обоих типов фотоэлементов прп различной
цветовой температуре источника света. Данные кривые могут быть опре-
470
делены путем перемножения соответствующих ординат кривых спектраль-
ной чувствительности фотоэлемента и спектрального излучения источника
света при различных температурах.
Подобные кривые, отвечающие одинаковому световому потоку воль-
фрамовой лампы накаливания прп различных температурах, представлены
на рпс. 449. Они выражают собой взаимодействие излучения источника
света и фотоэлемента и относятся целиком к черно-белой серебряной
фонограмме, не вносящей изменений в сочетание спектральных харак-
теристик данных элементов.
Согласно кривым, приведенным на рис. 448 и 449, можно сделать сле-
дующие выводы:
1. Монохроматический поток лучистой энергии лампы накаливания
имеет максимальное значение
около 870 mji при темпера-
туре 3300° К и 1200 mji при
температуре 2400° К).
2. Максимальный отно-
сительный фотоактппичны й
монохроматический поток со-
ответствует длине волны,
близкой к длине волны макси-
мальной спектральной чув-
ствительности используемого
фотоэлемента.
3. С увеличением темпе-
ратуры просвечивающей лам-
пы максимум фото актинично-
го монохроматического пото-
ка несколько смещается в сто-
рону более коротких длин
волн.
§ 117. ОТДАЧА ФОНОГРАММЫ
НА МНОГОСЛОЙНОЙ
КИНОПЛЕНКЕ
Для получения наиболь-
шей амплитуды фото актинич-
ного потока (илп фототока)
прп воспроизведении сигнала с фонограммы необходимо, чтобы источник
света излучал максимальную энергию в топ спектральной области, кото-
рая отвечает области максимальной спектральной чувствительности фото-
элемента, и в этой спектральной области достигалась бы макспмальная
разность коэффициентов пропускания прозрачных и темных частей (по-
перечная фонограмма) пли амплитуда пропускания (фонограмма пере-
менной плотности) фонограммы.
Из сказанного следует, что, например, отдача серебряной фонограм-
мы может быть значительно увеличена путем применения ртутной лампы
высокого давления (обладающей более сильным излучением в синефиоле-
товой области спектра) в сочетании с сурьмяно-пезиевым фотоэлементом.
В случае фонограммы на цветной многослойной кинопленке возможность
достижения максимального фотоактиничного потока определяется наплуч-
шим сочетанием пе только спектральных характеристик источника света
и фотоэлемента, но и характеристики спектрального пропускания фоно-
граммы. Прп выражении фотоактиничного монохроматического потока
в
длинноволновой частп
спектра
но
too
90
во
70
20
10
2750
3200
2875
2750
2530
«geo
Фотоактиничный
' -монохроматический
поток
Длина волны в миллимикронах
30
Рпс. 449. Кривые фотоактпнпчных монохрома-
тических потоков для кислородно-цезисвого и
суоьмяпо цезиевого фотоэлементов прп различ-
ной температуре источника света (кривые отве-
чают одинаковым световым потокам при всех
температурах)
471
той или иной кривой полный фотоактиничный поток представляется
плошадыо, ограниченной этой кривой в диапазоне длин волн излучения
источника света. Отдача фонограммы на цветной многослойной киноплен-
ке (так же как отдача серебряной фонограммы) определяется отношением
амплитуды фотоактинпчного потока (амплитуды фототока) при наличии
фонограммы к постоянному фотоактдничному потоку (фототоку) при
отведенной в сторону фонограмме.
Лучистый поток, падающий на фонограмму, может быть представлен
выражением:
*2
® = 2abS г (к, T)dl, (444)
Л1
а амплитуда лучистого потока, прошедшего фонограмму п падающего на
фотоэлемент:
Я2
Фх = аг bS г (k, Т) [тт (к) - td (к)] йк (445)
(поперечная фонограмма) или
Ф; = 2abS г (к, Т) (к) dK (446)
Al
(фонограмма переменной плотности),
где 2а — длина читающего штрпха (полагаем равной максимальной ширине-
*2
поперечной записи или ширине интенсивной записи); S г (к, T)d\ —
Al
лучистый поток на единицу площади фонограммы (энергетическая осве-
щенность фонограммы); — амплитуда поперечной записи на пленке;
(к) — спектральный коэффициент пропускания прозрачной части попереч-
ной фонограммы (Tjuawc (k)); (к) — спектральный коэффициент пропускания
темной части поперечной фонограммы (^«(k)); (к) — амплитуда спек-
трального коэффициента пропускания фонограммы переменной плотности.
Отдача фонограммы представится отношением соответствующих
фотоактинпчных потоков (фототоков):
Jr(», nMI-’aMW
f-s -—«------------------------=s J - } J " («Ч
J r (k, T) J (X) d\
Al
(поперечная фонограмма) или
Я 2
j Г (к, Т) (k) J (k) d\
(448)
У г (к, Г) J(k) А
А1
(фонограмма переменной плотности),
где J (к) — спектральная чувствительность фотоэлемента;
р(к, Т) (к)У(Х) d\
ъ,=------------------- (/|49>
j г (к, Т) J (к) А
472
— эффективный коэффициент пропускания прозрачной части поперечной
фонограммы:
л2
J г (к,
------------------ (450)
j г (X, Т) J (X) dX
21
— эффективный коэффициент пропускания темной части поперечной фоно-
граммы; ш — коэффициент модуляции при поперечной записи; т1Э —эффек-
тивная амплитуда пропускания поперечной фонограммы; т'э —эффектив-
ная амплитуда пропускания фонограммы переменной плотности.
Таким образом, отдача фонограммы на цветной многослойной кино-
пленке выражается эффективной амплитудой пропускания (т1Э пли т'э),
подобно тому как отдача серебряной фонограммы представляется ампли-
тудой коэффициента пропускания
Отношение эффективной амплитуды пропускания к эффективному
среднему значению пропускания фонограммы может быть названо эффек-
тивным коэффициентом модуляции пропускания. Так, например, для
поперечной фонограммы данный коэффициент имеет значение:
Р(Х, Т) K(X)-TD(/)]J(X) а
7Пф = £----------------------- (451)
j r(X, 7)(sW+td
Л1
^для поперечной фонограммы средний спектральный коэффициент про-
тг(х) + тв (х)\
пускания равен: -----т>--- ) .
§ 118. ПОПЕРЕЧНАЯ ФОНОГРАММА ПЗ КРАСИТЕЛЕЙ
(КРАСОЧНАЯ ФОНОГРАММА)
КАК МОДУЛЯТОР СВЕТА ПРП ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ СИГНАЛА
С ПОМОЩЬЮ КПСЛОРОДНО-ЦЕЗИЕВОГО ФОТОЭЛЕМЕНТА
При применении типовых кпслородно-цезиевого п сурьмяно-цезпе-
вого фотоэлементов и вольфрамовой просвечивающей лампы относитель-
ный фотоактпничпый монохроматический поток для поперечных фоно-
грамм, сформированных в различных слоях позитивной многослойной
кинопленки, выражается кривыми, изображенными на рпс. 450—456
(по исследованию НИКФИ)138.
Сплошные кривые па данных рпсупках выражают в зависимости
от длины волны X и температуры Т° К относительные фото актиничные
монохроматические потоки, соответствующие спектральному коэффи-
циенту пропускания прозрачной части фонограммы т~(а), а пунктирные
кривые—то же отвечающие спектральному коэффициенту пропускания
темной части фонограммы (X).
Для поперечной фонограммы, не имеющей цветной вуали, т~(Х)
близок к 1. Прп этом условии можно считать, что сплошные кривые отве-
чают случаю отсутствия фонограммы. (X) определен спектральным
поглощением отдельных слоев многослойной кинопленки (см. рис. 437).
Все приведенные на рис. 450—456 кривые построены для случая рав-
ных световых потоков прп всех температурах.
473
474
Рпс. 453. Действие фо-
нограммы, полученной
одновременно в двух
слоях: желтом и голу-
бом, на фотоактинпчпый
ноток сурьмяно-цезпево-
го и кпслородно-цезп-
евого фотоэлементов
Рис. 454. Действие фо-
нограммы, полученной
одновременно в двух
слоях: желтом и пур-
пурном, на фотоакт и-
ничпый поток сурьмяно-
цезиевого и кислородно-
цезиевого фотоэлементов
Рпс. 455. Действие фо-
нограммы, полученной
одновременно в дух сло-
ях.: голубом п пурпур-
ном, на фотоактиничный
поток сурьмяно-цезиево-
го в кпслородно-цези-
евого фотоэлементов
475
Рассмотрим действие фонограмм, сформированных в различных слоях
многослойной кинопленки на фотоактпничпый (монохроматический и об-
щий) поток прп воспроизведении сигнала с помощью кпслородно-цезиевого
фотоэлемента. j
Из приведенных кривых видно, что при использовании кислородное
цезиевого фотоэлемента наиболее сильное влияние на величину фотоакти-
Фотоакгпиничный
Длина волны в миллимикронах
Рис. 456. Действие нейтрально серой фонограммы, получен-
ной одновременно в трех слоях: голубом, желтом и пурпур-
ном, на фотоактпничпый поток сурьмяно-цезиевого п кнело-
родно-цезпевого фотоэлементов
Рис. 457. Кривые относительной отдачи красочной фонограммы (при часто-
те 1000 гц\ прп применении кпслородно-цезиевого фотоэлемента: а—печать
с серым фильтром (0,36); б—печать с желтым фильтром (80%)
ничного потока оказывает голубая фонограмма, образованная в нижнеМ
слое позитивной многослойной кинопленки (большее различие площадей^
ограниченных кривыми фото актиничных монохроматических потоков при
наличии и отсутствии фонограммы для различных температур). Данная
фонограмма приводит, во-первых, к довольно сильному уменьшению отно-
сительных максимумов фотоактпничпых монохроматических потоков при
различных температурах и, во-вторых,—к сдвигу этих максимумов прг
повышении температуры в сторону более коротких длин волн (см. рис. 452).
476
Следовательно, голубая фонограмма в сочетании с кпслородно-цезие-
'вым фотоэлементом обусловливает относительно большие отдачу и эф-
фективный коэффициент модуляции пропускания, чем фонограммы, сфор-
мированные в других слоях. Но в то же время по сравнению, например,
с желтой фонограммой она является менее резкой, с чем связано ухуд-
шение частотной характеристики звукопередачи.
Желтая фонограмма, сформированная в верхнем слое, как это видно
из рис. 450, в случае кислородно-цезисвого фотоэлемента практически
не оказывает никакого действия на фотоактпничный поток, а пурпур-
ная фонограмма, образованная в
среднем слое (рис. 451), лишь не-
сколько изменяет величину мак-
симумов фотоактпнпчных монохро-
матических потоков, не смещая их
по оси длин волн.
Действие фонограмм, получен-
ных в двух или трех слоях пози-
тивной многослойной кинопленки
(рис. 453—456), приводит к изме-
нению величины данных максиму-
мов и к пх смещению в сторону бо-
лее коротких длин волн. Исключе-
нием является лишь фонограмма,
образованная в двух слоях: желтом
и пурпурном (рпс. 454), которая
дает только уменьшение максиму-
мов без сдвига пх по оси длин
волн.
При применении поперечной
Рпс. 458. Кривые относительной отдачи
при частоте 509 ги (А) и кривые нелиней-
ных искажений (коэффициента разностного
топа) красочной фонограммы (Б) при при-
менении кислородно-цезисвого фотоэлемен-
та. Печать с фильтрами: желтый 8О?/6 +
серый 0,54
фонограммы, сформированной в тех
или иных слоях многослойной кинопленки и типовых фотоэлементов,
н лампы просвечивания отдача фонограммы определяется приведенным
выше выражением (447). Фонограмма с использованием всех трех слоев
(рис. 456) характеризуется несколько большей отдачей, чем фонограммы,
полученные в одном или двух слоях.
Как следует из рпс. 437, в области длинноволнового излучения, к кото-
рому наиболее чувствителен кислородно-цезиевый фотоэлемент, разность
(к) — тр (к) для поперечной красочной фонограммы является малой ве-
личиной. Таким образом, при использовании кислородно-цезиевого фото-
элемента вследствие хорошей пропускаемое™ инфракрасных лучей краси-
телями и сравнительно высокой чувствительности фотоэлемента к этим
лучам красочная фонограмма плохо модулирует фотоактпничный поток,
т. е. в результате воспроизведения сигнала с этой фонограммы имеет место
весьма малая отдача. Кроме того, красочная фонограмма обусловливает
при использовании кислородно-цезиевого фотоэлемента значительно
больший шум (происходящий из-за загрязнений и механических повре-
ждений), чем серебряная фонограмма. Появляющиеся на фоне большого
пропускания зернами красителей инфракрасных лучей отдельные загряз-
нения и механические повреждения приводят к весьма ощутимому шуму
в инфракрасной области. Одновременно ухудшается также частотная
характеристика и возрастают нелинейные искажения в форме шума
заплывания, происходящие из-за нарушения условий компенсации (при
установлении максимально возможной плотности позитива фонограммы).
На рпс. 457 приведены кривые относительной отдачи красочной фонограммы (по от-
ношению к отдаче позитива серебряной фонограммы) при частоте 1000 гц, а на рис. 458—
477
кривые относительной отдачи прп частоте 5000 гц и кривые нелинейных искаже-
ний (коэффициента разностного топа в %) в зависимости от плотности красочной фоно-
граммы в случае применения типового кислородно-цезпевого фотоэлемента (по данным
киностудии Ленфильм). Данные кривые получены прп плотности черно-белого сереб-
ряного негатива фонограммы 2,35 (7 = 2,8, кинопленка ЗТ-4), и каждая из них отве-
чает определенному фильтру, использованному прп печати.
Пз приведенных кривых следует, что отдача красочной фонограммы в случае
кпслородно-цезиевого фотоэлехмепта примерно па 6—10 дб ниже отдачи серебряной
фонограммы па частоте 1000 гц и на 10—12 дб—на частоте 5000 гц.
Все указанные недостатки не дают возможности практически исполь-
зовать чисто красочную фонограмму с кислородно-цезиевым фотоэле-
ментом.
§ 119. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
С ПОМОЩЬЮ КРАСОЧНОЙ фонограммы
Вышеуказанные недостатки, присущие процессу передачи звуко-
вого сигнала с помощью красочной фонограммы и кислородпо-цезиевого
фотоэлемента, могут быть принципиально преодолены путем использо-
вания одного пз следующих основных методов:
1. Применением в сочетании с кислородно-цезиевым фотоэлементом
красителей, обладающих достаточно высоким поглощением инфракрасных
лучей. Этот чисто химический путь решения проблемы сводится к разра-
ботке и использованию таких вводимых в эмульсию краскообразующих
компонентов и таких проявляющих веществ, которые в результате окис-
лительной конденсации в процессе цветного проявления образуют в прояв-
ляющем слое краситель, непрозрачный для инфракрасных лучей. Сказан-
ное в особенности должно быть отнесено к наиболее эффективно действу-
ющему голубому красителю нижнего слоя.
2. Применением в сочетании с существующими пленками вместо кпс-
лородно-цезиевых сурьмяно-цезиевых фотоэлементов, обладающих макси-
мальной чувствительностью в коротковолновой области видимого спектра
и не чувствительных к инфракрасным лучам.
3. Сохранением в фонограмме, кроме красителей, еще других веществ,
повышающих спектральное поглощение фонограммы в области красных
и инфракрасных лучей. Функцию такого вещества может выполнять
в первую очередь металлическое серебро, частично оставляемое в слоях
наряду с красителями. Практическое претворение данного метода техно-
логически осложняется необходимостью удаления серебра из цветного
киноизображения. Также может быть использован метод сохранения на
звуковой дорожке вместо металлического серебра некоторой металличе-
ской соли, обусловливающей требуемое поглощение фонограммы в крас-
ной и инфракрасной областях спектра.
4. Получением наряду с киноизображением пз одних красителей чисто
серебряной фонограммы на позитивной многослойной кинопленке.
Первый из указанных методов еще не получил своего практического
завершения. Что же касается остальных методов, то все они эксперимен-
тально испытаны (о результатах этих испытаний говорится в дальнейшем
изложении, см. также111), на основании чего им можно дать общую
и сравнительную оценку.
Применение сурьмяно-цезиевого фотоэлемента не решает задачи полу-
чения достаточно высокого качества звукопередачи с помощью красочной
фонограммы ввиду ограничения отдачи и частотного диапазона (см. § 120).
Метод с частичным оставлением серебра в фонограмме (которая в этом
случае может быть названа красочно-серебряной фонограммой) выгодно
отличается от предыдущего (второго) метода достаточно малым значением
478
шума и возможностью получения удовлетворительного результата при
применении как сурьмяно-цезиевого, так и кислородно-цезиевого фото-
элементов.
Метод чисто серебряной фонограммы является наилучшим решением
задачи, так как прп нем фонограмма на многослойной кинопленке имеет
характеристики, близкие к характеристикам серебряной фонограммы на
обычной черно-белой кинопленке.
Наряду с данными основными методами можно указать на целый
ряд еще других методов, дающих лишь частичное улучшение качества
звукопередачи с помощью фонограммы на цветной многослойной киноплен-
ке. К этим методам, например, принадлежат: применение позитивной мно-
гослойной кинопленки без фильтрового слоя, применение в процессе
печати синего или спнезеленого фильтра, использование в случае красочной
фонограммы и кислородно-цезиевого фотоэлемента фильтра, поглощаю-
щего инфракрасные лучи (при воспроизведении) и другие.
В качестве примеров сохранения на звуковой дорожке металлических солей,
несколько повышающих ее непрозрачность для инфракрасных лучей, можно привести
американские способы получения фонограмм на 16-лм< цветных многослойных киноплен-
ках (с использованием обычных машин для фотографической обработки) «Анскоколор»142
и «Кодахром»143, в которых вместо металлического серебра используется сернистое
серебро. Получение фонограммы па 16-мм обратимой цветной кинопленке по способу
«Анскоколор» включает в себя следующие операции: копирование позитивной фоно-
граммы па цветную обратимую кинопленку, черно-белое проявление, промывание,
останавливающую ванну, промывание, вторичное экспонирование, сушку звуковой
дорожки, обработку звуковой дорожки сульфидным раствором (раствором сернистого
натрия с оксиэтилцеллюлозой), промывание, цветное проявление, промывание, оста-
навливающую ванну, промывание, отбеливание, промывание, фиксирование, про-
мывание и сушку.
Аналогично, прп способе «Кодахром» экспоппроваппая цветная кинопленка вна-
чале подвергается черно-белому проявлению, потом одна лишь звуковая дорожка обра-
батывается в сульфидном растворе, в результате чего неэкспонированное бромистое
серебро фонограммы превращается в сернистое серебро. На последней стадии фотогра-
фической машинной обработки металлическое серебро удаляется, л экспонированный
при печати участок цветной звуковой дорожки становится прозрачным участком попе-
речной фонограммы.
§ 120. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛА
ПОПЕРЕЧНОЙ КРАСОЧНОЙ ФОНОГРАММОЙ
ПРП ПСПОЛЬЗОВАНПП СУРЬМЯНО-ЦЕЗПЕВЫХ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ
Выше было указано, что красители, образующиеся в отдельных эмуль-
сионных слоях позитивной многослойной кинопленки, почти не поглощают
инфракрасных лучей, а излучение, даваемое лампой просвечивания в этой
области спектра, довольно большое. Отсюда, естественно, для увеличения
разности спектральных коэффициентов пропускания прозрачных и тем-
ных участков фонограммы целесообразно заменить кислородно-цезиевый
фотоэлемент с его большой чувствительностью к инфракрасным лучам
таким фотоэлементом, который имел бы малую чувствительность в инфра-
красной частп и характеризовался бы высокой чувствительностью, на-
оборот, в коротковолновой части видимого спектра. Подобным фотоэлемен-
том является сурьмяно-цезпевый фотоэлемент. Данный тип фотоэлемента
вообще имеет целый ряд преимуществ по сравнению с кислородно-цезпевым
фотоэлементом (см. выше).
Учитывая, что красочная фонограмма имеет более или менее равно-
мерное поглощение в видимой области спектра, применение сурьмяно-
цезиевого фотоэлемента дает возможность получить по сравнению с кис-
лород но-цезиевым фотоэлементом большую разность эффективных коэф-
фициентов пропускания и соответственно—отдачу фонограммы. (При
479
условии, что спектральное излучение просвечивающей лампы в области
максимальной спектральной чувствительности фотоэлемента достаточно
велико.) Но по своему абсолютному значению отдача красочной фонограм-
мы будет все же меньше отдачп серебряной фонограммы.
При применении сурьмяно-цезиевого фотоэлемента имеет место неко-
торый шум красочной фонограммы, порождаемый главным образом ее
зернистостью (зернами красителей). Этот шум по своей величине меньше,
чем аналогичный шум серебряной фонограммы. В результате красочная
фонограмма прп использовании сурьмяно-цезиевого фотоэлемента обусло-
вливает динамический диапазон примерно такого же порядка, как
и серебряная фонограмма на черно-
белой кинопленке. Шум, вызыва-
емый загрязнениями и механиче-
скими повреждениями, в случае
сурьмяно-цезиевого фотоэлемента
имеет значительно меньшее значе-
ние, чем в случае кпслородно-це-
зпевого фотоэлемента, и, кроме
того, он характеризуется извест-
ным постоянством прп увеличении
времени эксплуатации. Следствием
этого является то, что динамиче-
ский диапазон красочной фоно-
граммы при использовании сурь-
мяно-цезиевых фотоэлементов мало
изменяется со временем эксплуата-
ции, в то время как при примене-
нии кпслородно-цезиевых фотоэле-
ментов он резко сокращается пос-
ле некоторого времени эксплуа-
тации.
Рис. 459. Кривые относительной отдачи
при частоте 500 гц (А) и искажений (Б)
красочной фонограммы при использовании
сурьмяно-цезиевого фотоэлемента. Фильтр
синезеленый 80%-(-серый 0,54
По сравнению с серебряной фоно-
граммой красочная фонограмма с сурь-
мяно-цсзпсвым фотоэлементом имеет не-
сколько мсныпую отдачу, отличающую-
ся примерно на 4 дб при частоте
1000 гц, и худшую частотную характе-
ристику (при печати без фильтра).
При частоте 5000 гц отдача красоч-
ной фонограммы с сурьмяпо-цезпевым
фотоэлементом в зависимости от плотности позитива и примененного при печати филь-
тра изменяется (но данным киностудии Ленфильм) в пределах от—6 до—10 дб и более
(рис. 459).
Несколько меньшая отдача и худшая частотная характеристика являются основ-
ными недостатками красочной фонограммы при использовании сурьмяно-цезиевого
фотоэлемента.
Применение сурьмяно-цезиевых фотоэлементов связано с необхо-
димостью наличия просвечивающей лампы, дающей достаточно сильное
излучение в видимой области спектра, т. е., иначе говоря, лампы с доста-
точно большой цветовой температурой тела накала. Этому требованию
отвечают вольфрамовые лампы просвечивания 30 или 50 вт 12 в, приме-
няемые в стационарной кинопроекционно-звуковоспроизводящей аппара-
туре, работающие прп цветовой температуре порядка 3100° К, и лампы
просвечивания 3 вт 4 в, используемые в узкопленочной (16-жж) передвиж-
ной аппаратуре, имеющие цветовую температуру 2800° К. Но данному
требованию не соответствуют просвечивающие лампы 35 вт 5 в, применяе-
мые в широкопленочных (35-жж) кинопередвижках, работающие при
480
цветовой температуре всего лишь 2100° К. Прп малой температуре
просвечивающей лампы и сурьмяно-цезиевом фотоэлементе имеет место
резкое уменьшение фотоактпипчного потока. Учитывая, кроме того,
большие световые потери (только очень небольшая часть энергии про-
свечивающих ламп практически используется), не является возможным
использовать сурьмяно-цезиевые фотоэлементы для воспроизведения сиг-
нала с красочных и серебряных фонограмм в передвижной широкопленоч-
ной аппаратуре с указанной просвечивающей лампой.
Применение сурьмяно-цезиевых фотоэлементов в данной аппаратуре
требует замены просвечивающей лампы 35 вт 5 в и соответствующей пере-
делки питающих ее устройств. Данные факторы затрудняют повсемест-
ное использование лишь одного сурьмяно-цезиевого фотоэлемента, несмот-
ря па преимущества последнего по сравнению с кислородно-цезиевым
фотоэлементом. Новейшая широкопленочная передвижная киноаппаратура
выпускается уже с сурьмяно-цезпевыми фотоэлементами (в ней выполнены
указанные выше требования, касающиеся лампы и питающего устройства).
§ 121. КРАСОЧНО-СЕРЕБРЯИАЯ ФОНОГРАММА
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
В ЦВЕТНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ КИНОФИЛЬМАХ
Красочно-серебряпая фонограмма на позитивной многослойной кино-
пленке (в копиях цветных фильмов) дает возможность получить удовле-
творительный результат прп использовании как сурьмяно-цезиевого, так
и кпслородно-цезиевого фотоэлементов. Как показывает опыт, даже частич-
ное сохранение металлического серебра в красочной фонограмме на много-
слойной кинопленке дает возможность значительно улучшить ее качество
при использовании кпслородно-цезиевого фотоэлемента. Но все же красоч-
но-серебряная фонограмма не может считаться окончательным решением
задачи, ибо наличие двух различных типов фотоэлементов, строго говоря,
требует различно обработанных фотографических красочно-серебряных
фонограмм (но говоря уже о том, что применительно к тому или иному типу
фотоэлемента желательно использование различных источников света).
Как уже указано выше, паилучшпм решением проблемы является
использование чистоссребряной фонограммы на цветной многослойной
кинопленке илп при переходе на гидротипный метод—серебряной фоно-
граммы на обычной черно-белой позитивной кинопленке. Первый метод
связан с некоторым усложнением технологии фотографической обработки
массовых цветных фильмокопий, поэтому он до сих пор не получил прак-
тического применения. Необходимость сохранения значительного количе-
ства металлического серебра в фонограмме в случае использования
кпслородно-цезиевого фотоэлемента также вызывает технологические
трудности по той причине, что это количество серебра вредно для киноизо-
бражения и в отличие от фонограммы должно быть удалено пз послед-
него. По указанной причине надлежащее качество красочно-серебряной
, фонограммы (т. е. фонограммы с достаточно большим количеством серебра)
не в ущерб киноизображению может быть получено лишь при раздельной
обработке фонограммы и киноизображения на одном носителе в виде
позитивной многослойной кинопленки.
В настоящее время предложено много таких методов обработки, из которых
можно отметить следующие:
I. Методы с использованием специальной пасты, покрывающей киноизображение
- или фонограмму.
а) Методы с использованием специальной отбеливающей вязкой пасты, покрываю-
щей часть пленки, па которой находится киноизображение.
31 в А. Бургов е481
Примером подобной отбеливающей пасты может служить, папример, вязкая
паста, полученная путем смешения 5—10% раствора железосинеродистого калия с рас-
твором специального вещества декстрина плп колоркола (одного из растворимых в воде
эфиров целлюлозы), пли крахмала. Подобная паста определенной вязкости (не допуска-
ющей ее растекания па кинопленке) наносится после цветного проявления только па
участок пленки, занятый киноизображением. Благодаря диффузии железосинеродистого
калия вглубь кинопленки происходит окисление металлического серебра во всех эмуль-
сионных слоях позитивной кинопленки и переход пх в нерастворимую соль, которая
удаляется фиксированием.
Процесс обработки позитивной многослойной пленки с использованием для кино-
изображения отбеливающей вязком пасты состоит пз следующих операций: цветного
проявления, промывания, останавливающей ванны (стоп-ванны), нанесения па изо-
бражение с помощью специального приспособления (фильеры), находящегося на про-
явочной машине, отбеливающей пасты и процесса отбеливания, промывания, сульфит-
ной вапны (для разрушения отбеливающей пасты), промывания, осветления фоно-
граммы в виде удаления желтого фильтрового слоя на участке пленки, занятом
фонограммой (слабым раствором железосинеродистого калия), промывания, фикси-
рования, промывания.
б) Методы с использованием специальной защитной вязкий пасты, наносимой
на участок кинопленки, занятый фонограммой.
Функция подобной пасты заключается в защите фонограммы от действия отбели-
вающего раствора,—отбеливающего, таким образом, лишь одно киноизображение.
Основными веществами защитной пасты являются: декстрин, сахар в сочетании с дру-
гими коллоидами (как, например, тилолом, колорколом, крахмалом, агар-агаром, гум-
миарабиком, казенном и др.) или коллоидный раствор с солями меди, которые обра-
зуют в процессе отбеливания особый осадок, еще более препятствующий проппкнове
нию отбеливающего раствора в эмульсионные слои на участке кинопленки, занятом
фонограммой.
в) Методы с применением проявляющей пасты, производящей вторичное проявле-
ние лишь одного участка кинопленки, занятого фонограммой после отбеливания всей
кинопленки.
Данные методы, имеющие целью увеличение количества серебра в фопограмме-
основаны на нанесении на участок кинопленки, занятый фонограммой, после отбели-
вания кинопленки специальной проявляющей пасты (состоящей, папример. пз колор,
кола в соединении с сильно действующим проявителем, например, мстолгидрохппоно-
вым с едким калием). Нанесение проявляющей пасты производится роликом, погружен
ным нижней своей частью в сосуд с пастой, а верхней частью соприкасающегося с кино-
пленкой.
При применении подобных методов необходимо удаление желтого фильтрового
слоя из участка кинопленки с фонограммой (желтый фильтровый слой поглощает свет,
хорошо действующий на сурьмяно-цсзиевый фотоэлемент, вызывая этим самым умея ь
шенпе отдачи фонограммы) и, кроме того, введение дополнительного фиксирования
после вторичного проявления.
Таким образом, процесс обработки позитивной многослойной кинопленки для
данных методов состоит пз следующих операций: цветного проявления, промывания,
останавливающей ванны, промывания, осветления фонограммы, промывания,фиксиро-
вания, промывания, отбеливания, промывания, проявления фонограммы, промывания,
фиксирования изображения, промывания, сушки.
II. Технологические методы, основанные па местном действии химических обраба-
тывающих растворов на участке кинопленки, занятом фонограммой или киноизо-
бражением (достигаемые с помощью специальных приставок к проявочным машинам).
Примером подобных методов может являться метод, при котором отбелка
киноизображения производится в специальной приставке к проявочной машине, где
движущаяся кинопленка становится на ребро так, что только нижняя се часть, не-
сущая киноизображение, погружается в отбеливающий раствор высокой концентра-
ции. Аналогичным образом путем установки кинопленки на ребро можно произво-
дить вторичное (дополнительное) проявление фонограммы с целью получения боль-
шей серебряной плотности фонограммы. Некоторой разновидностью данных методов
является метод раздельной обработки киноизображения и фонограммы. Этот метод
предусматривает дополнительное интенсивное черно-белое проявление фонограммы
перед цветным проявлением всей кинопленки па приставке особой конструкции. Он
осуществляется путем нанесения проявочного раствора на участок фонограммы сухой
экспонированной непроявлепной кинопленки при поступлении последней в проявоч-
ную машину (предложен Блгомбсргом и Кирилловым).
Данный метод раздельной обработки фонограммы и киноизображения состоит
из следующих операций: черно-белого проявления одной фонограммы, дубления,
промывания, цветного проявления (фонограммы и киноизображения), промывания,
фиксирования, промывания, ослабления (удаления фильтрового слоя из фонограммы
и киноизображения), промывания.
432
Черно-белое проявление фонограммы может быть применено также после цвет-
ного проявления (данный метод обработки предложен Арцпшевским). Подобной разно-
видностью является американский способ получения красочно-ссрсбряной фоно-
граммы с повышенным количеством серебра па многослойной позитивной кинопленке
«Истмен» (тип 5381). При применении данного способа в начальной своей стадии фото-
графическая обработка является общей для киноизображения и фонограммы; после
цветного проявления кинопленки, когда на ее участках, занятых киноизображением
и фонограммой, образуются металлическое серебро и краситель, кинопленка подвер-
гается фиксированию, а затем промыванию и отбеливанию. В результате фиксирования
удаляется непроявленное галоидное серебро, а в результате отбеливания металличе-
ское серебро превращается в бромистое серебро. Если затем подвергать черно-белому
проявлению лишь площадь звуковой дорожки, то происходит восстановление метал-
лического серебра на участке, занятом фонограммой. После снятия черно-белого про-
явителя с кинопленки струей воды и промывания киноизображение и фонограмма под-
вергаются дальнейшей одинаковой обработке
К рассматриваемой группе методов может быть также отнесен оригинальный
метод комбинированного проявления со сдвигом чувствительности (предложен Пет-
ровым). Этот метод дает возможность увеличить относительный контраст и понизить
чувствительность участка кинопленки, соответствующего фонограмме, т. е. тем самым
получить большую плотность металлического серебра на участке кинопленки, заня-
1 ом фонограммой.
Все указанные методы получения красочно-серсбряноп фонограммы с повышен-
ным количеством серебра и чисто красочного изображения технологически довольно
затруднительны, поэтому они не получили применения в отечественном кинопроиз-
водстве.
Существует еще компромиссный метод получения красочно-серебря-
ной фонограммы—метод, не требующий раздельной обработки фонограммы
и киноизображения, но зато обусловливающий сравнительно небольшое
количество серебра в фо но грамме (плотностью 0,5—0,6) и, кроме того,
повышенный шум заплывания (вследствие большего рассеяния света).
Данный метод (предложенный киностудией Мосфильм) заключается
в том, что черно-белый негатив фонограммы копируется на позитивную
многослойную кинопленку с вес-ьма повышенной экспозицией так, чтобы
в результате отбеливания серебро по возможности из киноизображения уда-
лилось полностью, а в фонограмме, наоборот, осталось в большем коли-
честве (метод частичного отбеливания).
Учитывая то, что некоторое количество серебра в киноизображении, невидимому,
не вредит последнему, а, наоборот, способствует более хорошей передаче глубоких теней
(уменьшая цветную окраску теней, которая возникает ввиду недостаточно хорошего
цветового баланса слоев в области высоких плотностей), можно в известной мере остав-
лять его, повышая тем самым количество серебра в фонограмме. Однако для решения
этой задачи необходимо определить то количество серебра, оставляемое в киноизобра-
жении, которое не приводит к ухудшению качества последнего.
При применении данного метода частичного отбеливания разница
экспозиций при копировании участков фонограммы и киноизображения
должна устанавливаться именно с расчетом удаления серебра из кино-
изображения и получения максимального количества серебра в фоно-
грамме.
При копировании обычно применяются те или иные корректирующий
светофильтры, обусловливающие получение нейтральной черно-белой
фонограммы (из-за отличия спектрального состава источника света црц
копировании от белого и нестандартности чувствительности отдельных
эмульсионных слоев позитивной многослойной кинопленки). Но вообще-
говоря, при применении данного метода для получения лучшей частот-
ной характеристики фонограммы целесообразно использовать в процессе
копирования спнезеленые светофильтры, обусловливающие образование
фонограммы в верхнем (желтом), а также частично в среднем (пурпур-
ном) слоях кинопленки. Определение степени участия красителя каждого
отдельного слоя в формировании фонограммы определяется путрм изме-
31* 483.
рения оптической плотности отбеленной и фиксированной чпсто красоч-
ной фонограммы в свете, выделяемом соответствующим светофильтром.
При использовании того или иного метода получения красочно-сереб-
ряной фонограммы количество серебра в фонограмме зависит как от
качества позитивной многослойной кинопленки, так и главным образом
от условий печати негатива фонограммы и от технологии обработки пози-
тива на многослойной кинопленке, в частности от степени отбеливания
fcep
——।—।—1_____' > t
0 0,6 1,0 1,8 2,2 Z,6J)8u3
Рис. 4G0. Кривые зависимости
плотности, обусловленной сереб-
ром, от оптической плопюсти фо-
нограммы прп различных мето-
дах обработки цветной многослой-
ной кинопленки11: /?сер — плот-
ность, обусловленная выделив-
шимся серебром; Ввиз—плот-
ность, определенная визуальным
путем
цветной фильмокопии.
На рпс. 460 приведены кривые зависимости плотности, обусловленной
выделившимся серебром, от оптической плотности фонограммы (определен-
ной визуальным путем с помощью обычно-
го денситометра) при применении различ-
ных технологических способов получения
красочно-серебряной фонограммы (цо дан-
ным НИКФИ). Эти кривые были получены
следующим образом: сначала определялась
плотность красочно-серебряной фонограм-
мы, затем после отбеливания и фиксирова-
ния—плотность чпсто красочной фонограм-
мы; разность указанных плотностей да-
вала плотность, присущую металлическо-
му серебру.
Как видно пз рпс. 460, количество
металлического серебра, имеющегося вкра-
сочно-серебряпой фонограмме, довольно
сильно отличается при разных методах
и способах получения красочно-серебря-
ной фонограммы, точнее, от степени отбе-
ливания (кривая 1 соответствует малому
отбеливанию, а кривая 7—почти полному
отбеливанию). Для всех методов сохра-
няется лишь общая закономерность—воз-
растание плотности, обусловленной сереб-
ром, при увеличении оптической плотности красочно-серебряной фоно-
граммы, измеренной обычным денситометром. Прп Применении кино-
пленки с желтым фильтровым слоем отмечается, кроме того, эффект
неодинаковой степени отбеливания участков фонограммы с записью высо-
ких п низких частот (прп применении желтого фильтрового слоя отбелка
необходима для удаления последнего). Металлическое серебро с участков,
где записаны высокие частоты, удаляется в большей степени, нежели
с участков с записями низких частот. Кроме того, замечено, что отбелива-
ние зависит от плотности: прп малых плотностях оно происходит быстрее,
нежели прп больших плотностях.
§ 122. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛА
КРАСОЧНО-СЕРЕБРЯНОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ФОНОГРАММОЙ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КИСЛОРОДНО-ЦЕЗИЕВЫХ
И СУГЬМЯНО-ЦЕЗИЕВЫХ ФОТОЭЛЕМЕН1ОВ
В отличие от фонограммы на черно-белой кинопленке, состоящей лишь
из металлического серебра, красочно-серебряная фонограмма на цвет-
ной позитивной многослойной кинопленке состоит пз красителей п серебра.
Наличие красителей приводит к тому, что поглощение фонограммы
становится спектрально избирательным, и, следовательно, характеристики
красочно-серебряной фонограммы как модулятора света становятся зави-
4S4
симыми как от количества серебра, так от спектральных характеристик
излучения просвечивающей лампы и от чувствительности фотоэлемента.
Применяемые в отечественной звуковоспроизводящей аппаратуре
два основных типа фотоэлементов, кислородно-цезиевый и сурьмяпо-це-
зпевый, имеют резко отличающуюся между собой спектральную чувстви-
тельность. Следовательно, невозможно получить красочно-ссребряную фоно-
грамму, которая обладала бы одинаковым весьма высоким качеством для
обоих фотоэлементов (при определенном источнике света). Но практически
благодаря наличию металлического серебра все же можно добиться удо-
влетворительной красочпо-серебряной фонограммы как прп использова-
нии кислородно-цезиевого, так и сурьмяно-цезиевого фотоэлементов *.
Рис. 461. Кривые относитель-
ной отдачи Л и нелинейных
искажений Б (коэффициента
разностного тпяа) красочной
серебряной фонограммы плот-
ностью 2 от плотности нега-
тива (-^=2,85) при использо-
вании кислородно-цезиевого
фото элемента (фильтр 00-40-
80—нейтральная черно-белая,
фоно! рамма)
Были произведены сравнительные испытания цветосерсбряных и обычных сере-
бряных фонограмм; получение первых производилось по методу фотографической обра-
ботки позитивной многослойной кинопленки с частичной отбелкой (метод, предложен-
ный киностудией Мосфильм). В испытании, проведенном Ленинградской киностудией
Ленфильм, негатив серебряной фонограммы с записью частот 1000 гц и з'аппсыо биений
5000—4500 гц па пленке ЗТ-4 копировался па отечественную позитивную многослой-
ную кинопленку производства Шосткипской фабрики. Полученные прп различных
условиях копирования позитивы поперечной фонограммы подвергались Измерению:
плотности цветных полей—на визуальном денсито-
метре; отдача и частотные характеристики—обыч-
ным образом; нелинейные искажения—путем изме-
рения шума заплывания в динамическом режиме
с помощью измерителя искажений фонограммы.
Отдача, частотные характеристики п нелиней-
ные искажения во всех случаях определялись как
па кислородно-пезпевом, так п иа сурьмяио-цезпсвохм
типовых фотоэлементах. В качестве просвечивающей
лампы использовалась типовая лампа, применяемая
в стационарной звуковоспроизводящей аппаратуре
п работающая прп цветовой температуре 3000°К.
В процессе копирования применялись также раз-
личные светофильтры. В результате работы были
установлены оптимальный режим и нормативы пе-
чати фонограммы иа цветной пленке. Критерием
оптимальных плотностей серебряного негатива и кра-
сочно-серебряиого позитива являлись отдача и вели-
чина нелинейных искажений. Так как компенсаци-
онный метод фотографической обработки фонограм-
лмы определяет целый ряд компенсационных пар
Dp—D^, соответствующих минимуму нелинейных
искажений, то за исходную плотность позитива
была принята плотность красочно-серсбряной фоно-
граммы, которая соответствует достаточно большой
и более или менее одинаковой отдаче нейтральной
черно-белой фонограммы при использовании обоих
типов фотоэлементов.
С точки зрения отдачи прп использовании как
сурьмяно-цезиевого, так п кислородно-цезиевого
фотоэлементов оптимальными плотностями негати-
ва явились плотности от 1,8 до 2,2; при средней
оптимальной плотности негатива 2 (уЛг=2,5—2,85)
оптимальной (в отношении отдачи на обоих типах
фотоэлементов) плотностью позитива оказалась сред-
няя плотность, также приблизительно равная 2.
Применительно к данной плотности позитива
с помощью динамического метода определялась
плотность пегатпва, имеющего минимальные нели-
нейные искажения в форме шума заплывания.
* Зто следует пз сравнительного испытания красочно-ссрсбряных п обычных
серебряных фонограмм, проведенного Ленинградской киностудией Ленфильм (под
руководством Раковского) совместно с Ленинградским институте м кпнопнженеров
(Бургов, Цирулипа) п Ленинградской кппокоппровалыюй фабрикой (Калнпикос),
а также в результате работы НИКФИ (Парфентьев).
4S5
На рис. 461 приведены кривые отдачи и нелинейных искажений красочно-сере-
бряной фонограммы плотностью 2 в зависимости от плотности негатива при использо-
вании кислородно-цезиевого фотоэлемента. Отдача выражена в децибелах по отноше-
нию к отдаче компенсированного позптива серебряной фонограммы, а нелинейные
искажения—в процентах коэффициента искажения (коэффициента разностного топа).
Из этих кривых видно, что оптимальной плотностью негатива является плот-
ность 2,35. Исходя из этого, с серебряного негатива плотностью Z)N=2,35 был отпеча-
тай ряд красочно-серсбряных пози-
тивов с различными плотностями в
пределах от 0,6 до 3. При копирова-
нии применялись фильтры, дающие
во всех случаях нейтральную черно-
белую фонограмму. Кривые отдачи
н нелинейных искажений получен-
ных позитивов приведены на
рпс. 462. Из этого рисунка видно, что
компенсационные плотности позити-
ва красочио-серебряной фонограммы
для обоих типов фотоэлементов имеют
Рис. 463. Частотная характеристи-
ка позптива красочио-серебряной
поперечной фонограммы при ис-
пользовании кислородно-цезисвого
фотоэлемента
Рпс. 462. Кривые относительной отдачи А и
нелинейных искажений Б красочио-серебряной
фонограммы в зависимости от плотности позп-
тива для кислородно-цезиевого к и сурьмяно-
цезиевого с фотоэлементов
различное значение (для сурьмяно-цезиевого DPK=1,5, а для кислородно-цезиевого
Z)pjf=2,2). Коэффициенты нелинейных искажений, соответствующие компенсационным
плотностям, равны 1,5% для сурьмяно-цезиевого фотоэлемента и 2,5% для кислородно-
цезиевого фотоэлемента. Поскольку в звуковоспроизводящей аппаратуре используются
два типа фотоэлементов, то компромиссной (с точки зрения нелинейных искажений)
плотностью красочно-серсбряного позитпва, очевидно, является плотность Z)p=l,8,
соответствующая точке пересечения кривых искажений обоих фотоэлементов а. Ей
отвечают значение коэффициента нелинейных искажений (коэффициента разностного
тона) не более 8% и значения отдачп—3 дб для сурьмяно-цезиевого и —9 дб для
кислородно-цезиевого фотоэлементов.
Таким образом, средними компенсационными плотностями серебряного негатива
перезаписи и красочпо-серебряного позптива с него, дающими наплучшие результаты
в отношении нелинейных искажений и отдачп при использовании обоих типов фотоэле-
ментов, являются:
Dv=2,35,
Х>р = 1,8.
(Данное значение Dp должна иметь и средняя статистически наиболее частая плотность
фонограммы в массовых копиях.)
На рис. 463 приведена частотная характеристика позитива красочио-серебряной
поперечной фонограммы, соответствующая значениям Л2У=2,35 и £)р=2,2, т. е.
Оптимальной плотности (в отношении нелинейных искажений) при использовании
кислородно-цезиевого фотоэлемента. Лучшая частотная характеристика соответствует
оптимуму прп использовании сурьмяно-цезиевого фотоэлемента. Вообще можно сказать,
что подобно черно-белой фонограмме с уменьшением степени компенсации и возраста-
нием шума заплывания ухудшается также частотная характеристика звукопередачи..
486
Рпс. 464. Кривые относи-
тельной отдачи А и нели-
нейных искажений Б кра-
с очно-серебряноп фонограм-
мы в зависимости от плот-
ности позитива для кисло-
родно-пезпевого к и сурьмя-
но цезиевого с фотоэлемен-
тов при применении фильтра
ври печати, обусловливаю-
щего нейтральную фоно-
грамму
Рис. 465. Кривые относитель-
ной отдачи А и нелинейных
искажений Б красочпо-сереб-
ряной фонограммы в зависи-
мости от плотности позитива
для кислородно-цезиевоги к и
сурьмяно-цезиевого с фотоэле-
ментов при применении фильт-
ра при печати: желтый
80%+серый 0,54
487
1 Как показывают крпвые, приведенные па рпс. 464—468, отвечающие различным
фильтрам при печати, цветность фонограммы практически пе оказывает существенного’
влияния иа величину отдачи и нелинейных искажений прп указанных выше оптималь-
ных значениях плотности. Хотя нейтральная, черно-белая фонограмма и дает по отда-
че наилучший результат, ио выигрыш в отдаче сравнительно мал (1—2 дб). В процессе
печати целесообразно пользоваться сипезсленым фильтром (рис. 466), который обуслов-
ливает лучшую отдачу высоких частот и, кроме того, более или менее одинаковую отда-
чу (прп Dp=2) для обоих фотоэлементов. Последнее может быть объяснено тем, что
дб
О
-30
-20
-30
327.
102
3,27.
—ЦП 1 , t » т . 1 . ч 1 » <---1--4
0,6 0,8 1,0 1,2 Z4 1,6 1.8 2.0 2,2 2Л 2,6 2,8 3.0
Плотность позитиоа пр
Рис. 46G. Кривые относительной отдачи А
и нелинейных искажений Б красочио-ссрсбря-
ной фонограммы в зависимости от плотности
позитива для кислородно-цезиевого к п сурь-
мяно-цезиевого с фотоэлементов при примене-
нии фильтра при печати: спиезеленый 80% +
серый 0,54
в данном случае фонограмма формируется главным образом в среднем слое позитивной
многослойной кинопленки. Таким об-
J007 Раз0М» применение синезелеиого
* фильтра улучшает частотную харак-
теристику красочпо-ссребряной фо-
нограммы (приближая ее к частот-
ной характеристике серебряной фо-
нограммы). Одновременно в случае
применения сурьмяно-цезиевого фо-
тоэлемента уменьшается шум вслед-
ствие зернистости.
Пз сказанного выше следует,
что по сравнению с серебряной фо-
нограммой на обычной черно-белой
кинопленке красочпо-ссребряная фо-
нограмма имеет несколько меньшую
отдачу и худшую частотную харак-
теристику, причем наибольшее от-
клонение всех указанных показате-
лей пмеет место при использовании
кислородно-цезиевого фотоэлемента.
Заплывание в позитиве красоч-
но-серсбряиой фонограммы обуслов-
лено как серебром, так и красителя-
ми (типичный оптимум нелинейных
искажений сохраняется и после уда-
' леппя серебра). По своему значению
оно не меньше заплывания в черно-
белой кинопленке. Что же касается
т
изменения отдачи в зависимости от
количества серебра, то оно при ука-
занной выше оптимальной плотности
позитива сравнительно мало при ис-
пользовании различных режимов от-
беливания.
При технологическом спо-
собе получения красочно-сереб-
ряной фонограммы с небольшим количеством серебра оптимальные режимы
обработки последней различны для кислородно-цезиевого и сурьмяно-
цезиевого фотоэлементов. Если оптимальный режим обработки красочно-
серебряной фонограммы установлен применительно к сурьмяно-цезиевому
фотоэлементу, то при ее использовании с кпелородно-цезиевым фото-
элементом имеют место следующие отклонения от оптимума:
1) более низкий уровень отдачи (и соответственно более низкий эф-
фективный коэффициент модуляции пропускания);
2) более высокий уровень нелинейных искажений в форме шума заплы-
вания вследствие недокомпенсацпи позитива для кислородно-цезиевого
фотоэлемента;
3) более высокий уровень шума фонограммы и более быстрый его рост
в процессе эксплуатации.
При установлении оптимального режима обработки красочно-серебря-
ной фонограммы применительно к кислородно-цезиевому фотоэлементу
и ее использовании с сурьмяно-цезиевым фотоэлементом будем иметь:
1) более низкий уровень отдачи (и соответственно эффективного коэф-
фициента модуляции пропускания);
488
2) более высокий уровень нелинейных искажений в форме шума заплы-
вания вследствие перекомпенсацин позитива для сурьмяно-цезиевого
фотоэлемента.
Тот или иной технологический метод получения красочио-серебряной
фонограммы с повышенным количеством серебра (например, метод раздель-
ной обработки фонограммы и киноизображения с предварительным черно-
белым проявлением фонограммы с помощью специальной приставки)
Рис. 467. Кривые относительной отда-
чи А и нелинейных искажений Б кра-
сочпо-серебряной фонограммы в зави-
симости от плотности позптива для кп-
слородпо-цезиевого к и сурьмяпо-цези-
евого с фотоэлементов при примене-
нии фильтра при печати: пурпурный
80%+серый 0,54
Рпс. 468. Кривые относительной отдачи
А и нелинейных искажений Б красочио-
серебряной фонограммы в зависимости от
плотности позитива для кис дородно-цезие-
вого к и сурьмяно-цезиевого с фотоэлемен-
тов при применении серого фильтра (0,54)
при печати
позволяет в некоторой степени устранить указанные недостатки, посколь-
ку в этом случае фонограмма образуется главным образом серебром, а не
красителями.
Фотоакустическое исследование (произведенное Бурговым и Цирулипой) фонограм-
мы с повышенным количеством серебра, полученной по методу раздельной обработки
(предложенному Блюмбергом и Арцпшевским), показало:
1. Метод раздельной обработки дает возможность значительно повысить плот-
ность серебряного изображения.
Фонограммы на позитивной многослойной кинопленке имеют плотность чпето-
серебряного изображения (полученного в результате удаления красителей), доходящую-
при больших экспозициях до 1,7.
2. Разность между эффективными плотностями темных участков фонограмм
(йзмерепных с помощью фотоэлектрического денситометра ПИКФИ) при использова-
нии сурьмяно-цезиевого фотоэлемента (цветовая температура лампы 3000° К) и кисло-
родно-цезиевого фотоэлемента (цветовая температура лампы 2100° К) в диапазоне визу-
альных плотностей от 1,5 до 2,5 колеблется в пределах от 0,65 до 0,75. (Фонограммы,
обработанные по ^методу киностудии Мосфильм, при тех же условиях имели разность
эффективных плотностей темных участков от 0,9 до 1,16.)
3. Фонограммы имеют отдачу более высокую по сравнению с фонограммами, полу-
ченными по методу киностудии Мосфильм. Это увеличение отдачи приобретает макси-
мальное значение для кислородно-цезиевого фотоэлемента и при малых визуальных
489
плотностях фонограммы (иа 5,5—6 дб для кпслородно-цезиевого фотоэлемента и на 2 дб
для сурьмяно-цезиевого фотоэлемента прп визуальной плотности 1,2). Этот факт имеет
особое значение прп использовании кинопередвижкой аппаратуры с кислородно-цезие-
вым фотоэлементом и лампой накаливания с малой цветовой температурой.
4. Прозрачные участки фонограммы имеют повышенную против допустимой вели-
чины эффективную плотность для сурьмяно-цезиевого фотоэлемента.
5. При формировании фонограммы в двух верхних слоях частотная характери-
стика лучше, чем в случае обычной обработки.
6. Заплывание фотографического изображения приобретает большее значение,
чем в случае обычной обработки, вследствие чего компенсационная плотность негатива
должна быть увеличена или уменьшена плотность позитива.
7. Кривые зависимости нелинейных искажений (коэффициента разностного тона
по отношению к записанному суммарному сигналу) от плотности позитива при разных
плотностях негатива сохраняют раздельные минимумы (оптпмумы) для кислородпо-
цезпевого и сурьмяно-цезиевого фотоэлементов. Эти минимумы смещаются в сторону
Рпс. 469а. Кривые нелинейных искажений (перекрестной
модуляции) поперечной фонограммы в зависпмостп от плот-
ностей негатива для трех различных плотностей позитива
прп использовании позитивных многослойной (5381) и черно-
белой (5302) кинопленок «Истмена
меньших плотностей позитива, возрастают по величине нелинейных искажений (в наи-
большей мере для кпслородно-цезиевого фотоэлемента) и являются довольно избира-
тельными, что говорит об увеличении абсолютной величины заплывания, возрастании
нелинейных искажений и большей критичности компенсации прп использованном мето-
де раздельной обработки.
8. Минимумы (оптимумы) нелинейных искажений для кпслородно-цезиевого
и сурьмяно-цезиевого фотоэлементов несколько сближены. Если прп методе общей
•обработки киностудии Мосфильм эти минимумы в единицах плотностей позитива
•отстоят друг от друга на расстоянии примерно 0,7 (см. рис. 462), то при исследованном
процессе раздельной обработки это расстояние уменьшается примерно до 0,5.
9. Компромиссные режимы для двух типов фотоэлементов (определяемые точка
ми пересечения соответствующих кривых нелинейных искажений) имеют примерно гу
же величину нелинейных искажений, как и при обработке по методу киностудии Мос-
фильм, по абсолютной величине довольно значительную (порядка Ю—12%).
10. Фонограмма характеризуется большей стабильностью качества п меньшим
износом в процессе эксплуатации.
В результате произведенного фотоакустического исследования каче-
ства фонограмм с повышенным количеством серебра, полученных по методу
раздельной обработки, выяснилось, что и в этом случае не устраняется
основной недостаток красочно-серебряной фонограммы на многослойной
кинопленке—ее неодинаковое качество (в первую очередь ее нелинейных
искажений)—при использовании кпслородно-цезиевого и сурьмяно-цезие .
во го фотоэлементов. Для устранения этого недостатка необходимо умень-
шить количество красителя (уменьшить отношенпе количества красителя
490
к количеству серебра), доведя его до возможного минимума, т. е. получить
практически чистосрребряную фонограмму па цветной многослойной кино-
пленке.
В случае использования одного кислородно-цезиевого фотоэлемента
(а тем более сурьмяно-цезиевого фотоэлемента) и установления оптималь-
ных условий фотографической обработки к этому фотоэлементу красочно-
серебряиая фонограмма с повышенным количеством серебра дает доста-
точно хороший результат.
Подобная фонограмма используется в США. На рпс. 469а и 4696 представлены
кривые нелинейных искажении (перекрестной модуляцпп), а па рпс. 469в—частотные
характеристики поперечной красочио-серебряной фонограммы, полученные па позп-
’Рис. 4696. Кривые зависимо-
сти нелинейных искажений
{перекрестной модуляции) по-
перечной фонограммы от плот-
ностей позитива на многослой-
ной кинопленке (5381) для од-
ного негатива определенной
плотности прп применении раз-
личных фильтров в процессе
печати
Рис. 469в. Частотные характеристики попе-
речной красочио-серебряной фонограммы (по
отношению к уровню колебания частотой
1000 гц) при применении в процессе печати
различных фильтров. Негативная киноплен-
ка 5372 (пунктирная кривая—частотная ха-
рактеристика поперечной серебряной фоно-
граммы па позитивной кинопленке 5302)
тивпой многослойной кинопленке «Истмен» применительно к кислородпо-цезпевому
фотоэлементу 144.
Кривые па рпс. 469а показывают зависимость нелинейных искажений от плотно-
стей черно-белого негатива прп различных плотностях позитива (измеренных с помо-
щью кислородно-цезиевого фотоэлемента) па многослойной (5381) и черно-белой мелко-
зернистой позитивной (5302) кинопленках (для нейтральных красочно-серебряных
фонограмм па кинопленке 5381).
На рис. 4696 приведены кривые зависимости нелинейных искажений от плотно-
стей позитива па многослойной кинопленке (5381) для одного негатива определенной
плотности прп использовании различных фильтров при печати.
Частотные характеристики, изображенные па рис. 469в, относятся к красочно-
серебряпой поперечной фонограмме прп применении различных фильтров п к серебря-
ной поперечной фонограмме (пунктирная кривая).
§ 123. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ
ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЕБРЯНОЙ ФОНОГРАММЫ
В ЦВЕТНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ КИНОФИЛЬМАХ
Выше уже указывалось, что наилучшим решением проблемы качества
фонограммы цветных фильмокопий является получение чистосеребряной
фонограммы на цветной многослойной кинопленке. Данная фонограмма
обеспечивает одинаковое, достаточно высокое качество звукопередачи
для обоих типов фотоэлементов.
Имеется ряд технологических методов получения подобной фонограм-
мы прп погружении кинопленки во все растворы полностью. Один из мето-
49.1
дов (предложенный Ткачевым) основан па том, что сначала на позитивную
многослойную кинопленку ведется печать только одного негатива кино-
изображения, затем следуют цветное проявление, промывание, отбеливание,
снова промывание и сушка. На высушенную кинопленку печатается фоно-
грамма, после чего она проявляется в черно-белом проявителе, промывается,
фиксируется, снова промывается и сушится. За исключением двух послед-
них все операции проводятся в темноте. В результате на многослойной
кинопленке образуются серебряная фонограмма и красочное киноизобра-
жение снятого объекта.
При черно-белом проявлении отбеленной пленки образовавшееся при
отбеливании галоидное серебро не восстанавливается. В результате отбе-
ливания, следующего за цветным проявлением, устраняется желтый
фильтровый слой.
При другом методе (также предложенном Ткачевым) на позитивную
многослойную кинопленку сначала печатается фонограмма, после чего
следуют: черно-белое проявление, промывание и сушка. Затем на кино-
пленку печатается киноизображение. Далее имеет место цветное проявле-
ние,; частичное отбеливание (с пониженной концентрацией отбеливающей
ванны), промывание, фиксирование, промывание и сушка. Отбеливающая
ванна характеризуется таким составом и временем отбеливания, при кото-
рых] полностью отбеливается металлическое серебро в киноизображении
(образовавшееся в результате цветного проявления), а в фонограмме сохра-
няется то количество серебра, которое обеспечивает необходимую опти-
ческую плотность.
Проведение обоих указанных методов в условиях массовой печати цвет-
ных фильмокопий связано с целым рядом технологических трудностей
(большинство операций протекает в темноте, необходимы две проявочные
машины, возможна несинхронная печать и т. д.). 'Кроме того, оба метода
имеют еше тот недостаток, что прп них черно-белое проявление и цветное
проявление могут оказывать влияние друг на друга и обусловливать вуаль
в киноизображении и фонограмме. К недостаткам второго метода можно
еще отнести изменение светочувствительности многослойной кинопленки,
подвергшейся операциям черно-белого проявления, промывания и сушки,
и возникающую в связи с этим необходимость подбора светофильтров
для правильной цветопередачи, оперируя с кинопленкой, уже прошедшей
черно-белое проявление.
Таким образом, в технологическом плапе нельзя считать успешно
решенной задачу получения чисгосеребряной фонограммы на цветной
многослойной кинопленке.
§ 124. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СИГНАЛА
ФОНОГРАММОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
НА ЦВЕТНОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ КИНОПЛЕНКЕ
Качество фонограммы переменной плотности па цветной многослойной
кинопленке, красочно-серебряной или красочной определяется ее отда-
чей, степенью создаваемых сю нелинейных и частотных искажений и уров-
нем шума.
Судить об отдаче и о величине нелинейных искажений, вносимых дан-
ной фонограммой, можно на основании кривой зависимости эффективного
коэффициента пропускания копии фонограммы
(х,
492
от экспозиции серебряного негатива, зная положение рабочей точки на
данной кривой п величину амплитуды экспозиции негатива.
Из приведенной формулы следует, что характер кривой эффектив-
ного пропускания копии как функции экспозиции негатива зависит:
от спектрального состава излучения просвечивающей лампы, спектральной
чувствительности используемого типа фотоэлемента и спектрального
коэффициента пропускания цветофотографического изображения в виде
фонограммы на цветной многослойной кинопленке.
Прп одних и тех же условиях воспроизведения изменение эффектив-
ного коэффициента пропускания обусловлено изменением спектрального
коэффициента пропускания фонограммы т(Х). Коэффициент спектраль-
ного пропускания т (X) связан с выходом красителей во всех трех эмуль-
сионных слоях цветной позитивной многослойной кинопленки.
Рис. 470а. Эффективные характеристиче-
ский кривые отдельных слоев и в целом
позитивной многослойной кинопленки при
использовании сурьмяно-цезиевого фото-
элемента (красочная фонограмма)
Рпс. 4706. Характеристические кривые
отдельных слоев и в целом позитивной
многослойной кинопленки прп исполь-
зовании кислородно-цезиевого фото-
элемента (красочная фонограмма)
В процессе цветного проявления многослойной кинопленки количество выделив-
шегося в каждом слое красителя определяется количеством света, прдействовавшего
па этот слой; наряду с красителями выделяется также металлическое серебро в коли-
честве, строго пропорциональном количеству красителя, причем коэффициент пропор-
циональности различен для разных слоев. Из последнего положения вытекает, что со-
впадение характеристических кривых слоев в виде зависимости поверхностной концен-
трации красителя (например, в форме эквивалентно-серой плотности для позитивной
пленки) от экспозиции кинопленки прп цветном балансе кинопленки не обязательно
означает совпадение черно-белых характеристических кривых слоев. Прямолинейные
участки их могут отличаться по своему наклону или коэффициенту контрастности.
Прп изменении спектрального состава излучения источника* будут изменяться
относительно друг друга спектральные экспозиции, соответствующие отдельным слоям,
в результате чего характеристические кривые отдельных слоев сдвинутся параллельно
самим себе в направлении осп экспозиций (см. рис. 442). Равным образохм взаимное
положение характеристических кривых будет зависеть от спектрального распределения
чувствительности применяемого фотоэлемента. Поэтому три характеристические кри-
f вые позитивной пленки, определенные путем визуального измерения, будут отличаться
от таковых при измерении цветных полей с помощью фотоэлемента. В конечном счете
с точки зрения воспроизведения нас интересует суммарная эффективная плотность,
или эффективный коэффициент пропускания фонограммы в целом, по в то же время,
зная'характеристические кривые каждого отдельного слоя, можно тем самым опреде-
лить влияние этого слоя на суммарную эффективную плотность или результирующий
эффективный коэффициент пропускания фонограммы.
Технологически могут быть образованы как красочная, так и красоч-
но-серебряная фонограммы переменной плотности на многослойной кино-
пленке.
493
На рис. 470а и 4706 приведены эффективные общие характеристиче-
ские кривые и характеристические кривые отдельных слоев позитивной
многослойной кинопленки, соответствующие чисто красочному изображе-
нию,—фонограмме при использовании сурьмяно-цезиевого и кислородно-
цезиевого фотоэлементов (получены Ткачевым).
Эффективные общие характеристические кривые (построенные за вычетом вуали
и основы) определялись из сенситограмм, имевших визуально со} ый цвет. Эффектив-
ные характеристические кривые отдельных слоев находились с помощью фотографиче-
ских спектрограмм, подвергнутых различному времени экспозиции и одинаковой фото-
графической обработке с сенситограммами. Накладывая друг на друга участки спек-
трограмм, каждый из которых содержал лишь один выделившийся краситель (различ-
ный для различных спектрограмм), были определены комбинации, дающие в сумме
визуально серый цвет. Эта серая плотность и соответствующие участки с одним краси-
телем в отдельности измерялись иа фотоэлектрическом денситометре с сурьмяпо-
цезиевым и кислородио-цезиевым фотоэлементами. В результате измерений был получен
для каждого типа фотоэлемента ряд значений визуально серых плотностей (за вычетом
вуали), образованных тремя различными красителями, и соответствующий ряд значе-
ний плотностей для каждого красителя (тоже за вычетом вуали).
Данные значения плотностей нанесены на график эффективной общей характе-
ристической кривой, ордината которой является серой плотностью, образованной нало-
женными друг на друга тремя участками с разными красителями.
Как видно из кривых рис. 470а, наибольшее влияние на эффективную
плотность красочной фонограммы переменной плотности при использо-
вании вольфрамовой лампы и сурьмяно-цезиевого фотоэлемента оказывает
пурпурный, т. е. зелеиочувствнтельпый слой, а в случае кислородно-цезие-
вого фотоэлемента (см. рис. 4706) наибольшую в этом отношении роль
играет голубой, т. е. красночувствителыгый слой многослойной кино-
пленки.
Эффективный коэффициент контрастности (коэффициент контрастно-
сти эффективной общей характеристической кривой) резко меняется при
переходе от сурьмяно-цезиевого к кислородно-цезиевому фотоэлементу
(например, от 2,2 до 0,25). Следовательно, должен существенно отличаться
и режим фотографической обработки цветной фонограммы переменной плот-
ности для данных фотоэлементов (например, для указанных выше зна-
чений необходимо иметь yv=0,45 в случае сурьмяно-цезиевого фото-
элемента и тх=4 в случае кислородно-цезиевого фотоэлемента). Таким
образом, нельзя получить одинаковое высокое качество звукопередачи
красочной фонограммой переменной плотности в случае применения обоих
типов фотоэлементов.
Использование в процессе копирования криволинейных участков эффективных
характеристических кривых отдельных слоев (из-за спектрального состава экспони-
рующего света) приводит к образованию нелинейных искажений.
В случае кислородно-цезиевого фотоэлемента при заходе иа криволинейную часть
эффективной характеристической кривой желтого слоя данные нелинейные искажения
будут малы, при заходе иа криволинейный участок эффективной характеристической
кривой голубого слоя, наоборот, велики. При применении сурьмяно-цезиевого фото-
элемента получим обратную картину.
Изменение эффективного коэффициента контрастности отдельных слоев может
быть произведено с помощью цветных фильтров, устанавливаемых между копироваль-
ным источником света и негативом, которые приводят к неодинаковому формированию
фонограммы в отдельных слоях. Расположение фонограммы переменной плотности
в двух верхних слоях улучшает ее частотную характеристику, но при этом несколько-
уменьшается ее* отдача при использовании кислородно-цезиевого фотоэлемента.
В случае красочио-серебряной фонограммы переменной плотности эф-
фективная плотность создается как в силу поглощения света красителями,,
так и в силу поглощения света выделившимся металлическим серебром.
Металлическое серебро обусловливает одинаковую плотность для всех
длин волн света, а красители—переменную эффективную плотность, сле-
494
довательно, суммарная эффективная плотность красочно-соребряного
изображения будет также являться функцией длины волны и изменяться
при измерениях с различными фотоэлементами.
На рис. 471а приведены характеристические кривые красочно-сереб-
ряного фотографического изображения, построенные по сенситограммам,
в которых сохранено наряду с красителями серебро. Кривая I отвечает
случаю измерения плотности
элементом (СЦВ-4), а кривая
II—случаю измерения с ки-
сло род по-цезиевым фотоэле-
ментом (ЦГ-4). Как видно из
кривых рис. 471а, эффектив-
ный коэффициент контрастно-
сти характеристической кри-
вой красочно-серебряного
изображения также изменяет-
ся в зависимости от типа фо-
тоэлемента (для СЦВ-4
^2,5, а для ЦГ-4 тр^0,6),
т. е. сигнал с красочно-сереб-
ряной фонограммы перемен-
ной плотности, так же как
и сигнал с красочной фоно-
граммы, можно воспроизвести
с минимальными искажени-
ями только на том фотоэле-
сенситограммы с сурьмяпо-цезпевым фото-
Рис. 471а. Эффективные характеристические
кривые красочной серебряной фонограммы для
сурьмяно-цезиевого I и кислоролно-цезпевого II
фотоэлементов
менте, для которого предна-
значена фонограмма.
Сопоставляя кривые на
рис. 470 и 471а, можно по-
строить характеристическую
кривую одного серебра. По-
добная кривая изображена
на рис. 4716 (из этой кривой
видно, что максимальное зна-
чение серебряной плотности
в красочно-серебряной фоно-
грамме переменной плотности
при методе обработки кино-
студии Мосфильм не превышает
D
ifiO
g 1.05-
§
0.70-
1-
0,35'
О
0,35 0,70 f,05 Щ7 7.75 2,70 2^5 LgH
Рис. 4716. Характеристическая кривая чисто-
ссребряпого изображения
0,6, а коэффициент контрастности 0,25).
Цветной проявитель менее эффективен, чем черво-белый проявитель,
•поэтому, несмотря на то, что количество бромистого серебра в позитивной
многослойной кинопленке не уступает количеству серебра в черно-белой
позитивной кинопленке, коэффициент контрастности серебряного изо-
бражения в многослойной кинопленке все же значительно меньше ма-
ксимального коэффициента контрастности черно-белой кинопленки. Это
положение и делает зависимым качество красочной и красочно-серебряной
фонограммы от режима фотографической обработки.
Оставление малого количества металлического серебра не может зна-
чительно улучшить качественные показатели. Улучшение может быть
получено дополнительным черно-белым проявлением после цветного
проявления, когда происходит почти что полное восстановление серебра.
Такая красочно-серебряная фонограмма с повышенным количеством
с-еребра имеет характеристические кривые при сурьмяно-цезиевом и кисло-
495
родно-цезпевом фотоэлементах, показанные па рис. 472а (эффективные
коэффициенты контрастности характеристических кривых 4 и 2, 3).
Как следует из рпс. 472а, в этом случае фотографические оптимумы
прп использовании обоих типов фотоэлементов будут меньше отличаться
друг от друга, чем в случае красочной фонограммы. Но еще более
выгодным является использование чистосеребряной фонограммы пере-
менной плотности на цветной многослойной кинопленке, поскольку каче-
ство серебряной фонограммы выше качеств красочных и красочпо-
серебряных фонограмм. Применяя вместо цветного проявления черно-
белое проявление многослойной позитивной кинопленки, можно получить
характеристическую кривую (рис. 4726), близкую к характеристической
кривой обычной позитивной черно-белой кинопленки (желтый фильтро-
вый слой, остающийся при черно-белом проявлении, удаляется последую-
щим осветлением).
Для получения серебряной фонограммы и красочного киноизобра-
жения на позитивной многослойной кинопленке экспонированная пленка
Рпс. 472а. Эффективные характеристи-
ческие кривые красочпо-серебряний
фонограммы с повышенным количеством
серебра при сурьмяно-цезиевом I и ки-
слородно-цезисвим II фотоэлементах
Рис. 4726. Характеристическая кривая
многослойной позитивной кинопленки
при черно-белом проявлении
сначала подвергается на участке, занятом фонограммой, черно-белому про-
явлению, а затем уже всем остальным операциям цветной фотографической
обработки, в результате которых образуется цветное киноизображение.
Содержащаяся в этом процессе цветной фотографической обработки
отбеливающая ванна незначительно уменьшает плотность фонограммы,
но в то же время, как это следует пз рис. 473, приводит к смешенью
начала прямолинейного участка характеристической кривой в область
меньших плотностей. Такой эффект имеет следствием (поТкачеву) возраста
ине разности коэффициентов пропусканий, соответствующих крайним
точкам прямолинейного участка кривой пропускания копии, п соответ-
ствующее увеличение отдачи фонограммы переменной плотности.
Условия звукопередачи несколько ограничиваются тем, что позитив
фонограммы располагается вместе с киноизображением на едином носителе
в виде позитивной многослойной кинопленки.
Характерным для изготовления массовых копий прп том или ином
методе фотографической обработки фонограммы и киноизображения на
цветной многослойной кинопленке является то, что эффективная харак-
496
теристпческая кривая позитива фонограммы задана; применительно
К последней устанавливается уже характеристическая кривая негатива
фонограммы на обычной черно-белой кинопленке. В этом случае каче-
ство звукопередачи в отношении отдачп и нелинейных искажений, так же
как и в случае черно-белой фонограммы переменной плотности, опреде-
ляется характером кривой эффективного пропускания копии, положением
иа пей рабочей точки и областью использования данной кривой. Оче-
видно, с точки зрения нелинейных искажений необходимо получить и ис-
пользовать лишь практически прямолинейный участок указанной кривой.
В случае работы на прямолинейных участках характеристической кривой
негатива и эффективной характеристической кривой позитива это дости-
гается при выполнении условия ур=1, где —коэффициент контраст-
ности негатива, а —эффективный коэффициент контрастности красочно-
серебряного (или красочного) позитива.
Подобно обычной черно-белой серебряной фонограмме переменной
плотности линейная зависимость эффективного коэффициента пропуска-
ния копни от экспозиции се-
ребряного негатива 11^ в неко- 27
торых пределах может быть по-
лучена и прп использовании &&
нижних криволинейных участ-
ков указанных характеристиче- '
скпх кривых. Прп работе на
прямолинейных участках харак-
теристических кривых негатива 1}05
и позитива нелинейные искаже-
ния зависят от степени отступле- 0,?0
ния от значения В об-
р 035
щем случае величина нелпней- J
ных искажений определяется q
кривизной используемого участ-
ка кривой эффективного про- ри
пускания копии. Наклон исполь- ха
зуемого практически прямоли-
нейного участка данной кривой
(зависящий от свойств черно-белой и многослойной кинопленок и усло-
вий копирования) выражает собой чувствительность фотографического
процесса, а значение эффективной амплитуды пропускания — отдачу фоно-
граммы переменной плотности на позитивной многослойной кинопленке.
Особенностью для красочной илп красочио-серебряной фонограммы
переменной плотности на многослойной кинопленке является то, что
величина образующихся нелинейных искажений и отдача зависят от
спектральной чувствительности фотоэлемента. Действительно, значения
эффективных коэффициентов контрастности позптива для различных фото-
элементов неодинаковы. Следовательно, если для одного типа фотоэлемен-
та имеет место выполнение условия 7р=1> то Для другого типа фото-
элемента оно нарушается и появляются нелинейные искажения, вели-
чина которых определяется степенью этого нарушения. Количественная
оценка нелинейных искажений может производиться по методу взаимной
модуляции. Частотная характеристика красочной фонограммы переменной
плотности прп применении сурьмяно-цезиевого и кислородно-цезиевого
фютоэлементов имеет вид, показанный на рис. 474а. Так же как
и в случае поперечной фонограммы, частотная характеристика может
быть несколько улучшена применением при копировании спнезеленого
. 473. Влияние отбеливающей ванны на
актерпстическую кривую (параметром кри
вых является время отбеливания)
32 в. А. Бургов
497
Рис. 474а. Частотные характеристи-
ки красочной фонограммы перемен-
ной плотности прп применении сурь-
мяно-цезиевого с и кислородно-це-
зиевого к фотоэлементов
Рис. 4746. Часточная характеристика
серебряной фонограммы переменной
плотности на цветной ^многослойной
кинопленке
Коэффициент взаимной модуляции в %
20
15
10
^сзуфиииент контра-
стности негатива
(определен
визуальным оенси-
.тсметром)
7ы=0фб(опреде- Ты=ОфЬ(о пределен
лен визуальным визуальным ден-
ХНейтральный ~ I
Zu -негатив Не фильтрован-]
* Дл/'-
ный едет Воль-
фрамовой
лампы
Свет
вольфра-
модой лам-
пы с филь-
трол,погло-
щающим ультра-
фиолет^^ |
на пленке 5302
/7/ 0,6 0,8 0,Ь 0,6 0,8 0,Ь 0,6 0,8
Плотность позитива(измеренная с помощью кислородно-
цезиевого фотоэлемента)
0,2 0,4 0,6 0,8 f,o
Плотность позитива,измеренная
с помощью кислородно-цезиебога
фотоэлемента
5
О
Рпс 4756. Кривые нелинейных
искажений (взаимной модуля
цп и) фонограммы переменней
платности в зависимости от
плотностей позитива на много-
слойной кинопленке(5381) для
одного нега 1ива определенном
плотности (пленка 5373) при
применении различных филь-
тров в процессе печати
Рис. 475а. Кривые нелинейных искажений
(взаимной модуляции) фонограммы перемен-
ной плотности в зависимости от плотностей
позитива на многослойной кинопленке (5381)
для трех плотностей негатива на черно-белой
кинопленке (5373) при пспользовании кисло-
родно-цезиевого фотоэлемента
Рис 475в. Частотные ха-
рактеристики красочно-се-
ребряной фонограммы пере-
менной плотности при при-
менении в процессе печати
различных фильтров. Не-
гативная кинопленка 5373.
(Пунктирная кривая—ча-
стотная характеристика се-
ребряной фонограммы пе-
ременной плотности на по-
зитивной кинопленке 5302)
498
фильтра. В случае серебряной фонограммы переменной плотности на цвет-
ной многослойной кинопленке частотная характеристика представляется
кривой, приведенной на рпс. 4746.
Шум, возникающий в процессе воспроизведения сигнала с фонограммы
переменной плотности на позитивной многослойной кинопленке, обуслов-
лен, так же как и в случае фонограммы на черно-белой кинопленке, зер-
нистостью ее структуры, загрязнениями и механическими повреждениями
фонограммы в процессе ее эксплуатации.
Шум вследствие загрязнений и механических повреждений приобре-
тает максимальное значение для красочной фонограммы прп использо-
вании кислородно-цезиевого фотоэлемента. При применении серебряной
фонограммы переменной плотности и обоих типов фотоэлементов, а также
красочной фонограммы с сурьмяно-цезпевым фотоэлементом наибольшее
значение пмеет шум вследствие зернистости структуры. (В случае красоч-
ной фонограммы последний вид шума обусловлен размерами зерен краси-
телей и неравномерностью пх распределения.) Шум фонограммы на много-
слойной кинопленке в отличие от шума фонограммы на черно-белой
кинопленке зависит от спектрального распределения чувствительности
фотоэлемента и спектральной характеристики излучения просвечивающей
лампы. Такое положение связано с различием спектрального пропускания
красителей в эмульсионных слоях, которые поглощают световую энергию
только в сравнительно узкой области спектра.
В соответствии с характером кривой спектральной чувствительности
фотоэлемента в созданпп флуктуаций фототока могут принимать участие
зерна красителей различных слсев, поэтому в зависимости от формирова-
ния фонограммы в том пли ином слое будет иметь место различный шум.
Динамический диапазон красочной фонограммы переменной плот-
ности в случае сурьмяно-цезиевого фотоэлемента имеет примерно такое же
значение, как и динамический диапазон фонограммы переменной плот-
ности на черно-белой кинопленке (по сравнению с последней красочная
фонограмма имеет меньшую отдачу и меньший шум). Прп кислородно-
цезиевом фотоэлементе он значительно меньше ввиду меньшей отдачи
и увеличения шума.
Динамический диапазон серебряной фонограммы переменной плот-
ности на цветной многослойной кинопленке может быть даже несколько
выше динамического диапазона фонограммы на обычной черно-белой
кинопленке (за счет отбеливания).
Прп использовании пейтральпой красочпо-серебряной фонограммы переменной
плотности с повышенным количеством серебра, обработанной применительно лишь
к одному кпелородно-цезиевому фотоэлементу, так же каки в случае поперечной фоно-
граммы, имеют место достаточно хорошие фотоакустические показатели. На рис. 475а
и 4756 приведены кривые нелинейных искажений (взаимной модуляции), а па
рис. 475в—частотные характеристики красочпо-серебряной фонограммы переменной
плотности с повышенным количеством серебра, получаемой на позитивной много-
слойной кинопленке «Истмен» применительно к кпелородпо-цезпевому фотоэле-
менту 144а. Кривые на рпс. 475а показывают зависимость коэффициента взаимной
модуляции от плотности нейтрального красочпо-серебряного позитива (измеренной
с помощью кислородно-цезиевого фотоэлемента) для трех различных плотностей п
коэффициентов контрастности черпо-белого негатива. На этом же рисунке приведены
для сравнения кривые взаимной модуляции для позитивов, отпечатанных па черно-
белой позитивной мелкозернистой кинопленке (пунктирные кривые).
Кривые па рис. 4756 выражают зависимость коэффициента взаимной модуляции
от плотности красочно-серебряного позитива на многослойной кинопленке для одного
негатива определенной плотности при использовании различных фильтров прп печати.
Кривые на рис. 475в являются частотными характеристиками красочно-серебря-
ной фонограммы переменной плотности с повышенным количеством серебра прп приме-
нении различных фильтров (сплошные кривые) и серебряной фонограммы переменной
плотности (пунктирная кривая). 5
32* 49$
ГЛАВА VIII
МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С ПОМОЩЬЮ ФОНОГРАММЫ
НА УЗКОЙ КИНОПЛЕНКЕ
§ 125. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТП ДВИЖЕНИЯ КИНОПЛЕНКИ
И ШИРИНЫ ФОНОГРАММЫ (ЗАПИСИ) НА КАЧЕСТВО ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
Основным фактором, приводящим к ухудшению качества звукопе-
редачи на узкой кинопленке по сравнению с ЗЪ-мм кинопленкой, является
меньшая скорость узкой кинопленки. Другим фактором будет ширина
записи на кинопленке, которая также уменьшается в случае узкой кино-
пленки. Для 16-мм кинофильма эти факторы видны пз табл. ХХТ,
в которой приведены основные показатели фотографических фонограмм
на 16-лог и 35-мм кинофильмах.
Меньшая скорость узкой кинопленки приводит к сравнительному
уменьшению длины волны записп при той же частоте записываемых
колебаний и имеет следствием соответствующее изменение тех характе-
ристик звукопередачи, одной из зависимых величин которых является
длина волны записи145. Опа вызывает необходимость применения весьма
мелкозернистых кинопленок, обладающих высокой разрешающей способ-
ностью (для передачи достаточно широкого частотного диапазона).
Длина волны записи Хг связана с частотами записываемых и воспроизводимых
колебаний /г и fR при скоростях кинопленки в процессах записи и воспроизведения
я и v зависимостями:
т R
\rfr = (^2)
R = VR*
При одинаковой скоростп кинопленки в процессах записи и воспроизведения,
т. е. при vr — vR = v
\rfr = (454)
следовательно
/г = /д-
Если скорость узкой кинопленки vl6, а 35-ши v35, то при одной и топ же
частоте записываемых колебаний /г отношение длин волн записи для узкой и 35-wUjh
кинопленок будет равно:
16 __ £16
35 ^35
откуда (455)
Лг 16 — Лг зз* ~— •
Уменьшение длины волны записп Хг при понижении скорости кинопленки в про-
цессе записи vr равносильно тому, как если бы при скорости 35-«ши кинопленки ггз5
соответственно изменилась (увеличилась) частота записываемых колебаний jr.
Ж
Таблица XXI
Основные данные фотографических фонограмм
Показатели 16-л«л1 кино- фильм 35-Л1Л1 кинофильм
Скорость движения кинопленки прп воспроизведении сигнала с фоно- граммы (24 кадра в секунду) . . Максимальная ширина поперечной заппсп па негативе Ширина негатива фонограммы пере- менной плотности Ширина звуковой дорожки в пози- тиве Длина читающего штрпха Ширина читающего штриха .... 183 мм/сек 1,5 мм до 2,54 мм 2,0 мм 1,8 мм до 15 456 мм/сек 1,8 мм 2,542120,08 мм 2,544-0,1 мм 2,154;0,05 мм 15—20 р-
Очевидно, эта эквивалентная частота
/гэ *
^35
^6
(456)
На этом основании для 16-,wм кинопленки сохраняют свою силу многие характе-
ристики звукопередачи, зависящие от частоты записываемых колебании (и не зави-
сящие от ширины записи), прп условии, что в них значения частот
заменены соответствующими величинами
456' , 456 456
/г 183 1 183’ /г 183
. 456 _
поскольку скорость узкой 16-лкн кинопленки в , т. е. в 2,э раза меньше скоро-
1 оо
сти 35-a£^u кинопленки. Такое изменение масштаба величии, откладываемых но оси
частот при переходе от 35-мм к 16-лм* кинопленке, показано па рис. 49 применительно
к относительной частотной характеристике отдачи фонограммы прп воспроизведении
с нее сигнала читающим штрихом различной ширины. Подобным образом можно
перестроить (изменив лишь значения частот) и другие характеристики звукопередачи,
как то: частотную характеристику относительного наклона читающего и пишущего
штрихов, характеристику искажений, возникающих прп неравномерной скорости
движения кинопленки в процессе записи пли воспроизведения, частотную характе-
ристику расфокусировки читающего пли пишущего штриха и т. д.
Все эти характеристики выражают ухудшение качества звукопередачи (в форме
увеличения частотных пли нелинейных искажений) прп возрастании частоты передава-
емых колебаний, следовательно, прп переходе от 35-лш к 16-мм кинопленке они соот-
ветственно будут еще хуже.
Некоторым исключением из указанного правила перестройки характеристик при
переходе от 35-ju.m к 16-лм* кинопленке составляют частотная характеристика пишущего
штрпха и кинопленки и характеристика шума заплывания (в смысле измененного
значения частоты как параметра). Как показывает опыт, эти характеристики заппсп
иа 16-Л1Л& кинопленке имеют результат несколько лучший того, который должен был
бы получиться прп использовании соответствующих характеристик 35-мм киноплен-
ки путем замены в этих характеристиках частот с учетом соотношения скоростей
35-мм и 16-л«зг кинопленок. Данное положение объясняется качественно иными усло-
виями заппсп на узкой кинопленке и невозможностью выделения в отдельности
только вышеуказанных факторов.
Уменьшение ширины записп прп использовании узкой кинопленки
приводит к уменьшению динамического диапазона звукопередачи. Как
видно из табл. XXI, у 16-лш кинопленки максимальная ширина записи
в случае фонограммы уменьшается с 1,8 до 1,5 мм, а для фонограммы пере-
менной плотности — с 2,54 до 2 мм. Это приводит к уменьшению отдачи
поперечной фонограммы примерно на 3 дб. Учитывая, кроме того, что значе-
ния плотностей фотографической фонограммы устанавливаются с расче-
501
том получения не столько максимально возможного динамического диапа-
зона, сколько минимального шума заплывания, величина которого при
16-лмг кинопленке больше, чем при 35-лие кинопленке, динамический
дпапазон фонограммы на 16-лш кинопленке будет значительно меньше
динамического диапазона фонограммы на 35-лиг кинопленке. Этому умень
шению динамического диапазона способствует также сравнительное увели
чение уровня шума фонограммы на 16-лш кинопленке. Увеличение шума
фонограммы происходит благодаря сдвигу спектра шума в более низко-
частотную область (с 5000—8000 до 2000—3000 гц), к которой более
чувствительно ухо человека. В результате, несмотря на некоторое умень-
шение максимальной ширины записи (шум при одной и той же скоро-
сти кинопленки уменьшается по закону квадратного корня пз ширины
записи), шум фонограммы на 16-лш кинопленке все же возрастает
по сравнению с фонограммой на 35-лг.и кинопленке.
В процессе эксплуатации фонограммы па узкой кинопленке шум вслед-
ствие загрязнений и механических повреждений все больше увеличивается.
Таким образом, понижение динамического диапазона поперечной фонограм-
мы на узкой кинопленке, в частности на 16-лие кинопленке, обусловлено
не столько уменьшением максимальной ширины записи, сколько умень-
шением скорости кинопленки и соответствующим изменением плотности
фонограммы для получения минимального шума заплывания и увеличением
уровня шума. Очевидно, что качественные показатели фонограммы на 8-мм
кинопленке еще хуже, чем показатели фонограммы на 16-мм кинопленке.
Происходит это благодаря меньших скорости кинопленки (91,4 мм!сек)
и максимальной ширины записи (0,76 мм).
§ 126. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОППП ФОНОГРАММЫ
НА УЗКОЙ КИНОПЛЕНКЕ
И ПХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Современные технологические способы получения копии фотографи-
ческой фонограммы в массовых звуковых фильмокопиях на 16-мм кино-
пленке (с односторонней перфорацией) могут быть представлены в виде
схемы на рис. 476.
Как видно из приведенной схемы, во всех случаях отправным (исход
ным) материалом является позитив фотографической фонограммы на 35-лиг
кинопленке пли магнитная фонограмма на синхронизированном ферро-
магнитном звуконосителе. Негатив (пли позитив) фотографической фоно-
граммы, полученный в результате непосредственной записи на 16-мм кино-
пленку (плп копирования), не является подходящим исходным материалом
для получения фонограмм массовых звуковых фильмокопий надлежащего
качества.
При всех технологических способах предварительно с позитива фото-
графической фонограммы на ЗЪ-мм кинопленке пли с магнитной фонограм-
мы производится электрическая перезапись на 35-лиг пли 16-лглг (пли
2х16-лгл/) кинопленку. Как показывает опыт, высококачественная попереч-
ная фонограмма на 16-лглг кинопленке не может быть получена путем опти-
ческого уменьшения непосредственно 35-лглг нескорректированного пози-
тива фонограммы на 16-мм кинопленку хотя бы потому, что в этом случае
при установлении той плп иной оптимальной с точки зрения отдачи и шума
плотности позитива не может быть достигнута необходимая компенсация
шума заплывания. Кроме того, переход с ЗЪ-мм на 16- мм кинопленку обя-
зательно требует коррекции частотной характеристики. Таким образом
процесс перезаписп необходим для корректирования амплитудных и частот-
502
Рис. 476. Схема технологических способов получения копии фотографической фонограммы па 16-л«л« кинопленке
ных характеристик, учитывая специфические особенности звукопередачи
узкой кинопленкой (меньшая скорость и соответственно худшие ампли-
тудные и частотные характеристики).
В процессе перезаписи могут быть осуществлены:
1) коррекция спада частотной характеристики кинопленки на высо-
ких еще достаточно хорошо передаваемых частотах (коррекция плохо
записанных высоких частот приводит лишь к сильному увеличению шума)
путем соответствующего подъема частотной характеристики в электриче-
ском тракте перезаписи;
2) резкое ограничение частотной характеристики па высоких часто-
тах в целях уменьшения влияния шума заплывания или на низких часто-
тах—для получения надлежащего частотного баланса (устранения преобла-
дающего влияния низкочастотных слагающих) и улучшения работы сжи-
мателя;
3) сжатие динамического диапазона прп записи речи (применительно
к узкой кинопленке, динамический диапазон которой меньше, необходи-
мо сжимать динамический диапазон фонограммы на 35-лш кинопленке);
4) получение того или иного вида фотографической фонограммы (напри-
мер, фонограммы переменной плотности).
При использовании в качестве исходного материала позитива фотогра-
фической фонограммы на 35-лгж кинопленке перезапись осуществляется
на 35-ли« кинопленку или на 16- или па 2 X 16-лиг кинопленку, в резуль-
тате чего получается скорректированный негатив перезаписи на одной
из данных кинопленок. Пользуясь магнитной фонограммой, перезапись
производится на 16- или 2х16-лш кинопленку. Полученные в том или ином
случае скорректированные негативы перезаписи в свою очередь служат
отправными материалами для последующих технологических процессов.
С 35-лш негатива перезаписи производится непосредственно оптиче-
ское уменьшение фонограммы на 16- пли 2х16-лш кинопленку, что дает
фонограмму массовой фильмокопии; или предварительно с негатива пере-
записи получается путем контактной печати 35-лыг скорректированный пози-
тив фонограммы, оптическое уменьшение которого дает 16- пли 2x16-ли
контратипы фонограммы, а с этих последних уже ведется массовая кон-
тактная плп оптическая печать на 16-или 2 X 16-лиг кинопленку. В случае
исходного скорректированного негатива перезаписи на 16- или 2 X 16-лиг
кинопленке, полученного в результате перезаписи 35-лиг позитива фото-
графической фонограммы или магнитной фонограммы, массовые звуко-
вые фильмокопии производятся непосредственно контактной пли оптиче-
ской печатью данного негатива фонограммы на 16-или 2 X 16-лиг кино-
пленку. Наконец, фонограммы в массовых звуковых копиях принципиаль-
но могут быть получены перезаписью ЗЬ-мм позитива фотографической
фонограммы пли магнитной фонограммы методом прямого позитива (пози-
тивная запись) непосредственно на 16- или 2 X 16-лиг кинопленку.
Все указанные технологические способы получения фонограммы в мас-
совых 16-лглг фильмокопиях отличаются между собой количеством техно-
логических операций, необходимой аппаратурой и качеством звукопере-
дачп (фонограммы). Наихудшим с качественной и экономической точек
зрения является технологический способ получения негатива на 16-
или 2х16-л?лг кинопленке путем перезаписи с скорректированного 35-лглг
позитива фонограммы, прп котором используется последующая контакт-
ная печать на зубчатом барабане. Наилучшим в качественном отноше-
нии можно считать способ получения копии путем перезаписи позитив-
ным методом магнитной фонограммы пли способ оптического уменьшения
ЗЪ-мм специально скорректированного негатива фотографической фоно-
граммы непосредственно на 16- или 2 X 16-лиг кинопленку. Способ с пере-
504
JZ-mm позитиВ
фонограммы
0
ЗУ —МА/позитив
киноизображения
Усилитель
записи
Контрольный
говори,гель
ный
усилитель
Деюмпен-\
сатир cue- понлгрдль-
тотной н *'л,/7
таранте-
христики
Аппарат записи
рсакщег
•ртроисть
'Усилитель
° ШЮ 6000га
Рпс. 477а. Скелетная' схема тракта перезаписи фонограммы
на узкую пленку
Частота
Рпс. 4776. Частотная характеристика тракта перезаппсп
505
записью имеет минимальное количество операций и обеспечивает наиболее
высокое качество фотографической фонограммы в 1§-мм фильмокопиях.
Основными недостатками этого способа при массовом изготовлении узких
Рпс. 478. Фонограммы, получспные на
16-мм кинопленке- в результате оптической
печати а и копта печати на зубчатом
барабане б
дб тг=
^2^0гиГ^
.......--ЗОоЬгц-
22
£
---------г
— ЬОЗОгц-
___________________*___________________моой
______Регис/программа лозитиба иас/потных фонограмм
о печать УкДу __________
Ш
W4
2ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZli^^l^^2?::^^^^wZ^^&ZZ^ZZ
го ........... 1 . . -
/«г
Регистрограмма лозитиба чпельогпнь/з: ьронлграмм.
би Пленка М3. Печать на олларпте КДФ Др - /,П [синий efiem}
оее®®о9©ооооэовео«®оо«©®»®®*®9®®в®
• о®оо»ф®о9ео«ов9о90ео»ееоо09фоое«е
J00 ep^0'0H^8002U_± 3000гц ----------— --
---------------------f ШОгцл--------------
----------Г ---ippooeu-.------------------
£----------------------------г ^^\jooow---
is_ (mw
--- -—.................. . '
S ___________ ___________________________
Регистрограмма негатиба частотныз: хронограмм
О Пленка ЗТ-б. Зались на ЗУ У-2 (синий c8emj KN=1}3 ~
e9C9Q9oecQeo®G«o0«ooQeo9oee«999«»9
Рис. 479. Рсгпстрограммы негатива и позитивов (прп использовании
контактной п оптической печати) частотных фонограмм
фильмокопий являются: малая эффективность и сравнительно большие
экономические затраты, обусловленные необходимостью проведения про-
цесса перезаписи для каждой фильмокопии. Такие же недостатки (наряду
с указанными выше трудностями компенсации фотографических нели-
нейных искажений, возникающих благодаря недостаточно высокой разре-
шающей способности кинопленки) свойственны и способу оптического
уменьшения фонограммы. Копировальные аппараты оптического уменьше-
ния и звукозаписывающая аппаратура на 16-лш кинопленку при пореза-
506
писи характеризуются к тому же меньшей производительностью, поскольку
скорость узкой (16-лиг) кинопленки примерно в 2,5 раза меньше скоро-
сти 35-лмг кинопленки.
По указанным причинам в настоящее время в отечественном кино-
производстве применяется технологический способ получения массовых
16-мм фильмокопий с перезаписью 35-мм позитива фотографической фоно-
граммы или магнитной фонограммы на 2x16 мм кинопленку с последую-
щей оптической печатью фонограммы в масштабе 1 :1 на 16-лш кинопленку.
Скелетная схема тракта перезаписи фонограммы на узкую кинопленку
приведена на рис. 477а. Па рпс. 4776 показана частотная характеристика
тракта перезаписи.
Как показывает опыт, наибольшие искажения вносит контактная
печать 16-мм фонограммы на зубчатом барабане благодаря скольжению
кинопленок на участке печати и отсутствию хорошего контакта между*
ними. Данные факторы, действующие в случае печати на узкую киноплен-
ку в значительно большей степени, чем в случае печати па 35-лш киноплен-
ку, приводят к искажениям формы волны записи, ухудшению частотной
характеристики и, кроме того, к нерегулярному изменению отдачи фоно-
граммы. По этим соображениям ранее применявшаяся контактная печать
заменена в настоящее время оптической печатью с помощью аппарата
оптической печати с 2х16-лш негатива КАФ, разработанного НПКФИ
(Лапаури, Пуссэт, Карипиди). На рис. 478 приведены фонограммы с сину-
соидальными записями определенной частоты, полученные на 16-мм
кинопленке в результате контактной печати на зубчатом барабане (копи-
ровальный аппарат УКА-У) и оптической печати (аппарат КАФ).
Из сравнения даже внешнего вида фонограмм можно отметить то улучше-
ние, которое вносит оптическая печать116. Нерегулярные колебания отдачи
при обоих способах печати иллюстрируются регистрограммами, приве-
денными на рис. 479. Частотные потери прп контактной печати на зубчатом
барабане имеют значение порядка 8—10 дб на частоте 4000 гц, а неравно-
мерность отдачи—около 5 дб.
Для получения копия поперечной фонограммы па 16-льи цветной кинопленке
по способу «Кодахром» применяются следующие два метода 143:
1 2
Позитив фотографической серсбряпой Позитив фотографической серебряной
фонограммы па 35-лм* кинопленке. фонограммы па 35-л«.и кинопленке.
Перезапись на ЪЪ-мм черно-белую ки-
нопленку. Скорректированный нега-
тив перезаписи.
Контактная печать. Скорректированный
позитив серебряной фонограммы на
35-jw.w кинопленке.
Перезапись позитивным методом на
35-jit«w черно-белую кинопленку. Скор-
ректированный позитив серебряной
фонограммы на 35-.w,w кинопленке.
Оптическая печать с уменьшением па
16-лш цветную кинопленку.
Оптическая печать с уменьшением на ‘
16-льм цветную кинопленку.
Копня на 16-мм цветной кинопленке.
Копия на 16-мм цветной кинопленке.
§ 127. ЧАСТОТНЫЙ II ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОНЫ ФОНОГРАММЫ
НА УЗКОЙ КИНОПЛЕНКЕ
К основным видам фонограмм, используемым в 16-лыг фильмокопиях, можно отне-
сти многозубчпковую фонограмму и фонограмму переменной плотности (рис. 480).
Указанные выше достоинства данных видов фонограмм являются весьма ценными для
узкопленочной кинематографии. (Технология получения этих фонограмм на узкой
16-мм кинопленке разработана в ННКФИ Карипиди.)
507
Фонограмма пере-
менной плотности
Многодорожечная
фонограмма
Рпс. 480. Фонограммы па узком
фильме
Рис. 481. Частотные характеристики не-
гатива фонограммы и копии, отпечатан-
ной па копировальном аппарате КАФ-32;
негативная пленка ЗТ-4; позитивная
пленка М3; £>^=1,6; £>р=1,4
Рпс. 482. Частотные характе-
ристики негатива а и копии б
фонограммы
Рпс. 483. Величина шума заплывания в зави-
симости от плотности позитива при оптиче-
ской печати с 2х16-лш негатива .
508
Многозубчиковая фонограмма используется без шумопонижения с числом
записей, равным 10.
Основные показатели данной фонограммы: ширина фонограммы 1,5 мм; ширина
звуковой дорожки 2,64-0,1; плотность негатива фонограммы 1,4—1,6; коэффициент
контрастности 2,24-0,2; плотность позитива фонограммы 1,24-0,1.
На рис. 481 приведены частотные характеристики негатива фонограммы п копни
фонограммы, отпечатанной оптическим копировальным аппаратом КАФ. Данные частот-
Рис. 184. Относительная отзача позити-
ва в функции плотности негатива фоно-
граммы переменной плотности при
данном номере копировального света
(крайняя дорожка)
Рпс. 485. Значения коэффициента взаим-
ной модуляции позитива в функции
плотности негатива фонограммы пере-
менной плотности прп данном номере
копировального света
Рис. 486. Частотные характеристики записи на узком пленке
ные характеристики отвечают негативном кинопленке ЗТ-4 и позитивной мелкозерни-
стой кинопленке М3 (7?=90 мм'1). Прп применении в процессе получения негатива
фонограммы перезаписи высокочастотной коррекции частотные характеристики нега-
тива и копии фонограммы имеют вид, показанный на рпс. 482. Величина шума заплы-
вания в зависимости от плотности позитива при оптической печати с 2х16-мм нега-
тива представлена кривыми, изображенными па рпс. 483 (существует большая кри-
тичность условий обработки для получения надлежащей компенсации).
Основные показатели фонограммы переменной плотности: ширина фонограммы
-2,44-0,2 мм; плотность негатива 0,54:0,1; коэффициент контрастности негатива 0,64:
4:0,1; нлизность позитива 0,54:0,1.
509
Зависимости относительной отдачи п коэффициента взаимной модуляции позити-
ва фонограммы от плотности негатива фонограммы переменной плотности выражены
кривыми рис. 484 и 485. Частотный диапазон фонограммы па 16-мм кинопленке
простирается примерно от 100 до 400—4500 гц. Применение для негатива и позитива
(копии) фонограммы более мелкозернистых (по сравнению с ЗТ-4 и М3) кинопленок
дает возможность расширить передаваемый частотный диапазон до 6000 гц.
На рис. 486 и 487 приведены частотные характеристики при использовании для
записи п оптической печати подобных высококачественных кинопленок ЗТ-5 и МЗ-24
Рис. 487. Частотные характеристики
2xl6-3tw кинопленок МЗ-24 и М3. Пе-
чать оптическим методом. Свет синий
(Я=125 мм'1), а также для сравнения
с ними—частотные характеристики при
применении кинопленок ЗТ-4 и М3.
Динамический диапазон фонограм-
мы на узкой кинопленке примерно равен:
поперечной с шумопониже-
нием ...................
многозубчиковой без шумо-
понижения .............
многозубчиковой с шумопо-
нижением ..............
фонограммы переменной
плотности без шумопони-
жения .................
фонограммы переменной
плотности с шумопониже-
нием ..................
Отдача фонограммы
28—30 дб
20—22
25- 28
20—22
»
»
25—30
переменной
плотности примерно на 6 дб меньше отда-
чи многодорожечной фонограммы (при
одинаковом коэффициенте модуляции).
Уровень
- 4
-6
-12
-16
-20
-24
-28
-32
-36
-40
-44
1,0 1,2 1,4 1.6 1.8 2,0 2,2 2#
Плотность позитиба
Плотность светлой части копии на квотной
кинопленке О,, Нодазсром”] |
г ---------o,5s
Все указанные данные относятся
к 16-лш фонограмме па обычной черно-
белой кинопленке.
В случае 16-лш фонограммы на
цветной многослойной кинопленке (тех-
нология которой подобна технологии
35-ЛМ1 фонограммы па многослойной ки-
нопленке) качественные показатели име-
ют более низкое значение. Так, напри-
мер, отдача многодорожечной фонограм-
мы па цветной хмпогослойпой киноплен-
ке в среднем на 6 дб меньше, чем на
черно-белой (плотность цветной вуали
на узкой кинопленке доходит до 0,30—
0,35), а частотная характеристика на
частоте 3000 гц имеет спад, превышаю-
щий на 10 дб спад на данной частоте
черно-белой кинопленки. Уровень шу-
ма цветной 16-лш фильмокопии пример-
но па 6—8 дб больше уровня шума 16-лмг
фонограммы на черно-белой кинопленке.
II ап лучшие характеристики достигаются
для чпстосерсбряной фонограммы па
цветной многослойной 16-лмг киноплен-
ке и для сурьмяно-цезиевого фотоэле-
мента. В этом случае оптимальная плот-
ность позитива l,6J-0,l.
Поперечные фонограммы на 16-мм
цветной кинопленке, получаемые по спо-
собу «Кодахром», характеризуются не-
линейными искажениями (в виде пере-
крестной модуляции) и отдачей согласно
кривым, приведенным на рис. 488а п
488в143. На рис. 4886 приведены кривые
зависимости нелинейных искажений и
относительной отдачи от плотностей чер-
но-белого позитива, а на рис. 488г—те же
кривые в зависимости от плотностей прямого черно-белого позитива. Параметром*
кривых в обоих случаях являются плотности светлой части копии на цветной кино-
Рис. 488а. Кривые зависимости нелиней-
ных искажений (перекрестной модуляции)
и относительной отдачи поперечной фоно-
граммы от плотностей черно-белого пози-
тива при различных плотностях светлой
части копии фонограммы на цветной 16-л^и
кинопленке («Кодахром»)
510
б^день
- 4
-8
-12
-16
-20
-26
-28
-32
-36
-66
О
Отдана <
Плотность светлой
пасти копии нацветн.
кинопленке [„ Кодахром”)
ООО- ___цю
-----------Л71
-----------0,90
б-ООО*
.0,71
'0,90
'0,63
Нелинейные исказ/сения
06000/600^ перекрестная
модуляция)
Ufjl
<>0,71
0,69
-60
1,0 1,2 1,6 1,6 1,8 2,0 2,2 2,6~
Плотность позитива
Уровень
О
-4
-8
-12
-16
-20
-26
-28
-32
-36
-60
„ 600^
Отдана
6000-
Нелинейные исказ/се-
ния fбООО/ПОО^ пере'
крестная модуля-
ция)
-66-
20 22 1,6 1,6 1,8 2,0 2,2 2,6
Плотность позитива
KO 1,2 1,6 1,6 18 2,0 2,2 2,6
Плотность пом mu да
Рпс. 4886. Кривая нелинейных искаже-
ний (перекрестной модуляции) и кри-
вые относительной отдачи черно-белых
позитивов поперечных фонограмм, ко-
торые были использованы для изготов-
ления копий фонограмм по способу
«Кодахром». Позитив плотностью 1,28
характеризуется наименьшим заплыва-
нием фонограммы
Рпс. 488в. Кривые зависимости нелинейных
искажений (перекрестной модуляции) и oiho-
ептелыюп отдачи поперечной фонограммы от
плотностей прямых черно-белых позитивов
(позитивная запись) при различных плотно-
стях светлой части копии фонограммы на цвет-
ной 16-мм кинопленке («Кодахром»)
Рис. 488г. Кривая нелинейных иска-
жений (перекрестной модуляцпп) и кри-
вые относительной отдачи черпо-белых
прямых позитивов поперечных фоно-
грамм (позитивная запись)д применен-
ных для изготовления копий фонограмм
по способу «Кодахром»
пленке (которые, как показал опыт, являются паплучшим показателем степени заплы-
вания поперечной фонограммы при использовании способа «Кодахром»). Кривые’,
нелинейных искажений и отдачи черно-белого позитива и прямого черно-белого по-
зитива, которые были использованы в этих случаях для получения (оптической печати'
с уменьшением) массовых копий иа 115-мм цветной кинопленке, приведены отдельно;
на рис. 4886 и 488г. *
Плотности черно-белых негативов, позитивов и копий на цветной кинопленке'
измерялись фотоэлектрическим денситометром с визуальным фильтром.
§ 128. ЗАПИСЬ ЗВУКА НА УЗКОЙ КИНОПЛЕНКЕ
Запись (перезапись) звука на узкую 2х16-лш кинопленку осугцест-1
вляется с помощью отечественной звукозаписывающей аппаратуры ЗКУ-2’
и 2Р-2 со светомодулирующпмп системами с зеркальным гальванометром
типа СМ-9 (поперечная запись) и 1Р-4 (интенсивная запись).
Принципиально оптические схемы данных светомодулпрующпх систем,
такие же, как и в случае соответствующей записи на 35-лш кинопленку;
(см. пх описание выше).
В обоих случаях применяется лишь специальный оптический удвои-
тель, благодаря чему запись производится одновременно на двух звуковых
дорожках 2х16-лмс кинопленки.
Следует считать выгодным использование в узких фильмокопиях фоно-
граммы переменной плотности, являющейся менее критичной к оптиче-
ской юстировке и практически свободной от шума заплывания (за границей
широкое применение пмеет магнитная запись на узкой 16-лш кинопленке:
и главное на 8-мм кинопленке, для этой цели край кинопленки покрывает-
ся ферромагнитным составом).
Оптическая схема светомодулпрующей системы 1Р-4 для фотографи-
ческой интенсивной звукозаписи на 2x16 мм кинопленку (разработанной
Ленинградским заводом Кинап под руководством Мелик-Степаняна) пред-
ставлена на рпс. 489а. Конденсор 2 и ахроматическая линза 4 совместно
дают изображение нити лампы 1 в плоскости модуляционного зеркальца 5.
Ахроматическая линза изображает диафрагму 3 в плоскости окна 7. Конден-
сорная линза 6 через диафрагмы 7 п 8 создает изображение зеркальца
в плоскости механической щелп 14. Ромбические призмы 9 осуществляют
оптическое раздвоение механической щели. Сферические линзы 10, 11
изображают диафрагму-окно 7 по длине на кинопленке в масштабе, необ-
ходимом для получения заданной ширины звуковой дорожки. Цилиндри-
ческие линзы 12 вместе с линзами 10, 11, изображают механические щели
на кинопленке 13 по ширине. Длина каждого пишущего штриха 2 мм,
ширина 13 р.. Шумопонижение записи осуществляется с помощью подвиж-
ных заслонок, расположенных за окном и приводимых в движение (сме-
щаемых) электромагнитным механизмом. В качестве модулятора света
применяется магнито-электрический зеркальный гальванометр с зеркаль-
цем размером 6,5x1,25 мм2 (см. фотографию свстомодулирующей системы
1Р-4, приведенную на рис. 4896).
С помощью светомодулпрующей системы 1Р-4 можно производить
также противофазную запись (путем соответствующего изменения выреза
диафрагмы 3) и интенсивную запись переменной ширины (используя
заслонки шумопонижающего устройства, расположенные около диафраг-
мы 3).
Интенсивная позитивная запись на 16-л«л1 кинопленке прп применении в качестве
модулятора света «светового клапана» (плп ленточного осциллографа) может быть осу-,
ществлена по оригинальному способу с применением смещающего переменного тока,
ультразвуковой частоты (разработанному в США)147.
Данный способ заключается в том, что в ленточки «светового клапана» (находя-
щиеся в двух различных плоскостях) наряду со звуковым током подается смещающий
ультразвуковой ток частотой порядка 24 ОСЮ гц. Амплитуда данного смещающего тока
512
Рис. 489а. Оптическая схема с петом одул ирующей системы 1Р-4
(размеры в миллиметрах)
Рпс. 4896. Светомодулпрующая спстема 1Р-4 для
фотографической интенсивной записи на 2х16-льм
Рпс. 489в. График, поясняю-
щий изменение экспозиции
прп интенсивной записи с
ультразв} ковым смещением
кинопленку
1 "**—
Положение ленточки по
отношении} к неподвижному
кран} при отситстдии модуляции
33 В. А. Бургов
513
обусловливает отклонение ленточек, которое примерно вдвое больше расстояния между
ними при отсутствии модуляции. Несмотря на то, что ленточки «светового клапана»
характеризуются резонансной частотой порядка 9000—10 000 гц, они все же при доста-
точно большом ультразвуковом токе могут совершать колебания требуемой амплитуды
и при частоте смещающего тока порядка 24 000 гц.
При отсутствии записываемого звукового сигнала смещающий ток обусловливает
изменение ширины «светового клапана» (илп времени экспозиции кинопленки) по зако-
ну синусоидальных колебаний ультразвуковой частоты, у которых в течение некоторой
части периода срезаны верхушки. Колебания с частотой 24 000 гц и выше не записы-
ваются на кинопленке; поэтому в силу подобного частичного выпрямления ультразву-
ковых колебанпй действующей является лишь средняя ширина «светового клапана»
или средняя величина времени экспозиции, отвечающая тому времени, когда «световой
клапан» открыт.
В процессе записи ленточки совершают колебания по закону суммарного (звуко-
вого и смещающего ультразвукового) тока. В результате в течение переменней частп
периода звуковых колебаний происходит перекрытие одной ленточки другой ленточкой
(ленточки находятся в разных плоскостях), степень которого зависит от мгновенного
положения ленточек илп от соответствующих значений звукового тока. Следовательно7
средняя ширина «светового клапана» и среднее время экспозиции кинопленки изменяют-
ся с изменением мгновенных значений звукового тока. Данное явление используется
для линеаризации криволинейного участка кривой т= (Н) в области больших пропу-
сканий кинопленки (илп малых пропусканий «светового клапана») и одновременно для
некоторого шумопонижения, связанного со смещением рабочей точки па данной кри-
вой (в зависимости от уровня звукового сигнала). В результате возрастает отдача п не-
сколько понижается шум фонограммы переменной плотности.
Данный способ получения позитивной интенсивной заппсп применительно к одной
движущейся ленточке (одполенточному «световому клапану») поясняет график, при-
веденный на рпс. 489в. На этом графике по оси ординат отложена ширина «светового
клапана» (величина пропускания света клапаном), а по осн абсцисс—положение
ленточки.
При отсутствии смещающего ультразвукового тока ширина «светового клапана»
(световой поток, проходящий через клапан, и соответственно время экспозиции кино-
пленки) прямо пропорциональна отклонению ленточки, что показано прямой ОВ.
При подаче смещающего тока ширина «светового клапана» для каждого мгновенного
значения звукового тока изменяется по закону ультразвуковых синусоидальных коле-
баний смещающего тока.
Вправо от точки Е и влево от точки D мгновенные значения звукового тока пре-
вышают амплитудные значения смещающего ультразвукового тока. Когда ленточка
занимает мгновенные положения вправо от точки Е, смещающий ультразвуковой ток
не приводит к образованию средней составляющей времени экспозиции (не происходит
изменения средней ширины «светового клапана» за период ультразвуковых колебаний)
ввиду отсутствия выпрямляющего эффекта. Но при положениях ленточки в пределах
промежутка ED ширина «светового клапана» равна нулю в течение частей периода
ультразвуковых колебаний смещения, соответствующих отрицательным абсциссам,
вследствие чего и изменяется среднее время экспозиции кинопленки (средняя ширина
«светового клапана»). Эти частп периода выражены на рпс. 489в незаштрпхованнымп
участками ультразвуковой кривой.
При положениях ленточки влево от точки D ширина «светового клапана» равна
нулю при всех мгновенных значениях смещающего ультразвукового тока. Таким обра-
зом, колебания звукового тока, отвечающие положениям ленточки в промежутке ED,
при наличии смещающего ультразвукового тока сопровождаются изменениями сред-
ней ширины «светового клапана» и соответственно среднего времени экспозиции кино-
пленки. Данные изменения средней ширины, «светового клапана» обусловливают
кривую АВ (см. рис. 489в). Кривая АВ приблизительно является кривей изменения
среднего времени экспозиции (для точного выражения последней необходимо учесть
эффект ультракороткого времени экспозиции, производимой отдельными ультразву-
ковыми импульсами смещающего тока).
Сопряжение характеристики светового клапана АВЕ (или соответствующей экс-
позиционной характеристики) с кривой пропускания т = ;(//) дает возможность
скорректировать нелинейную часть последней кривой (лежащую в области больших
пропусканий) и тем самым осуществить высококачественную (в отношении динамиче-
ского диапазона) позитивную интенсивную запись звука. Для получения большего
шумопонижения наряду со смещающим ультразвуковым током может быть применен
также смещающпй постоянный ток.
ЧАСТЬ III
МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
С МАГНИТНОЙ ЗАПИСЬЮ
33«
ГЛАВА IX
ОСНОВЫ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
§ 129. ПРИНЦИП И МЕТОДЫ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
Магнитная запись звука, пригодная для практического использования, была изо-
бретена в 1898 г. датским инженером Паульсеном148а. В 1900 г. был продемонстри-
рован первый аппарат Паульсепа—для записи на стальную проволоку. Предложение
использования для усиления сигналов при магнитной записи и воспроизведении
электронной лампы принадлежит русскому ученому Ковалепкову (1920 г.). Он же,
впервые в СССР, предложил применить магнитную запись в звуковой кинемато-
графии. Первые отечественные конструкции аппаратов магнитной звукозаписи со-
зданы в 19331486 г. В настоящее время магнитная запись звука широко используется
в радиовещании, в производстве звуковых фильмов и в различных других отраслях
народного хозяйства — для целей регпетравип как звуковых так п незвуковых
(например, высокочастотных сигналов телевизионных изображений и т. д.) процес-
сов. В данной книге рассматриваются вопросы магнитной записи и воспроизведения
лишь звуковых процессов.
Магнитная запись звука основана на свойстве ферромагнитных тел
намагничиваться при воздействии на них магнитного поля и сохранять
остаточное намагничивание по выходе из этого поля.
В процессе магнитной записи ферромагнитный звуконоситель совер-
шает равномерное движение в переменном магнитном поле, выражающем
записываемый сигнал. В результате отдельные элементы звуконосителя
в направлении развертки сигнала приобретают различное значение оста-
точного намагничивания соответственно записываемому сигналу.
Данное физическое состояние ферромагнитного материала, на кото-
ром произведена магнитная запись, в отличие от материала фотографи-
ческой записи не является односторонним и необратимым. Однажды про-
изведенная магнитная запись легко может быть уничтожена посредством
размагничивания магнитного материала, так что последний вновь стано-
вится пригодным для записи.
В качестве звуконосителей при магнитной записп звука могут быть
использованы любые ферромагнитные материалы, способные сохранять
остаточное намагничивание. Учитывая, что любой процесс записи пред-
ставляет собой процесс развертки временного сигнала по площади зву-
коносителя,—для магнитной записи могут быть применены ферромагнит-
ные звуконосители, имеющие форму ленты, проволоки, диска, цилиндра
и т. д. По многим соображениям, о которых будет сказано ниже, наиболее
удобным (в особенности в кинематографии) является применение звуконо-
сителя в форме тонкой, гибкой однородной ферромагнитной ленты или
ленты, покрытой ферромагнитным составом (слойной). В обоих случаях
толщина ленты составляет примерно 55 р. (микрон).
517
ПеопенВикиляпная мпнгь
Рпс. 490. Схема, поясняющая методы
магнитной зап нс и
Подобная лента движется с равномерной скоростью относительно
переменного магнитного поля, передающего звуковой сигнал, в результате
вдоль ее длины возникает переменное остаточное намагничивание, собствен-
но и являющееся магнитной записью. Очевидно, основная цель получения
высококачественной магнитной записи должна заключаться в том, чтобы
закон изменения остаточного намагничивания в направлении длины ленты
(или проволоки) соответствовал закону записываемого звукового сигнала.
Переменное магнитное поле, представляющее этот сигнал, создается
так называемой записывающей головкой. Записывающая головка той
или иной конструкции принципиально представляет собой незамкнутый
ферромагнитный сердечник из
магнито-мягкого материала
высокой проницаемости, име-
ющий обмотку, по которой
проходит переменный ток зву-
ковой частоты.
Данный ток звуковой ча-
стоты поступает в обмотку
головки от усилителя записи:
он представляет записыва-
емый звуковой сигнал, пред-
варительно преобразованный
микрофоном в форму соответ-
ствующего электрического
сигнала. В процессе магнитной записи звуконоситель в форме ленты или
проволоки движется относительно записывающей головки, по обмотке
которой проходит ток звуковой частоты. В результате каждый элемент зву-
коносителя подвергается намагничиванию мгновенным магнитным полем,
соответствующим моменту прохождения того или иного элемента над
записывающей головкой.
Практически (несколько упрощая существующее положение) можно
считать, что намагничивающее переменное магнитное поле определяется
исключительно записывающей головкой п не зависит от прилегающего
к ней звуконосителя. Это допустимо потому, что магнитная проницаемость
материала звуконосителя значительно меньше магнитной проницаемости
сердечника головки (например, ферромагнитной ленты 1—3 гс/э, сердеч-
ника головки 49ЭЭ—1ООЭЭ- гс/э). Магнитный материал звуконосителя
в целях уменьшения искажений фонограммы магнитными полями рассея-
ния (т. е. лучшего сохранения остаточного намагничивания, полученного
в результате записи), а также для получения меньшего эффекта само-
размагнпчпванпя (см. ниже) должен иметь по возможности большую
коэрцитивную силу. По своему характеру он принадлежит к группе
так называемых магнптотвердых материалов, из которых делаются постоян-
ные магниты. А такие материалы, как известно, по сравнению с магни-
томягкими материалами, идущими на изготовление сердечников головок,
имеют значительно меньшую магнитную проницаемость.
Силовые линии намагничивающего магнитного поля могут по-раз-
ному проходить внутри движущегося звуконосителя. Так, например, они
могут проходить в направлении движения звуконосителя. Такой метод
магнитной записи называется продольной магнитной записью. В случае
применения звуконосителя в форме ленты они также могут проходить от
одной узкой боковой поверхности к другой узкой боковой поверхности
перпендикулярно длине илп направлению движения звуконосителя. Такой
метод записи называется поперечным методом. Наконец, магнитные сило-
вые линии в толще ленты могут проходить в перпендикулярном направ-
518
Ленин к широким поверхностями направлению движения ленты. Такой
метод записи называется перпендикулярным методом.
При применении звуконосителя в форме цилиндра (например, круг-
лой проволоки) последние две разновидности сливаются в одну. Для такого
звуконосителя можно лишь говорить о перпендикулярном методе записи
(хотя практически осуществить его очень трудно, поскольку угловое поло-
жение подобного звуконосителя ничем не определено).
Рпс. 490 поясняет указанные методы магнитной записп. В настоящее
время исключительное применение получила продольная магнитная
запись. Практически невозможно получить продольную магнитную запись
в чистом виде. При данном методе записп наряду с продольным намаг-
ничиванием в некоторой степени всегда имеет место перпендикулярное
намагничивание (в этом смысле приведенная выше классификация мето-
дов магнитной заппсп весьма условна).
§ 130. ТИПЫ ЗАПИСЫВАЮЩИХ ГОЛОВОК
II ПХ СТАТИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
В качестве записывающих головок для получения магнитной записи
в зависимости от метода записи и характера звуконосителя могут быть
использованы головки различных типов. Некоторые типы подобных голо-
вок показаны на рис. 491. Схемы головок для продольной магнитной за-
писи приведены отдельно на рис. 492.
В головках для магнитной записп на проволоке (и воспроизведения
с нее сигнала) для устранения ее соскальзывания и спутывания приме-
няется (см. рпс. 491) открытая направляющая канавка (головка откры-
того типа) илп трубчатая направляющая (головка закрытого типа). Голов-
ка первого типа выгодно отличается от головки второго типа удобством
зарядки проволоки, но зато последняя головка характеризуется мень-
шим рассеянием намагничивающего поля.
При использовании звуконосителя в форме стальной ленты приме-
няются двухполюсные записывающие (и воспроизводящие) головки. Лента
при своем движении не искривляется и не запутывается, как проволока,
и допускает как продольную, так и перпендикулярную магнитную запись.
Как видно из рис. 492, прп применении двухполюсной и кольцевой головок
для продольной записи между полюсами в толще звуконосителя суще-
ствует одинаковое по направлению распределение магнитного силового
потока. Разница между данными головками заключается лишь в том, что
у двухполюсной головки краевые магнитные поля рассеяния имеют боль-
шее значение, чем у кольцевой головки. Это приводит к тому, что каче-
ственная картина распределения магнитного поля у данной головки
является менее выгодной в отношении частотных искажений, возникающих
в процессе магнитной записи сигнала звуковой частоты.
По указанной причине, а также по эксплуатационным удобствам
(кольцевые головки выгодно отличаются от двухполюсных головок постоян-
ством междуполюсного зазора и односторонним прилеганием к звуко-
носителю) записывающие головки кольцевого типа имеют исключитель-
ное применение на практике (впервые предложены в 1935 г. П1юллером148в).
Магнитное поле, создаваемое кольцевой головкой, распространяется
за пределы зазора между полюсными наконечниками.
Это свойство головки неотъемлемо связано с возможностью произве-
дения магнитной записп. Магнитная запись кольцевой головкой осуще-
ствляется именно ее краевым магнитным потоком, проходящим через зву-
коноситель, а этот последний может образоваться в должной мере лишь тог-
дал когда существует некоторый зазор между полюсными наконечниками.
519
Звуконоситель - проволока
Перпендикулярная запись
Продольная запись
С голодна открытого типа}
Рис. 491. Головки для различных методов магнитной записи
На рпс. 493 изображена картина поля магнитных силовых линий вбли-
зи зазора типовой кольцевой головки (построенная Порто на основе ана-
литического расчета).
Рассмотрение рис. 493 позволяет сделать следующие основные выводы,
касающиеся характера распределения магнитного силового поля в зазоре
кольцевой головки и вне его в пространстве расположения звуконосителя:
1) напряженность магнитного поля быстро уменьшается по мере
удаления от зазора; в направлении толщины звуконосителя;
Рис. 492. Схемы статических магнитных полей
головок для продольной магнитной записи
2) по мере углубления в зазор магнитное поле становится все более
равномерным, определяясь в глубине зазора некоторой постоянной
напряженностью;
3) вдоль поверхности головки, огибаемой звуконосителем, магнит-
ное поле характеризуется различным направлением и степенью напря-
женности;
4) за пределами зазора напряженность поля падает по мере удале-
ния от топ или другой .стороны зазора.
Движущийся элемент звуконосителя (ленты), входя прп магнитной
записи в зону магнитного поля, подвергается его воздействию согласно
кривых изменения горизонтальной и вертикальной составляющих напря-
женности поля в направлении движения звуконосителя. Данные кривые
изменяются в зависимости от степени удаления элемента звуконосителя
от поверхности сердечника головки.
Па рпс. 494 приведены кривые изменения относительных значений
горизонтальных п вертикальных составляющих напряженности магнит-
ного поля (по отношению к постоянной напряженности в глубине зазора)
для различного удаления у от поверхности сердечника, выраженного
в долях ширины зазора 2 6 (по Порто 149). В точках, расположенных
по вертикали, совпадающей с центральной линией зазора, напряжен-
ность магнитного поля характеризуется исключительно горизонтальной
составляющей. На поверхности сердечника влево и вправо от точек А и Б
(рис. 493) вертикальные составляющие напряженности магнитного поля
имеют наибольшее значение. По абсолютной величине они одинаковы на
обоих краях (в симметричных относительно центра зазора точках), но про-
тивоположны по направлению. Как видно из рис. 494, при удалении от
поверхности сердечника для точек, лежащих над зазором но обе стороны от
центральной линии зазора, вертикальная составляющая напряженности
магнитного поля убывает быстрее, чем горизонтальная составляющая
521
напряженности поля. По мере приближения к центральной линии зазора
вертикальные составляющие уменьшаются и на центральной линии зазора
становятся равными нулю. Что же касается горизонтальной составляющей
напряженности магнитного поля, то она, симметрично изменяясь отно-
сительно центральной линии зазора (вдоль поверхности сердечника голов-
ки), в отличие от вертикальной составляющей не меняет свой знак.
На поверхности сердечника в крайних точках зазора А и Б (см.
рпс. 493) имеют место максимальные, наиболее резко выраженные значения
горизонтальной и вертикальной
составляющих напряженности
магнитного поля (превышающие
даже напряженность магнитного
поля в глубине зазора). По мере
удаления от поверхности сердеч-
ника резкие выбросы кривых из-
менения горизонтальной и вер-
тикальной составляющих напря-
женности над этими точками
[Рпс. 493. Каршпа магнитного поля
вблизп зазора кольцевой головки
4
н_
-2 b
------Вертикальная составляющая
—-----Гоатпнтальная «'
Рпс. 494. Кривые изменения относительных
значений горизонтальных и вертикальных со-
ставляющих напряженности магнитного поля
кольцевой головки: а—кривые для »-лоя зву-
коносителя, непосредственно прилегающего
к поверхности сердечника головки; б—кри-
вые Для слоев звуконосителя, удаленных от
поверхности сердечника головки
уменьшаются, и прп некотором
удалении двухгорбая кривая
изменения горизонтальной со-
ставляющей напряженности маг-
нитного поля переходит в одно-
горбую кривую с максимальной
напряженностью на централь-
ной линии зазора. Таким обра-
зом, поверхностный ферромаг-
нитный слой звуконосителя (со-
прикасающийся с сердечником)
и слои в толще его подвергают-
ся различному намагничиванию.
Физически ясно, что карти-
на распределения магнитных си-
ловых линий поля на краях за-
зора зависит от радиуса закруг-
ления ребер зазора. Чем меньше
радиус закругления, т. с. чем
острее очерчены эти ребра, тем
больше напряженность магнит-
ного поля в точках, лежащих
на этих ребрах. Теоретиче/кп
прп отсутствии какого-либо закругления, т. е. при наличии ребер,
образованных идеальными углами, напряженность в точках ребер
равняется со, так как в этом случае конечный магнитный поток
проходит через бесконечно малые площадки ребра. Практически никогда
не может быть достигнуто это положение, поэтому напряженность магнит-
ного поля в указанных точках всегда является хотя и большой, но конеч-
ной величиной. При тщательной обработке и сборке сердечника головки
радиус закругления р может быть весьма малым. Уже прп р = 0,01 о
модуль напряженности магнитного поля в точках А и Б в несколько раз
превышает напряженность магнитного поля в глубине зазора.
Выражение степени удаления от поверхности сердечника в долях ши-
рины зазора целесообразно по той причине, что толщина ферромагнитного
покрытия ленты является соизмеримой с шириной зазора записывающей
головки. От ширины зазора записывающей головки зависит то расстоя-
522
нпе (от поверхности сердечника), на которое распространяется действу-
ющее магнитное поле, т. е. используемая в процессе записи толщина
ферромагнитного слоя ленты. Прп ширине зазора порядка 10—15 р. эффек-
тивная часть поля простирается на несколько десятков микрон.
Как видно из приведенных рисунков для поверхности сердечника,
максимальное значение как вертикальной, так и горизонтальной состав-
ляющей (и следовательно модуля напряженности магнитного поля) имеет
место на ребрах головки.
На элемент звуконосителя, находящийся за крайней точкой Б,
действует главным образом вертикальная составляющая напряженности
магнитного поля. Как видно пз рпс. 494, на крайнем боковом участке полюс-
ного наконечника вправо от точки Б (см. рис. 493) уже при небольшом
удалении от зазора (в направлении движения звуконосителя) вертикаль-
ная п горизонтальная составляющие напряженности магнитного поля
сравнительно мало изменяются по мере углубления в толщу звуконоси-
теля.
В общем случае определяя намагничивание по всей толщине ферро-
магнитного покрытия ленты, необходимо учитывать изменение кривой
напряженности магнитного поля по мере углубления в толщу звуконоси-
теля, т. е. различие кривой напряженности для каждого отдельного
элементарного $лоя.
Некоторые исследователи считают, что возрастание напряженности
магнитного поля к острым краям (ребрам) зазора головки не пмеет зна-
чения для магнитной записи, так как уже при небольшом удалении
ферромагнитного слоя от поверхности головки (по Вестмыозу150 на рас-
стоянии большем 1/10 ширины зазора) последний не испытывает напря-
женность большую, чем в глубине зазора, и край зазора никогда не
бывает абсолютно острым.
§ 131. МЕТОД МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
СО СМЕЩЕНИЕМ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ
Предположим сначала, что осуществляется запись постоянного си-
гнала (тока), т. е. та или иная головка уподобляется постоянному ма-
гниту, примыкающему своими полюсными наконечниками непосредствен-
но к звуконосителю (ленте), движущемуся с равномерной скоростью.
В этом случае элемент звуконосителя, входя в магнитное поле головки
и двигаясь в его пределах, подвергается намагничиванию согласно про-
странственному изменению напряженности этого поля, соответствующему
определенной величине постоянного тока в обмотке головки.
Пусть звуконоситель, на котором производится запись постоянного
сигнала, является полностью размагниченным, а запись осуществляется
одной лишь горизонтальной составляющей напряженности магнитного
поля головки в форме двухгорбой кривой с неравными по высоте горбамп.
Тогда в зависимости от того, какой более высокий или низкий горб будет
первым в направлении движения звуконосителя, будем иметь схемы нама-
гничивания, представленные на рис. 495 и 496. Как видно из этих рисун-
ков, в обоих случаях остаточная индукция элемента звуконосителя на
выходе его из магнитного поля головки практически определяется ма-
ксимальным пиковым значением горизонтальной составляющей напряжен-
ности данного поля. В случае одногорбой кривой АБВ (рпс. 495) нама-
гничивание происходит по циклической кривой А'Б'В' и остаточная индук-
ция определяется также максимальным пиковым значением горизонталь-
ной составляющей напряженности магнитного поля. Для вертикальной
523
составляющей напряженностп магнитного поля, кривая которой имеет
двухгорбую форму, но с горбами различных знаков, процесс намагни-
чивания будет протекать так, как показано на рис. 497а и 4976.
Пз данных рисунков видно, что и в этом случае остаточная индукция
будет приблизительно определяться максимальным (по ходу звуконосителя)
пиковым значением вертикальной слагающей напряженности магнитного
поля того илп иного знака и намагничивание будет иметь соответствую-
щий знак.
В случае кольцевой головки и точек звуконосителя, соприкасаю-
щихся с поверхностью сердечника головки, последнее максимальное пико-
вое значение горизонтальной составляющей и максимальное пиковое зна-
чение вертикальной составляющей напряженности магнитного поля прак-
Рпс. 495. Намагничивание размагни-
ченного звуконосителя горизонталь-
ной составляющей напряженности
магнитного поля (первый горб кри-
вой напряженности более низкий,
чем второй)
Рпс. 496. Намагничивание размаг-
ниченного звуконосителя горизон-
тальной составляющей напряжен-
ности магнитного поля (первый горб
кривой напряженности более высо-
кий, чем второй)
тически совпадают со сбегающим ребром головки. Поэтому можно считать,
что запись сигнала на поверхностном слое звуконосителя обусловли-
вается именно этим ребром головки. В ферромагнитном слое звуконоси-
теля, удаленном от поверхности сердечника, результат определяется
изменениями пика одногорбой кривой напряженностп, совпадающего
с центральной лпнпей зазора—в этом случае играет роль лишь горизон-
тальная составляющая напряженностп.
Говоря о собственно продольной магнитной записи, мы должны свя-
зывать намагничивание звуконосителя с изменением горизонтальной соста-
вляющей напряженности магнитного поля, так как именно она произво-
дит продольное намагничивание звуконосителя (см. рис. 495 и 496).
Вертикальная же составляющая напряженности магнитного поля осущест-
вляет перпендикулярное намагничивание звуконосителя.
Как следует из рис. 494, б, абсолютные величины горизонтальной и
вертикальной составляющих напряженности магнитного поля возрастают
с уменьшением ширины зазора кольцевой головки. Сказанное поясняет
лишь запись постоянного сигнала (например, в форме постоянного тока),
так как только при этом ограничении можно оперировать статическими
524
магнитными полями головок. В действительности, при магнитной записи
звука мы имеем дело с переменным и по величине п по направлению
сигналом—с записью колебаний звуковой частоты.
В этом случае рассмотренные выше статические магнитные поля, созда-
ваемые в толще звуконосителя кольцевой головкой в процессе записи
(при прохождении по обмотке головки тока звуковой частоты), стано-
вятся динамическими полями, т. е. происходит изменение напряжен-
ности и направления магнитного поля не только как функция пространства,
но и как функции времени. Например, составляющие напряженности маг-
нитного поля на сбегающем ребре или на центральной линии зазора коль-
цевой головки изменяют во времени не только свою абсолютную величи-
ну, но и направление.
Рис. 497а. Намагничивание размагни-
ченного звуконосителя вертикальной
составляющей напряженности магнит-
ного поля (максимальный горб кривой
напряженности имеет отрицательный
знак)
ничейного звуконосителя вертикаль-
ной составляющей напряженности
магнитного поля (максимальный
горб кривой напряженности пмеет
положительный знак)
Таким образом, при записи колебаний звуковой частоты происходит
соответствующее колебательное изменение (по величине и направлению)
ординат кривой напряженности магнитного поля головки, которое имеет
максимальное значение для ординаты, соответствующей максимальному
пику напряженности статической картины магнитного поля. Как показывает
анализ и в этом случае, при записи колебаний низкой звуковой частоты,
величина остаточной индукции, возникающая в элементе звуконосителя,
определяется не динамической картиной всего магнитного поля, создавае-
мой головкой при прохождении по ее обмотке переменного тока, а только
лишь изменением максимальных пиковых значений горизонтальной и вер-
тикальной составляющих напряженности магнитного поля. Следовательно,
можно сказать, что магнитная запись колебаний низкой звуковой частоты
кольцевой головкой на поверхностном ферромагнитном слое звуконоси-
теля в основном обусловливается соответствующим изменением напря-
женности магнитного поля на сбегающем ребре головки, а в слое, уда-
ленном от поверхности сердечника головки—изменением напряженности,
отвечающей пику одногорбой кривой, расположенному на центральной
линии зазора.
Магнитное поле обратного направления за центральной линией зазора
головки приводит к тому, что статическая кривая изменения напряжен-
ности магнитного поля по достижении максимума делается более пологой.
525
Как будет пояснено в дальнейшем, от крутизны спада пиковой напря-
женности магнитного поля головки зависит передача колебаний высокой
звуковой частоты. При малом спаде (пологой кривой) напряженности
за пределами пика напряженностп магнитного поля кольцевой головки
при записи высоких звуковых частот элемент звуконосителя подвергается
некоторому размагничиванию, которое тем больше, чем выше частота.
Преимущество записывающей кольцевой головки перед головками дру-
гих типов' как раз и заключается в том, что она обусловливает большую
заостренность (более крутой спад) пика кривой напряженности, статиче-
ского магнитного поля на центральной линии зазора илп сбегающем ребре
головки и, следовательно, лучшую передачу высоких частот. Крутизна
спада пика данной кривой зависит от конструкции и материала сердечника
головки и косвенно связана с шириной зазора головки.
При протяженности действующего магнитного поля в звуконосителе
порядка 40 р. и скорости звуконосителя 456 ммIсек отдельные его элемен-
ты проходят действующее магнитное поле в течение 1/114С0 сек. Это время
мало по сравнению с периодом записываемых колебаний низкой или даже
средней звуковой частоты. Для данных частот (ниже 1000 гц) можно счи-
тать, что элемент звуконосителя, проходя намагничивающее пиковое
пространственное магнитное поле головки, подвергается намагничиванию
практически неизменяющимся магнитным полем, а именно: полем постоян-
ной напряженностп, соответствующей тому илп иному мгновенному
значению записываемого звукового сигнала.
В этом случае пространственная конфигурация статического магнит-
ного поля головки, очевидно, теряет свое значение, и передача в процессе
магнитной записи колебаний низкой звуковой частоты может быть одно-
значно охарактеризована используемым участком начальной кривой намаг-
ничивания плп боковой кривой предельной петли гистерезиса материала
звуконосителя. Понятно, что в целях получения по возможности меньших
нелинейных искажений должен использоваться более прямолинейный
участок той илп иной из упомянутых кривых. При передаче переменного
звукового сигнала колебания должны происходить вокруг некоторого
среднего значения напряженности, которое должно определять положе-
ние рабочей точки в центре прямолинейного участка указанных кривых.
Боковая ветвь предельной петли гистерезиса обладает более протя-
женным и более крутым прямолинейным участком, чем начальная кривая
намагничивания. С этим связаны меньшие нелинейные искажения и боль-
шая амплитуда остаточной индукции или так называемая отдача магнит-
ной фонограммы. Следовательно, наиболее выгодно использовать именно
боковую ветвь предельной петли гистерезиса, а не начальную кривую
намагничивания. Сказанное определяет один пз возможных (ранее при-
менявшихся) методов магнитной записи; данный метод характеризуется
тем, что используется звуконоситель, предварительно доведенный до насы-
щения, а в обмотку записывающей головки наряду со звуковым током по-
дается постоянный ток. Величина и направление данного тока смещения
выбираются такими, что рабочая точка смещается в центральную точку
используемого прямолинейного участка боковой кривой гистерезисной
петли.
Этот метод магнитной записи называется методом записи со смещением
постоянным током (разработан Паульсоном и Педерсоном в 1907 г.).
Соответствующая ему картина передачи синусоидального сигнала
представлена на рис. 498. Точка О является рабочей точкой, распо-
лагающейся в центре наиболее прямолинейного участка левой ветви
предельной петли гистерезиса, ограниченного точками А и Б. При устра-
нении магнитного поля в моменты времени, отвечающие данным точкам,
52В
Рпс. 498. Схема намагничивания
звуконосителя прп применении
метода магнитной записи со сме-
щением постоянным током
Рис. 499. Характеристи-
ка остаточной индукции
в звуконосителе в слу-
чае использования боко-
вой ветви предельной
петли гистерезиса
Рис. 500. Ха-
рактеристика
остаточной ин-
дукции в звуко-
носителе в слу-
чае использова-
ния для магнит-
ной записи на-
чальной кривой
намагничива-
ния
кВ
527
на элементе звуконосителя сохраняются остаточные индукции, опреде-
ляемые соответствующими точками О', А' и Б'. В случае полного исполь-
зования практически прямолинейного участка боковой ветви предельной
петли гистерезиса при передаче синусоидального сигнала данные точки опре-
деляют остаточную индукцию паузы и максимальную п минимальную
величины остаточной индукции, соответствующие крайним амплитудным
значениям записываемого сигнала.
Кривая остаточной индукции в звуконосителе при топ илп иной кри-
вой напряженности магнитного
Рпс. 501. Магнитное поле стираю-
щей головки
поля может быть определена непосред-
ственно из кривой зависимости индук-
ции от напряженности магнитного поля,
соответствующей используемому участ-
ку боковой ветви предельной кривой
гистерезиса.
Данная характеристика находится
в результате определения отдельных
частных значений остаточной индукции,
полученных при мгновенном снятии маг-
нитных полей соответствующей напря-
женности. В случае использования
боковой ветви предельной петли гисте-
резиса эта характеристика имеет вид,
показанный на рис. 499. Подобная харак-
теристика в случае использования для
магнитной записи начальной кривой на-
магничивания представлена на рис. 500.
Как видно из рис. 500, при отсут-
ствии смещения рабочей точки на на-
чальной кривой намагничивания и нали-
чии совершенно размагниченного звуко-
носителя запись в силу малой крутизны
и большой кривизны используемого
участка кривой будет отличаться малой амплитудой остаточной индукции
и большими нелинейными искажениями.
Если в целях увеличения амплитуды остаточной индукции или отдачи
магнитной фонограммы и уменьшения нелинейных искажений рабочую
точку установить на более прямолинейной и крутой части кривой остаточ-
ной индукции (путем подачи постоянного тока в обмотку головки), то при
воспроизведении возрастет шум, ибо в этом случае остаточная индукция
паузы не может быть равной нулю. Кроме того, в этом случае протяжен-
ность прямолинейного участка значительно меньше, чем в случае исполь-
зования боковой ветвп предельной петли гистерезиса. Таким образом,
говоря о методе магнитной записи со смещением постоянным током, наи-
более выгодно относить его к случаю использования звуконосителя, пред-
варительно намагниченного до насыщения и к работе на одной из ветвей
предельной петли гистерезиса.
Для многократного осуществления магнитной записи на одном и том
же звуконосителе или для подготовки звуконосителя к записи произ-
водится стирание произведенного ранее или имеющегося переменного
намагничивания ферромагнитного слоя звуконосителя.
При магнитной записи со смещением постоянным током предваритель-
ное стирание или, точнее, нивелирование различных ступеней намагни-
чивания звуконосителя осуществляется путем намагничивания послед-
него до насыщения постоянным током, подаваемым в обмотку специальной
стирающей головки.
528
Стирающая кольцевая головка имеет устройство, аналогичное запи-
сывающей кольцевой головке, с той лишь разницей, что в ней устанавли-
вается большая ширина зазора и кривая напряженности магнитного поля
для различно удаленных от поверхности сердечника элементов звуконо-
сителя пмеет одногорбую форму.
Пиковое значение горизонтальной составляющей напряженности
соответствует центральной линии зазора, а пиковые, противоположные
по знаку значения вертикальной составляющей — примерно ребрам
головки.
Рис. 503. Схема синусоидального намаг-
ничивания звуконосителя прп магнитной
записи со смещением постоянным током
(остаточная индукция при паузе равна
нулю)
Пики горизонтальной и вертикальной составляющих напряженности
по сравнению с соответствующими кривыми записывающей головки в дан-
ном случае имеют более пологий спад (рис. 501).
Указанный способ стирания магнитной записи стирающей головкой
может быть проиллюстрирован схемой, приведенной на рис. 502.
Как видно из этого рисунка, различные ступени намагничивания
отдельных элементов звуконосителя, определяемые значениями остаточ-
ной индукции 5п,ВГ2,ВГз,ВГ4 при приложении магнитного поля большой
постоянной напряженности И, нивелируются и переходят в одну общую
максимальную намагниченность, отпределяемую остаточной индукцией
насыщения Вг,
Данная остаточная индукция насыщения Вг обусловлена одинаковой
для всех элементов индукцией Вмакс, которая соответствует напряженности
магнитного поля Нпакс. Точка С, в которую сходятся отдельные кривые
намагничивания (до насыщения) элементов, имеющих предварительно
различные значения остаточной намагниченности, является крайней точ-
кой предельной петли гистерезиса материала звуконосителя. Она отве-
чает амплитуде напряженности магнитного поля НмаКс-
34 в. А. Бургов
529
Данный способ стирания уже произведенной магнитной записи и под-
готовки звуконосителя к новой записи, как это следует из его физической
сущности, может быть применен лишь прп использовании метода магнит-
ной записи со смещением постоянным током, который требует предвари-
тельного доведения материала звуконосителя до насыщения.
Метод магнитной записи со смещением постоянным током может быть
выгодно осуществлен тогда, когда материал звуконосителя характери-
зуется широкой предельной петлей гистерезиса с крутыми боковыми вет-
вями. Действительно, только в этом случае боковые ветви содержат более
или менее протяженный прямолинейный участок, обладающий к тому же
большой крутизной, что, как уже указано выше, является выгодным
с точки зрения величины образующихся нелинейных искажений и отдачи
магнитной фонограммы. Ио все же, несмотря на эти положительные каче-
ства, практически использовать их в полной мере в процессе записи не
удается.
Как видно из рпс. 499, при наиболее полном использовании прямо-
линейного участка той илп иной ветви рабочая точка, соответствующая
паузе, всегда определяет некоторую остаточную индукцию, отличную
от нуля. Следствием этого является наличие сравнительно большого
шума в паузах и тем самым сужением передаваемого динамического диа-
пазона. Сданной точки зрения выгодно располагать рабочую точку на боко-
вой ветви предельной петли гистерезиса так, чтобы соответствующая ой
остаточная индукция была равна нулю (рпс. 5СЗ). По это возможно только
при расположении рабочей точки не в центре прямолинейного участка
той или иной ветви предельной петли гистерезиса, т. е. только за счет
уменьшения отдачи и увеличения образующихся нелинейных искажений.
Следовательно, прп установлении рабочей точки приходится идти на ком-
промисс между динамическим диапазоном в виде отношения отдачи к экви-
валентной величине шума и величиной нелинейных искажений. Таким
образом, передача достаточно широкого динамического диапазона при ис-
пользовании данного метода записи всегда связана с образованием до-
вольно больших нелинейных искажений.
Метод магнитной записи со смещением и стиранием постоянным током
не является наилучшим, он значительно уступает современному наиболее
высококачественному методу магнитной записи с высокочастотным ультра-
звуковым смещением и стиранием.
§ 132. МАГНИТНАЯ ФОНОГРАММА II ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА
При неискаженной магнитной записи по тому пли иному методу имеет
место линейная зависимость между остаточной индукцией в каждом эле-
менте внутри звуконосителя и соответствующим мгновенным значением
сигнала, в форме напряженности магнитного поля в том же элементе.
В процессе звукозаписи эта напряженность магнитного поля является
переменной величиной, следовательно, внутри звуконосителя остаточная
индукция, или количество магнитных силовых линий, будет соответствен-
но изменяться от элемента к элементу. Учитывая замкнутость магнитных
силовых линий, такое положение будет иметь следствием выход из того
или иного элемента звуконосителя магнитных силовых линий наружу
п возвращение их опять внутрь звуконосителя в другом его поверхност-
ном элементе. Следовательно, всякое изменение внутренней остаточной
индукции, или количества магнитных силовых линий при переходе от
одного поперечного сечения к другому поперечному сечению звуконоси-
теля, влияет на количество магнитных силовых линий, выходящих из
530
звуконосителя или входящих в звуконоситель между этими поперечными
сечениями.
Если в одном из этих поперечных сечений (рис. 504) внутренний
магнитный поток равен—Ч'\, а в другом + ЧЛ,, то алгебраическая сумма
этих величии Ч’2 — выражает собой количество магнитных силовых
линий, входящих или выходящих из звуконосителя между этими сече-
ниями. Чем более резко изменяется остаточная индукция внутри того
или иного участка звуконосителя, тем большее количество магнитных сило-
вых линий покидает пли входит в звуконоситель в пределах данного
участка.
С другой стороны, прп постоянной внутренней остаточной индукции
вдоль некоторого отрезка звуконосителя магнитные силовые линии не
будут входить или выходить из
звуконосителя в пределах этого
отрезка. Колкчество_магн1шгых
силовых линий, входящих пли
выходящих пз звуконосителя
на единицу его площади в лю-
бой его точке, называется по-
верхностной остаточной индук-
цией. Сокращая расстояние меж-
Рис. 504. Схема, поясняющая зависимость
между поверхностной индукцией и внутрен-
ним магнитным потоком" магнитной фоно-
граммы
ду сечениями до весьма малой
величины, т. е. физически по-
лагая резкое изменение остаточ-
ной индукции внутри данного
малого участка звуконосителя,
соответственно получим, что поверхностная остаточная индукция звуко-
носителя В< в той или иной его точке пропорциональна первой произ-
водной внутреннего магнитного потока Ч’, взятой в данной точке, т. е
(457)
Bs .. d*
(*.: —знак пропорциональности).
Что же касается внешней остаточной индукции, удаленной от поверх-
ности звуконосителя, то она будет иметь уже другое значение. Ампли-
тудное значение поверхностной остаточной индукции звуконосителя
можно принять за критерий отдачи магнитной фонограммы. Поверхност-
ная остаточная индукция Bs может быть выражена через внутреннюю
остаточную индукцию В формулой:
ь ах
(458)
где 2Ъ—толщина звуконосителя.
Таким образом, произведенная магнитная заппсь выявляется во внеш-
нем пространстве, окружающем звуконоситель в форме магнитного поля,
имеющего то или иное значение поверхностной и внешней (см., например,152)
остаточной индукции или напряженности. В зависимости от характера
записи магнитные силовые линии в воздухе в большей или меньшей сте-
пени замыкают собой различные по длине участки звуконосителя.
При записи синусоидального сигнала магнитная фонограмма пред-
ставляет собой как бы цепочку отдельных элементарных магнитов, распо-
ложенных вдоль звуконосителя, полюса которых замыкаются проходя-
щими во внешнем пространство магнитными силовыми линиями. Длина
этих элементарных магнитов отвечает длине волны записи, т. о. она тем
меньше, чем выше частота записанных колебаний (прп постоянной ско-
рости звуконосителя).
34* 531
Подобная идеализированная магнитная фонограмма применительно
к звуконосителю в форме ленты изображена на рис. 505151.
Левая часть фонограммы соответствует записи синусоидальных коле-
баний, определенных изменением внутреннего магнитного потока во
времени по закону: = U^sinwZ пли по длине звуконосителя:
ЧГХ1 = ЧГХ sin, а правая часть по закону: 4^2 = ЧГ1 sin 2а>/ или ЧР*Х2 =
= 4P’1sin-^ (удвоенная частота), где л —длина волны записи (в обоих
^случаях полагаем существование одинаково]! линейной зависимости между
напряженностью намагничивающего магнитного поля и внутренним маг-
нитным потоком в соответствующих точках).
Поверхностная остаточная индукция в первом случае будет равна:
n 2 л 1ТГ 2пх 2г/ш 2-х
Bs, : : —±1= — ЦТ COS-х- = — 4? COS -v- ,
51 dx X 1 X v 1 X ’
Рис. 505. Магнитная фонограмма (синусо-
идальная запись): —поверхностная оста-
точная индукция; Ф*—внутренний магнитный
поток
sa во втором случае:
В • • d^X2 — — Ф cos 2— — Ф cos —
^S2 * ’ dx - X cos Х/2 “ v 1 C0S X/2 ’
't. e. поверхностная остаточная индукция Bs при записи синусоидальных
колебанпй постоянной амплитуды прямо пропорциональна их частоте
и обратно пропорциональна ско-
рости движения звуконосителя.
Увеличение поверхностной
остаточной индукции Bs прп
возрастании частоты синусо-
идальных колебанпй показано
на рисунке сгущением (двойным
количеством на ту же площад-
ку) магнитных силовых линий,
входящих и выходящих из зву-
коносителя в случае удвоения
частоты.
Как видно из рис. 505, при
увеличении частоты магнитные
силовые линии, выходящие и
входящие(в звуконоситель, рас-
полагаются теснее друг к другу
и ближе к поверхности звуко-
носителя. Как будет пояснено
в дальнейшем, благодаря тако-
му распределению внешнего
магнитного поля при записи вы-
соких частот для их хорошего воспроизведения необходимо близкое рас-
положение воспроизводящего устройства к звуконосителю. Уже при неболь-
шом удалении звуконосителя от воспроизводящего устройства (напрпмер,
ленты от воспроизводящей головки) резко падает отдача высоких частот.
Кроме того, с указанным явлением связана необходимость разделе-
ния отдельных записей (звуковых дорожек), когда они располагаются на
одном носителе.
При непосредственном соприкосновении отдельных записей (звуко-
вых дорожек) имеет место перекрестное магнитное влияние этих записей.
Уровень помех, создаваемый этим влиянием, тем больше, чем меньше
расстояние между отдельными записями (звуковыми дорожками) п чем
ниже частота записи (см. ниже рис. 551).
£32
Внешнее магнитное поле, окружающее намагниченный звуконоси-
тель в реальных условиях продольной записи, отличается от того иде-
ального магнитного поля, которое показано на рис. 505. В общем слу-
чае оно зависит от геометрии записывающей головкп и звуконосителя
и магнитных свойств последнего. Так, например, при использовании
звуконосителя в форме проволоки и кольцевой записывающей го-
ловки внешнее магнитное поле преимущественно обтекает ту часть
поверхности проволоки, которая соприкасается с полюсными наконечни-
ками головки (в особенности на высоких частотах). При применении
магнитной ленты и двухполюсной записывающей головки с полюсами,
несколько сдвинутыми друг против друга и соприкасающимися с обеими
сторонами ленты, внешнее магнитное поле записи распространяется от
одной стороны ленты до другой ее стороны, частично следуя параллель-
но сторонам ленты. Совершенно иная картина внешнего магнитного поля
будет иметь место при перпендикулярной магнитной записи.
Пз сказанного выше следует, что магнитное состояние звуконосителя
после произведенной продольной записи может быть выражено или рас-
пределением внешней плп поверхностной остаточной индукции 2?с, пли
распределением связанного с последней (в случае записи переменного
спгнала) внутреннего потока остаточной индукции Ф.
§ 133. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СПГНАЛА С МАГНИТНОЙ ФОНОГРАММЫ
Для процесса воспроизведения спгнала с магнитной фонограммы ре-
шающую роль играет внешнее остаточное магнитное поле звуконосителя
(например, в форме поверхностной остаточной индукции), которое связано
с его внутренним остаточным магнитным полем (например, в форме внут-
реннего магнитного потока). Постоянное продольное намагничивание
звуконосителя, при котором не выходят пз него пли не входят в него ма-
гнитные силовые линии, не может быть обнаружено в процессе воспроиз-
ведения. В случае записи синусоидального сигнала внешнее магнитное
поле не содержит постоянной слагающей.
Принцип воспроизведения сигнала с магнитной фонограммы, как
известно, заключается в том, что звуконоситель продвигается с равно-
мерной скоростью (равной скорости прп записи) около воспроизводящей
головки, содержащей обмотку. Обмотка пересекает магнитные силовые
линии внешнего магнитного поля звуконосителя, благодаря чему в ней
индуктируется электродвижущая сила, которая и передает записанный
сигнал. Для неискаженностп звукопередачи данный сигнал должен быть
пропорционален величине остаточной индукции, образованной в звуко-
носителе в результате записи.
Воспроизведенпс сигнала с магнитной фонограммы принципиально может быть
осуществлено также с помощью других устройств. Интерес представляет, например,
электронная воспроизводящая головка, действие которой основано па отклонении
электронного пучка магнитной фонограммой (пропорционально напряженности поля
последней)1533. В книге рассматривается процесс воспроизведения сигнала с помощью
лишь обычных магнитных головок.
Воспроизводящие устройства или головки должны быть наилучшпм
образом приспособлены к внешнему магнитному полю звуконосителя. Это
последнее зависит от геометрии примененной записывающей головки и
звуконосителя, поэтому воспроизводящие головкп должны соответствовать
головкам, посредством которых производилась запись.
Основная проблема процесса воспроизведения сигнала с магнитной
фонограммы заключается в создании таких условий, которые обеспечи-
вали бы достаточно хорошую передачу всех частот звукового диапазона
533
ji возможно меньшую скорость движения звуконосителя (понижение ско-
рости при записи п воспроизведении уменьшает потребное количество зву-
коносителя).
Так как в процессе записи колебании определенной частоты с умень-
! тлением скорости движения звуконосителя уменьшается длина волны
записи, то можно сказать, что требуется наилучшая передача высоких
звуковых частот прп возможно меньшей длине волны записи. На осно-
вании этого требования, учитывая малую пространственную протяжен-
ность внешнего магнитного поля прп продольной записи высоких частот,
можно себе представить простейшее воспроизводящее устройство в виде
прямолинейного, металлического проводника, перпендикулярного направ-
лению движения звуконосителя и соприкасающегося с одной стороной!
последнего (рис. 506, а). В таком устройстве, отличающемся близким'рас-
Рпс. 50G. Воспроизведение сигнала с магнит-
ной фонограммы с помощью прямолинейного
проводника а и обмотки б
положением проводника к звуко-
носителю и, следовательно, na-
il луч шей передачей высоких ча-
стот, э. д. с., индуктирующаяся
в проводнике, будет пропорци-
ональна количеству магнитных
силовых линий, пересекаемых
проводником в единицу времени
плп прп равномерной скорости
движения звуконосителя vR — по-
верхностной остаточной индук-
ции В^.
Электродвижущая сила, индуктирующаяся в проводнике:
е = — 10-8 в = — lB&v„ 10-8 в,
dt к
я
где —поток поверхностной остаточной индукции: /—длина проводника, равна
ширине магнитной записи.
Но, как показано выше, Bs пропорциональна степени изменения внутреннего
t/Ф* 2.т 2тсг
магнитного потока -- . Пусть Bs = -г-Цд cos , тогда, так как х = vnt и
dt К А 1г
. Vr . .
А = -г- (vr—скорость звуконосителя прп записи),
„ 2л/
гг
и электродвижущая сила
Гр * 'Гр
е = — 2г.fl---Tj cos 2к----t • IO'8 в.
Vr Vr
При одинаковой скорости движения звуконосителя при записи и воспроизведе-
нии сигнала
Vr “ z'r
и
е = — 2г. fl cos2r.fi, 1U- 8 в.
(459)
Следовательно, в случае синусоидальной записи э.д. с. при воспроиз-
ведении будет пропорциональна частоте записанного сигнала, т. е. выход-
ной сигнал возрастает на 6 дб при удвоении частоты (на октаву). Одиноч-
ный виток по сравнению с прямолинейным проводником (той же длины)
обусловливает вдвое больший выход, но по абсолютной величине этот
выход все же является очень малым.
Применение вместо одиночного витка нескольких витков может эф-
фективно повысить э. д. с. только в том случае, если протяженность этих
витков в направлении движения звуконосителя мала (рис. 506, б).
534
При наличии конечного размера обмотки в этом направлении отдельные
проводники пересекают различный (по величине и направлению) ма-
гнитный поток, поэтому суммарная э.д.с. определяется векторной суммой
э.д.с., возникающих в отдельных проводниках. Следовательно, увеличе-
ние количества витков приводит к ухудшению передачи высоких частот,
длина волны записи которых соизмерима с протяженностью обмотки в на-
правлении движения звуконосителя.
Можно применить воспроизводящее устройство в форме полюсного
наконечника с тонким концом, соприкасающимся со звуконосителем и об-
моткой (катушкой) со многими витками, расположенными по высоте полюс-
ного наконечника, а не в направлении движения звуконосителя (рпс. 507).
Рис. 507. Воспроизведение сигнала с магнитной фонограммы с помощью
полюсного наконечника (сердечника) с обмоткой (катушкой)
Такое устройство благодаря увеличению проводимости для внешнего
магнитного поля звуконосителя создает возможность пересечения ма-
гнитными силовыми линиями даже несколько удаленной от звуконоси-
теля обмоткп (такое его действие связано с изменением магнитного потока
звуконосителя). Но данный магнитный поток, сцепляющийся внутри по-
люсного наконечника с обмоткой, зависит от частоты, а именно: он умень-
шается с увеличением частоты или с уменьшением длины волны записи.
Таким образом, в подобном устройстве, отличающемся расположе-
нием обмотки со многими витками на некотором отдалении от звуконоси-
теля, магнитные силовые линии коротковолновой записи проходят в мень-
шем числе через полюсный наконечник и пересекают витки обмотки, чем
магнитные силовые линии длинноволновой записи. На этом основании
такое устройство можно считать пригодным для воспроизведения коле-
баний только лишь низкой звуковой частоты.
Можно применить для воспроизведения сигнала вместо одного полюс-
ного наконечника два полюсных наконечника, сдвинутых на некоторое
малое расстояние и соприкасающихся с двумя сторонами звуконосителя,
с обмоткой, расположенной на одном полюсном наконечнике. (В случае
обмоток на обоих полюсных наконечниках их выходы не могут быть объ-
единены в фазе для всех частот, и для устранения этого положения требуют-
ся дополнительные электрические устройства.) Такая двухполюсная
головка пмеет уже некоторые преимущества в отношении воспроизведе-
ния высоких частот по сравнению с однополюсной головкой. Эти преиму-
щества заключаются, во-первых, в том, что введение второго полюсного
наконечника понижает активное магнитное сопротивление для проходя-
щего магнитного потока и тем самым увеличивает количество магнитных
силовых линий внутри полюсного наконечника с обмоткой. Во-вторых,
535
это низкое сопротивление, являясь кажущимся магнитным шунтом, дает
возможность преодолеть в некоторой степени саморазмагничивающее дей-
ствие коротковолновых полуволновых магнитов синусоидальной записи
и тем самым фактически повысить магнитный поток, проходящий через
сердечник головки на высоких частотах.
Эти преимущества могут быть реализованы, если запись производи-
лась на противоположных сторонах ленты подобной двухполюсной запи-
сывающей головкой, так как только в этом случае магнитные силовые ли-
нии проходят через ленту от одной ее поверхности к другой.
Прп произведении записи кольцевой головкой, т. е. когда большая
часть магнитного потока входит и выходит лишь с одной стороны зву-
коносителя (особенно прп записи высоких частот), применение второго
полюсного наконечника иа другой стороне звуконосителя не оказывает
существенного влияния. В этом случае наплучшип результат достигается
применением также кольцевой воспроизводящей головки. Выше (см.
стр. 519) уже были указаны до-
Рис. 508. Воспроизведение сигнала с магнит-
ной фонограммы с помощью кольцевой головки
стоинства кольцевых головок по
сравнению с двухполюсными го-
ловками. (Все дальнейшее изло-
жение предполагает применение
именно кольцевых записываю-
щей п воспроизводящей голо-
вок.)
Воспроизводящая кольце-
вая ^головка,—так же ~как и
записывающая кольцевая голов-
ка, имеет сердечник из высокопронпцаемого магнитомягкого матери-
ала с электрической обмоткой (катушкой) и узкий зазор междл
полюсными наконечниками (рис. 508). Движущийся звуконоситель с маг-
нитной фонограммой соприкасается с данной головкой в пределах
длины двух некоторых равных участков—полюсных наконечников, при-
легающих к краям зазора.
Воспроизводящая головка для входящего в ее полюсные наконечники
магнитного потока звуконосителя представляется в виде двух параллель-
ных активных магнитных сопротивлений: сопротивления воздушного
зазора между полюсными наконечниками и сопротивления сердечника
головки. Так как активное магнитное сопротивление воздушного зазора
значительно больше активного магнитного сопротивления сердечника
головки, то основная (значительно большая) часть магнитного потока
звуконосителя входит в сердечник головки и сцепляется с его обмоткой.
Если длина полуволны записанных колебаний меньше длины указанного
выше контакта звуконосителя с головкой, но значительно больше ширины
зазора, то магнитный поток, проходящий внутри сердечника головки
через обмотку, пропорционален в широком диапазоне частот внутрен-
нему магнитному потоку звуконосителя.
Следовательно, в этом случае для э.д.с., индуктирующейся в катушке воспроиз-
водящей головки, вполне применима формула (459). Изменится лишь только коэффи-
циент пропорциональности. Если w—количество витков катушки, а т—коэффициент,
зависящий от размеров и магнитных свойств сердечника головки, то электродвижущая
сила, индуктирующаяся в обмотке кольцевой головки, будет равна:
е = — uTnZ2.-/cos 2r<ft 1С“8 в. (460)
Таким образом, при использовании кольцевой воспроизводящей
головки для указанных выше длин записи э.д.с., индуктирующаяся
в обмотке головки, пропорциональна частоте записанных колебаний,
т. е. выходной сигнал возрастает на 6 дб на октаву. В обычных устройствах
536
эта закономерность распространяется примерно в области частот от 100
до 1000 гц (на очень низких частотах, когда длина волны записп соиз-
мерима с размерами контакта ленты и головки, выходной сигнал возра-
стает на 18 дб на октаву).
В том случае когда длина волны записи, уменьшаясь, приближается
к ширине зазора, все большее количество магнитных силовых линий про-
ходит через воздушный зазор и не ответвляется в сердечник, что вызы-
вает соответствующее уменьшение э.д.с. по мере роста частоты записи.
Тфоме того, при возрастании частоты возрастает влияние эффек-
та саморазмагничивания магнитной фонограммы и влияние частотных
потерь в самом сердечнике воспроизводящей головки. Эффект воспроизве-
дения прп длинах волн записи, близких к ширине зазора, будет рассмотрен
ниже (в разделе «Характеристики систем магнитной записи и воспроизве-
дения звука»).
§ 134. МЕТОД МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
С УЛЬТРАЗВУКОВЫМ СМЕЩЕНИЕМ
Метод магнитной записи звука с высокочастотным ультразвуковым
смещением осуществляется прп использовании звуконосителя, предвари-
тельно полностью размагниченного с помощью переменного тока также
ультразвуковой частоты, поступающего в обмотку стирающей головки.
Данный способ стирания магнитной записи и подготовки звуконоси-
теля к новой записи основан на физическом явлении размагничивания фер-
ромагнитных тел при их помещении в достаточно сильное переменное
магнитное поле с постепенно уменьшающейся амплитудой до нуля. Мак-
симальная величина напряженности переменного поля отвечает той
напряженности, при которой достигается насыщение магнптотвердого
материала звуконосителя, а изменение амплитуд устанавливается плавным,
чтобы получить полное размагничивание.
Принцип данного размагничивания поясняет схема, приведенная
на рпс. 509. 3
Воздействуя на ферромагнитное тело, имеющее предварительную
остаточную индукцию Вг, переменным магнитным полем постепенно убы-
вающей амплитуды, кривая зависимости индукции от напряженности
представляется спиралеобразной циклической кривой, сходящейся
в конечном счете в точке пулевой пндукцип.
Для полного размагничивания необходимо, чтобы форма волны высо-
кочастотного колебания была строго симметричной (иначе вследствие
действия постоянной слагающей не произойдет полного размагничивания
и, следовательно, возникнет шум при воспроизведении), а изменение
амплитуды напряженности магнитного поля было плавным (в пределах
крутого участка начальной кривой намагничивания). Отношение зна-
чений последующей амплитуды напряженности к предыдущей амплитуде
напряженности магнитного поля должно быть примерно 0,9 / 536.
При значительном убывании амплитуды напряженности магнитного
поля за один период высокочастотного тока в обмотке ферромагнитное
тело, как это показано на рис. 510, не будет подвергаться полному раз-
магничиванию, а будет сохранять некоторую остаточную индукцию.
Этот принцип размагничивания с успехом используется применительно
к ферромагнитному звуконосителю при магнптной записп звука. В силу
движения элемента звуконосителя в магнитном поле головкп плавное умень-
шение амплптуды напряженности поля достигается не за счет медленного
уменьшения амплитуды высокочастотного тока в обмотке, а за счет спада
напряженности за пределами пика напряженности статического магнит-
ного поля стирающей головкп. В данном случае имеет место как бы запись
537
Рис. 509. Цикли-
ческое размагни-
чивание зву коно-
cm еля магнитным
полем стирающей
головки
высокочастотного переменного тока стирающей кольцевой головкой, кото-
рая по сравнению с записывающей головкой обладает малой крутизной
спада напряженности за пишущим пиком напряженности магнитного
поля головки. Элемент звуконосителя при своем движении до этого пика
подвергается как намагничиванию, так и размагничиванию переменным
магнитным полем, затем на пике получает максимальное намагничивание
и за его пределами в спадающем переменном магнитном поле он полностью
размагничивается.
Как видно пз рис. 509, процесс перемагничивания движущегося эле-
мента звуконосителя за пределами пика напряженности магнитного поля
кольцевой головкп выражается постепенно суживающимися петлями
гистерезиса и стягивающимися в конечном счете в начало координат (в точ-
ку с нулевой индукцией). Предельные поворотные точки этих гистерезис-
ных петель соответствуют отдельным
мгновенным амплитудным значениям
напряженности переменного магнит-
ного поля. Степень уменьшения ам-
плитуды напряженности переменного
магнитного поля кольцевой головки
вдоль указанного участка, через ко-
торый проходит элемент звуконоси-
теля, зависит от крутизны спада на-
пряженности статического поля го-
ловки в этом участке, скорости дви-
жения звуконосителя и частоты тока
стирания. Очевидно, чем круче спад
напряженностп статического магнит-
ного поля и больше скорость звуко-
носителя (т. е. чем более высококаче-
ственными являются условия записи
переменного спгнала записывающей
магнитной головкой), тем тре-
буется большая частота стирающего
тока.
Для обычных стирающей и запи-
сывающей головок и скорости зву-
коносителя 456 мм [сек частота стира-
ющего тока не должна быть меньше
40 кгц (при данных значениях скорости звуконосителя и частоты сти-
рающего тока зазор в стирающей головке должен быть порядка 0,2—0,5мм,
а напряженность поля в зазоре порядка 1000 э). Выбор такой ультра-
звуковой частоты стирающего тока обусловлен еще тем обстоятель-
ством, что такая частота не должна быть слышима сама (при нали-
чии некоторого остаточного намагничивания) и не должна создавать
с высшими гармониками сигнала звуковые биения, лежащие в поло-
се частот передаваемого звукового диапазона. Тем самым установление
ультразвуковой частоты стирающего тока зависит также от качеств зву-
коносителя и воспроизводящей головки. Чем лучше звуконоситель пере-
дает высокие частоты, чем более высококачественной с точки зрения частот-
ной характеристики является воспроизводящая головка п чем больше
скорость звуконосителя прп записи и воспроизведении звука, том выше
должна быть частота стирающего тока.
Способ стирания магнитной записи путем размагничивания ее с по-
мощью ультразвукового тока не может быть выгодно использован при
применении метода магнитной записи со смещением постоянным током,
Рпс. 510. Цикли-
ческое размагни-
чивание звуконо-
сителя резко спа-
дающим магнит-
ным полем
538
Ультразвуковое равный ультра-
смещение зВуковои сигнал
4
зВцкоВой
сигнал
z//*2
2
•г
Рис. 511. Кривые звукового сигнала, ультразву-
кового смещения и суммарного ультразвукового
сигнала
поэтому с ним он и не применяется. Данный метод неразрывно связан
с другим, более совершенным методом магнитной записи с ультразвуко-
вым смещением 154 (предложен: в США Карлсоном п Карпентером
в 1907 г. применительно к записи па стальной проволоке, в Японии
Наган, Сасаки и Ендо в 1938 г —для записп па стальной лепте и в
Германии Браунмюлем и Вебером в 1941 г.—для кольцевой головки
и порошковой ленты).
При описании данного метода заппсп будем предполагать, что во
всех случаях имеем дело с записью колебаний невысокой звуковой час-
тоты (стационарным процессом).
При производстве записи с ультразвуковым смещением путем подачи
наряду со звуковым высокочастотного тока в обмотку записывающей голов-
ки суммарный сигнал представляет собой переменный ток ультразву-
ковой частоты, среднее значение (полусумма мгновенных значений сум-
марного сигнала) которого изменяется по закону записываемого звуко-
вого сигнала (рис. 511).
Как уже было указано выше, при скорости звуконосителя 456 мм/сек
и более и протяженности магнитного поля записывающей головки порядка
40 р мгновенное действие на
отдельный элемент звуконо-
сителя колебаний низких и
средних звуковых частот мо-
жет быть уподоблено дейст-
вию постоянного магнитного
поля с напряженностью, со-
ответствующей тому пли ино-
му мгновенному значению
сигнала. Что же касается
ультразвукового магнитного
поля, то его действие на эле-
мент звуконосителя будет уже
знакопеременным в течение
гпитного поля головки. При скорости звуконосителя 456 мм/сек и протя-
женности магнитного поля головки 40 р элемент звуконосителя проходит
действующий зазор в течение Viuoo сек., следовательно, за это время
ультразвуковое поле частотой 40—СО г.гц несколько раз изменит свое
направление (совершит несколько полных колебаний).
Амплитуда высокочастотного смещения обычно в два-три раза пре-
вышает амплитуду звукового сигнала, поэтому суммарное магнитное поле
всегда является знакопеременным полем, которое приводит к перемагни-
чиванию элемента звуконосителя.
Каждый элемент звуконосителя, проходя мимо зазора записывающей
головки, в обмотке которой проходит ультразвуковой ток и ток звуковой
частоты, подвергается действию переменного ультразвукового магнит-
ного поля, на которое наложено постоянное магнитное поле, соответствую-
щее некоторому мгновенному значению звукового сигнала.
При двухгорбой кривой горизонтальной составляющей напряжен-
ности статического магнитного поля головки, отвечающего определенному
мгновенному значению звукового сигнала, поверхностный элемент зву-
коносителя, проходя зазор, подвергается циклическому перемагничиванию,
например, так, как это показано на рпс. 512.
Кривая О—12 в нижней части данной схемы выражает кривую напря-
женности суммарного магнитного поля как функцию времени илп как
функцию положения элемента звуконосителя, движущегося с постоянной
скоростью относительно зазора головки. Кривая ОАВ12 показывает
времени прохождения этим элементом ма-
539
кривую горизонтальной составляющей напряженности мгновенного ма-
гнитного поля, обусловленного звуковым сигналом. Данная кривая по
своему характеру аналогична кривой, приведенной выше, па рис. 494.
В верхней частп рис. 512 изображены начальная кривая намагничи-
вания элемента звуконосителя О—2 и циклическая кривая изменения
индукции внутри данного элемента при его намагничивании суммарным
ультразвуковым и низкочастотным полем.
Кривая О—12, выражающая напряженность суммарного магнитного
поля, распределенную во времени или в направлении ширины зазора
Рис. 512. Циклическое намагничи-
вание поверхностного элемента зву-
коносителя горизонтальной состав-
ляющей напряженности магнитного
поля при применении ультразвуко-
вого смещения
головки, получена в результате нало-
жения па кривую ультразвуковых ко-
лебаний постоянной амплитуды кривой
ОАВ12, представляющей мгновенное
значение колебаний звуковой частоты.
Прп этом предположено, что не проис-
ходит изменения напряженности магнит-
ного поля за счет записываемого сигнала
ввиду очень малого времени прохож-
дения элементом через записывающее
магнитное поле головкп. Амплитуда
суммарного ультразвукового поля
изменяется по тому же закону, по кото-
рому изменяется кривая ОАВ12.
(В данном случае предположено, что
амплитуда ультразвукового смещения
примерно в четыре раза превышает
мгновенное значение звукового сигнала.)
Посмотрим теперь, как будет изме-
няться индукция в рассматриваемом
элементе звуконосителя при воздействии
на него переменного магнитного поля,
напряженность которого изменяется по
закону кривой О—12, Элемент звуконо-
сителя попадает в действие магнитного
поля еще до вхождения в геометрический
зазор головкп, а именно: на участке кри-
вой О—1—2 лишь точка 2 кривой соот-
ветствует началу вхождения элемента
в зазор. Изменение напряженности магнитного поля на участке кривой
О—1—2—в виде однократного перемагничивания и последующего нама-
гничивания до максимальной величины 2, соответствующей значению сум-
марного поля у набегающего ребра головкп, приводит к изменению индук-
ции по начальной кривой намагничивания О—2 с небольшой лишь петлей
в начале координат. Последующее изменение напряженности магнитного
поля на участке кривой 2—9 вызывает многократное циклическое пере-
магничивание элемента звуконосителя по соответствующей кривой ин-
дукции 2—9 и приводит сначала к почти полному его размагничиванию
(точка 9).
Затем максимальная пиковая напряженность магнитного поля у сбе-
гающего ребра головкп как бы заново намагничивает рассматриваемый
элемент звуконосителя. В дальнейшем циклическая кривая индукции
идет по пути 9—10—11—12, Прп этом, как видно пз рис. 512, точка,
соответствующая максимальной пиковой напряженности поля у сбегаю-
щего ребра головки, располагается вблизи начальной кривой намагничи-
вания, практически совпадая с ней.
540
Резкое спадание напряженности магнитного поля на участке 10—11—
12 с малым перемагничиванием приводит в результате к тому, что индук-
ция элемента определяется точкой 10. Такое же магнитное состояние эле-
мента звуконосителя практически имеет место и тогда, когда напряжен-
ность магнитного поля прерывается в точке 10, т. е. когда данный элемент
просто выходит пз максимального суммарного магнитного поля, соответ-
ствующего сбегающему ребру записывающей головкп.
Картина изменения магнитного состояния поверхностного элемента
звуконосителя при действии вертикальной составляющей напряженности
магнитного поля представлена на рпс. 513.
Как видно пз рис. 513, вертикальная составляющая напряжен-
ности, отвечающая центральной линии зазора, имеет пулевое значение.
Пз рассмотрения верхней циклической кривой изменения магнит-
ного состояния элемента звуконосителя видно, что и в данном случае
перед максимальным пиковым значением напряженности суммарного
магнитного поля элемент звуконосителя является почти полностью
размагниченным (точка 10). В результате максимального намагни-
чивания данным пиком напряженностп индукция практически определяет-
ся точкой, лежащей на начальной кривой намагничивания (точка 11).
Для удаленного от поверхности сердечника элемента звуконосителя
вертикальная составляющая напряженности статического магнитного
поля практически мала, поэтому его остаточная индукция определяется
преимущественно изменением горизонтальной составляющей напряжен-
ностп магнитного поля.
Прп циклическом перемагничивании данного элемента звуконосителя,
когда кривая горизонтальной составляющей напряженностп статического
магнитного поля головкп имеет уже не двухгорбую, а одногорбую форму,
остаточная индукция элемента определяется также максимальным пико-
вым значением напряженности этой составляющей (данное положение
показывают рис. 519 и 520). Таким образом, остаточная индукция элемен-
та звуконосителя при магнитной записи с ультразвуковым смещением
низкочастотных колебаний практически определяется максимальными (по
ходу звуконосителя) пиковыми значениями горизонтальной и вертикаль-
ной (независимо от знака) составляющих напряженности магнитного
поля головки. Для поверхностного элемента звуконосителя данные пико-
вые значения напряженностп магнитного поля пространственно примерно
совпадают со сбегающим ребром головкп. В этом случае приблизительно
можно считать, что магнитная запись производится переменной (во вре-
мени) напряженностью поля на сбегающем ребре головки.
Для удаленного от поверхности сердечника элемента звуконосителя
максимальный пик горизонтальной составляющей напряженностп отве-
чает уже не сбегающему ребру, а центральной линии зазора головки,
а последний максимальный пик вертикальной составляющей напряжен-
ности—попрежнему сбегающему ребру головки. Учитывая малую вели-
чину последней составляющей, можно считать, что в этом случае запись
производится пиковой переменной напряженностью, отвечающей цен-
тральной линии зазора. Это положение будет совсем точным для собствен-
но продольной магнитной записи, осуществляемой изменением лишь одной
горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля головки.
Картина циклического1 перемагничивания элемента звуконосителя
прп наличии ультразвукового смещения, представленная на рис. 512,
соответствует лишь одному элементу и тому частному случаю, когда пико-
вые напряженности ультразвукового поля одного знака совпадают по фазе
с пиками напряженности (того же знака) статического магнитного поля,
представляющего мгновенное значение звукового сигнала.
541
Рпс. 513. Циклическое намагничивание по-
верхностного элемента звуконосителя верти-
кальной составляющей напряженности маг-
нитного поля при применении ультразвуко-
вого смещения
точной индукции (ппедпо лагая, что i
Максимальный пик горизонтальной составляющей напряженности суммарного
ультразвукового поля всегда имеет знак того пли иного мгновенного значения звуко-
вого сигнала, даже если он пе точно совпадает с пиком напряженности статического
магнитного поля (папример, соответствующим сбегающему ребру плп центральной
линии зазора заппсывающ й головки).
В результате циклического перемагничивания вследствие ультра-
звукового смещения каждый элемент звуконосителя подвергается на сбе-
гающем ребре плп на центральной линии зазора головки индукции, точка
которой практически располагается на одном пз крайних участков
верхней плп нижней ветви начальной кривой намагничивания. Располо-
жение данных точек в крайнем более прямолинейном участке верхней
ветви начальной кривой намаг-
ничивания соответствует мгно-
венным максимальным пиковым
слагающим напряженности сум-
марного ультразвукового маг
пятного поля одного знака, а
в аналогичном участке нижней
ветви данной кривой—мгновен-
ным максимальным пиковым сла-
гающим напряженности суммар-
ного ультразвукового поля дру-
гого знака.
Таким образом, прп указан-
ных выше условиях крайние бо-
лее прямолинейные и крутые
участки верхней и нижней вет-
вей начальной кривой намагни-
чивания могут представлять со-
бой характеристики передачи
максимальных пиковых значе-
ний суммарного ультразвуково-
го сигнала, т. е. зависимости
мгновенных значений индукции
от мгно венных максимальных
пиковых значений напряженно-
сти суммарного ультразвуково-
го поля. Переведя значения ин-
дукции начальной кривой на-
магничивания в значения оста-
еем дело лишь с постоянные и
значениями В и Н), получим характеристику зависимости мгновен-
ных значений остаточной индукции от мгновенных максимальных пиковых
значений напряженности суммарного ультразвукового поля. Обе указан-
ные характеристики, полученные в результате использования ультразву-
кового смещения, имеют более или менее протяженные практически пря-
молинейные участки. Подобные характеристики в отдельности для убыва-
ющего и возрастающего ультразвуковых сигналов приведены па рис. 514 155.
Кривая зависимости остаточной индукции Вг от напряженности
магнитного поля Н, полученная пз начальной кривой намагничивания,
в крайних практически прямолинейных своих участках непосредственно
определяет передачу максимальных ппковых значений суммарного ультра-
звукового сигнала и лишь косвенно—передачу звукового сигнала прп
наличии ультразвукового смещения.
Из рис. 512 и 513 следует, что намагничивание ряда соседних элементов
звуконосителя или собственно магнитная запись практически определяется
изменением максимального пика той илп иной составляющей напряженно-
сти статического магнитного поля головки, которое происходит по закону
арифметической суммы колебанпй ультразвуковой (смещение) и звуковой
(записываемый сигнал) частот (см. рис. 511). Магнитная запись с ультра-
звуковым смещением колебаний низкой звуковой частоты практически
не зависит от характера кривой напряженности статического магнитного
поля и соответственно от изменения напряженностей, отвечающих другим,
кроме максимального пика, точкам кривой напряженности суммарного
пространственного ультразвукового магнитного поля. Такое представле-
ние «механизма» магнитной записп с ультразвуковым смещением позво-
Рпс. 514. Характеристики зависимости мгновенных значений остаточной
индукции от мгновенных максимальных пиковых значений напряжен кости
ультразвукового поля
ляет выразить передачу синусоидальных колебаний низкой звуковой
частоты прп наличии ультразвукового смещения схемой, приведенной
на рис. 515.
На этой схеме входной сигнал изображен суммой ультразвукового
к звукового колебаний; Если Н—напряженность поля записываемого
звукового сигнала, а Лх- амплитуда напряженности поля ультразвуко-
вого смещения, то пиковые значения напряженности, отвечающие верхней
ветви кривой остаточной индукции, будут определяться выражением
а нижней ветви данной кривой—разностью Н—/гг. Полусумма
мгновенных значений суммарного сигнала определяет собой мгновенное
значение синусоидального сигнала звуковой частоты. Как видно из дан-
ного рисунка, ультразвуковое смещение в значительной мере приходится
на криволинейные участки кривой остаточной индукции, а контурные
кривые звуковой частоты суммарного ультразвукового сигнала, отвеча-
ющие напряженностям II- кг и H — h^ падают на практически прямо-
линейные участки кривой остаточного намагничивания.
В правой части схемы изображен суммарный ультразвуковой сигнал
рстаточной индукции, определенный данной характеристикой Вг= /(Я).
Полусумма мгновенных значений последнего Br = ^~ (Bri -\-BrQ) ~ [/(Z7 -р
+ — /гг)] соответственно выражает звуковой сигнал остаточной
543
индукции. Подобное представление передачи звукового спгнала прп
наличии ультразвукового смещения показывает зависимость нелинейных
искажений и отдачи от величины ультразвукового смещения. Прп всяком
изменении величины ультразвукового смещения пиковые значения сум-
марного ультразвукового спгнала будут приходиться на различные
участки начальной кривой намагничивания, поэтому будут изменяться
и отдача п нелинейные искажения. Эту связь можно сделать еще более
показательной, построив
динамическую характери-
стику звукоперадачп в ви-
де зависимости мгновен-
ных значений остаточной
индукции от мгновенных
значений напряженности
звукового сигнала прп
наличии определенного
значения ультразвукового
смещения /гх 156.
Данная характеристи-
ка отвечает формуле Вг —
=4-[/(Я + Л1)Н-/(Я-/г1)]-
Способ построения по-
следней, исходя из экспе-
риментально снятой кри-
вой остаточного намагни-
чивания магнитного мате-
риала звуконосителя, по-
ясняет рпс. 516. Дина-
мическая характеристика
передачи звукового спгна-
ла получается .путем опре-
деления полусуммы орди-
нат двух характеристик ос-
таточного намагничивания,
сдвинутых вправо и влево
по оси напряженностп на
величину амплитуды напряженности ультразвукового поля. В зави-
симости от величины приложенного ультразвукового смещения имеет
место та плп иная динамическая характеристика для звукового сиг-
нала. Подобные характеристики прп различном значении ультразву-
кового смещения указаны на рис. 516. Крутизна той пли иной дпна-
мпческой характеристики = (Н /г2) + / (Я—AJ] в начале коорди-
нат—есть крутизна первоначальной кривой Br = j (Я) в точке, отвечающей
напряженности, равной амплитуде ультразвукового смещения или
—1гх ввиду симметричности верхней и нижней ветвей кривой Br = f (//).
В общем случае кривая зависимости - ~ от Н показывает изменение
Рпс. 515. Схема передачи синусоидального звуко-
вого спгнала прп наличии ультразвукового смещения
отдачи прп изменении величины ультразвукового смещения, представляе-
мого значением H — hx. Максимальное значение крутизны найден-
d2Br п -
ное из условия определяет собой соответствующую величину
ультразвукового смещения, прп которой достигается максимальная отдача.
Слепень линейности динамической характеристики определяется отклоне-
544
d2B
нием величины от 0 в области, отвечающей максимальным пиковым
значениям Н. Таким образом, характеристика соответственно определяет
типичные для звуконосителя в виде ферромагнитной ленты теоретические
кривые отдачи и нелинейных искажений, показанные на рис. 517157.
Как видно из данного рисунка в общем случае максимум отдачи
несколько не совпадает с минимумом нелинейных искажений.
Прп малом ультразвуковом смещении нелинейные искажения резко
возрастают, а отдача падает. Происходит это потому, что в этом случае
используются криволинейные участки кривой остаточного намагничива-
ния, которые к тому же имеют меньшую крутизну.
Рис. 516. Динамические характеристики зву-
копередачи при различных значениях ультра-
звукового смещения (толстые линии). Тонкие
и пунктирная линии показывают кривые ос-
таточного намагничивания. Во всех случаях
динамическая характеристика определяется
полусуммой ординат кривых остаточного на-
. магипчиваиия
Рпс. 517. Типичные кривые отдачи а
и нелинейных искажений б ленточ-
ного звуконосителя
Все изложенное выше относительно характеристик звукопередачи
предполагает равномерное намагничивание ферромагнитного слоя звуко-
носителя по его толщине. В действительности напряженность намагни-
чивающего поля, создаваемого записывающей головкой, не сохраняется
одинаковой по всей толщине ферромагнитного слоя. Следовательно, ука-
занные выше характеристики звукопередачи прп наличии ультразвуко-
вого смещения относятся лишь к одному элементарному по толщине
ферромагнитному слою звуконосителя. Общий результат определяется
суммарным действием отдельных слоев звуконосителя намагниченных
прп отличающихся значениях (благодаря спадающему магнитному полю
головки) ультразвукового п звукового магнитных полей.
Наилучшпе условия в отношении отдачи и нелинейных искажений
создаются правильным выбором уровня (амплитуды) ультразвукового
смещения.
Иа рис. 518 приведены осциллограммы В(Н), характеризующие нестационарный
магнитный процесс, происходящий в звуконосителе при записп колебаний высокой
звуковой частоты с ультразвуковым смещением (получены Векслером) 158. Кривые
В(Н) показывают магнитное состояние одной из точек звуконосителя во время ее
35 в. А. Бургов
545
прохождения мпмо зазора записывающей головки шириной 30 р,. При этом скорость
движения звуконосителя была равна 456 мм/сек, частота ультразвукового смещения
40 000 гц, частота звукового сигнала 5000 гц.
Фазы ультразвукового смещения и звукового сигнала были подобраны так, чтобы
можно было получить максимальные значения остаточной индукции Вг. Величина
ампервитков записываемого сигнала оставалась неизменной при разных значениях
ампервитков ультразвукового смещения.
На рпс. 518, а приведена кривая напряженности магнитного поля у зазора запи-
сывающей головки прп наличии только смещающего тока. Пунктирная линия на этом
же рисунке воспроизводит огибающую, соответствующую закону изменения напря-
Рпс. 518. Осциллограммы В (В), характеризующие нестационарный магнитный про-
цесс, происходящий в звуконосителе при записи высоких частот звукового дпапа-
зона (по Векслеру): a—awcveH=0, awCMeu=120; б—awcugK=20; в—awCMeut=15
(в этом и последующих рисунках г—ats; _ =30, д~=45:
е-аи)смещ=М> а~^смещ^О; u—aw^teUi=120; к—awCMeu= 150.
Величина ампервитков смещения пмеет оптимальное значение. При неизменных
ампервитках сигнала и малых ампервитках смещения магнитная петля слабо развита
и Вг мало (в). С ростом смещения работа переходит на крутой участок магнитной
петли—Вг растет (г) и (д). При awCM=60 петля развита, но нет еще захода в область
перегиба—Вг близко к максимальному значению (е), (а/с)—зд^сь виден заход в область
перегиба петли, и рост Вг прекращается. Теперь Вг расти больше не может; падение
величины Вг зависит от того, насколько напряженность магнитного поля, следующая
за наибольшим его значением, будет размагничивать звуконоситель. На фотографии
(з) этот эффект еще слабо влияет, так как размагничивающее поле только вступило
в область крутого участка петли—Вг еще пе падает. При aw смещ== 120 размагничива-
ние происходит уже эффективно, и Вг падает (и). Дальнейшее возрастание а^смещ
приводит к более резкому падению Вг (к). Если ампервитки возрастут еще больше,
то Вг станет равным нулю, а затем изменит свой знак
женностп магнитного поля у зазора при питании головки постоянным током. Па
рпс. 518, б приведена осциллограмма записываемого сигнала.
Осциллограммы, изображенные па рпс. 518, в, 518, е, 518, д, 518, е, 518, э/с, 518, з,
518, и, 518, к, иллюстрируют процесс записи с различным ультразвуковым смещением.
Их характер позволяет объяснить известный экспериментальный факт наличия опти-
мального значения смещающих ампервитков. Этот оптимум получается как следствие
взаимодействия максимальной амплитуды напряженности магнитного поля, от кото-
рой зависит, насколько разовьется магнитная петля, п последующей напряженности
магнитного поля, приводящего к размагничиванию звуконосителя. Оба эти фактора
действуют па звуконоситель, характеризуемый нелинейной магнитной петлей, поэтому
вначале первая величина оказывает более сильное воздействие па процесс, нежели
вторая. Однако по мере захода в область перегиба магнитной петли второй фактор
начинает преобладать над первым.
546
Таким образом, действие ультразвукового смещения на передачу
звукового спгнала (невысокой звуковой частоты) таково, что характер
передачи последнего можно определять, исходя пз однозначной кривой
остаточного намагничивания материала звуконосителя, показанной на
рис. 515, отбрасывая при этом результат передачи ультразвукового сиг-
нала. Данная характеристика не будет верной для сигнала ультразвуко-
вой частоты в виде ультразвукового смещения, передача которого вслед-
ствие гистерезиса связана с циклическим перемагничиванием, по она ста-
новится практически верной для звукового спгнала.
Рассматривая данные характеристики, можно сделать тот вывод,
что в результате применения ультразвукового смещения осуществляется
такой режим магнитной записи, при котором намагничивание звуконо-
сителя происходит не по прилегающим к центру координат начальным
участкам верхней и нижней ветвям кривой остаточного намагничивания,
а по крайним (верхнему и нижнему) значительно более прямолинейным
участкам кривой остаточного намагничивания, обладающим к тому же боль-
шей крутизной. Кроме того, прп пспользоваппп данного метода записи
остаточное намагничивание звуконосителя в паузах практически сводится
к нулю, в силу чего резко уменьшается шум.
Выпрямление динамической характеристики передачи приводит к зна-
чительному уменьшению нелинейных искажений, а увеличение протя-
женности и крутизны прямолинейного участка динамической характери-
стики и уменьшение шума—к расширению динамического диапазона зву-
копер ед ачп.
Можно сказать, что только эти крупные достоинства ультразвукового
смещения п стпранпя п применение ферромагнитной порошковой ленты
(создана на основе изобретения Пфлеймера в 1928 г.) сделали возмож-
ным получение высококачественной магнитной записи п широкое приме-
нение ее в промышленности.
Достижение для звукового сигнала однозначной кривой намагничи-
вания при применении ультразвукового смещения физпческп может
быть объяснено следующим образом: на основании теории ферромагне-
тизма можно сказать, что ферромагнитный материал звуконосителя со-
стоит пз суммы мельчайших областей намагничивания—доменов.
Отдельные кристаллы включают в себя большое количество таких
доменов, которые отличаются пространственной ориентировкой намагни-
ченности в одном из направлений наиболее легкого намагничивания, опре-
деляемым кристаллической решеткой.
Располагаясь хаотически в ненамагниченном ферромагнитном тело,
магнитные поля отдельных доменов взаимно компенсируют друг друга
(вблизи одного домена всегда находится другой домен с противоположным
направлением намагничивания) и внешнее магнитное поле отсутствует.
Такое хаотическое расположение домепов, связанных с наличием много-
численных внутренних сцеплений между ними, свойственно магнитным
телам, обладающим коэрцитивной силой. У магнитных тел, имеющих ну-
левую коэрцитивную силу, все домены одинаково ориентированы, т. е.
в этом случае тело полностью намагничено.
При приложении к ферромагнитному телу достаточно сильного по-
стоянного магнитного поля происходит преодолевание граничных связей
между отдельными доменами, которое будет тем больше, чем сильнее поле.
В результате с возрастанием силы поля все большее количество доменов
будет ориентироваться в направлении этого поля до -тех пор, пока не
наступит насыщение, т. е. пока все домены не будут ориентированы в на-
правлении поля. По прекращении действия постоянного магнитного поля
некоторая часть доменов возвращается к другому менее напряженному
35* 547
направлению, что физически означает переход от индукции насыщения
к остаточной индукции.
При приложении переменного магнитного поля устраняются сцепле-
ния между отдельными доменами и происходит скачкообразное изменение
ориентировки намагничивания доменов на 180° в направлении приложен-
ного поля. Благодаря такому «перетряхиванию» доменов последние могут
располагаться только таким образом, что кристаллографическое напра-
вление их намагничивания совпадает с направлением приложенного поля.
В результате последующее наложение постоянного магнитного поля или
поля низкой частоты может вызвать изменение ориентировки на 180°
при значительно меньшей напряженности поля, т. е. в данном случае имеет
место преодоление коэрцитивной силы магнитного материала, а тем са-
мым и уничтожение связанного с ней гистерезиса и получение однознач-
ной, более линейной зависимости между индукцией и напряженностью
поля. Причем очевидно, что между амплитудой переменного поля и вели-
чиной коэрцитивной силы магнитного материала существует определен-
ная связь.
Получение безгпстерезисной кривой намагничивания не требует
применения именно высокой частоты, этот эффект достигается и при ча-
стоте 50 гц. Высокая частота порядка 40 кгц необходима только для целей
звукозаписи, для того чтобы не прослушивалась запись смещения и чтобы
исключить возможность образования биений с частотами, лежащими в
диапазоне звуковых частот.
ГЛАВА
ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
§ 135. ЭФФЕКТ ПРОТЯЖЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ЗАПИСЫВАЮЩЕЙ головки
Качество той или иной спстемы магнитной записи и воспроизведения
звука характеризуется отдачей магнитной фонограммы, определяемой
значением амплитуды остаточной индукции и величиной частотных и не-
линейных искажений и уровнем помех (шума и так называемого копирэф-
фекта), образующихся в процессе звукопередачи и приводящих к ограни-
чению передаваемых частотного и динамического диапазонов. Данные
искажения, так же как прп фотографической записи звука, обычно выра-
жаются в форме частотной характеристики звукопередачи и величины
образующихся гармоник (одпотональное испытание) илп комбинационных
частот (двухтональное испытание пли колебания скорости звуконосителя
при однотоналыюм испытании).
Рассмотрим сначала тракт магнитной записп и воспроизведения
звука в отношении величины возникающих частотных искажений.
В процессах магнитной записп и воспроизведения звука частотные
искажения возникают главным образом благодаря наличию:
1) эффекта протяженного магнитного поля записывающей головки;
2) поверхностного эффекта намагничивания в форме зависимости
степени проникновения намагничивания в глубину звуконосителя от
длины волны записанных колебаний и величины ультразвукового смеще-
ния, а также эффекта зависимости эффективной магнитной проницаемо-
сти материала сердечника головок от частоты;
3) эффекта саморазмагппчивания уже произведенной магнитной
записп и нарушения контакта между звуконосителем и головкой.
4) эффекта конечных размеров зазора воспроизводящей головки;
5) эффекта относительного наклона записывающей и воспроизводя-
щей головок при малых длинах волн записываемых колебанпй.
Все указанные эффекты проявляют себя тем в большей степени, чем
меньше длина волны записп, т. е. чем больше частота записываемых коле-
баний при определенной скорости звуконосителя пли чем меньше скорость
звуконосителя прп определенной частоте записываемых колебаний.
Эффект протяженного магнитного поля записывающей головки, при-
водящий к уменьшению амплитуды записп по мере убывания длины волны
записываемого колебания, зависит от конфигурации статического магнит-
ного поля записывающей головки (распределения напряженности магнит-
549
ио го поля). Данный эффект определяется характером спада напряжен-
ности за пределамп пика напряженности магнитного поля в направле-
нии движения звуконосителя и непосредственно не зависит от ширины
зазора записывающей головкп. Так как изменение ширины зазора со-
провождается также изменением характера спада напряженности маг-
нитного поля, то данный частотный эффект лишь косвенно связан с ши-
риной зазора записывающей головки.
При записи колебаний высокой звуковой частоты плавный (не крутой)
спад напряженностп за пиком напряженностп статического магнитного
поля записывающей кольцевой головкп приводит к тому, что движущийся
элемент звуконосителя по выходе пз участка с пиковой напряженностью
подвергается воздействию спадающего переменного магнитного поля.
В силу этого происходит некоторое его размагничивание п соответственно
уменьшение амплитуды записи, которое тем больше, чем меньше длина
волны записи.
При подаче в обмотку записывающей головкп только симметричного
ультразвукового тока данное переменное магнитное поле спадающей
амплитуды приводит к размагничиванию проходящего через него элемента
звуконосителя в паузах. Но достаточно подать в обмотку головкп наряду
с ультразвуковым током ток звуковой частоты, как это переменное маг-
нитное поле приобретает вид несимметричных ультразвуковых колебаний,
оставляющих уже на звуконосителе магнитный след в форме записи зву-
ковой составляющей спгнала.
При записи низких и средних звуковых частот эффект размагничива-
ния спадающим магнитным полем настолько мал, что запись практически
может считаться свободной от частотных искажений. В случае же записи
колебаний высокой звуковой частоты спад пиковой напряженности ма-
гнитного поля головкп обусловливает уже ощутимое размагничивание
звукозаппсп, которое к тому же становится зависимым от частоты и метода
магнитной записи.
Прп применении метода магнитной записи с ультразвуковым смеще-
нием возрастает степень некоторого размагничивания («стирания») за-
писи колебаний высокой звуковой частоты по сравнению с методом магнит-
ной записи со смещением постоянным током. (Величина этого размагни-
чивания зависит от амплитуды ультразвукового смещения и материала
зву ко но сите л я.)
Данный эффект увеличения спада частотной характеристики записи
на высоких частотах (сопровождаемый обычно небольшими нелинейными
искажениями) зависит от степени соизмеримости протяженности спадаю-
щего статического магнитного поля за пределами ппка напряженности
головкп с длиной волны записываемого спгнала. Когда протяженность
этого спадающего поля велика (т. е. когда оно не уменьшается весьма
резко), а длина волны записи звукового спгнала мала, эффект размагни-
чивания приобретает максимальное значение. Таким образом, частотная
характеристика эффекта протяженного магнитного поля головки опреде-
ляется не шириной зазора записывающей головки, а крутизной спада на-
пряженностп за пределами ппка напряженностп статического магнитного
поля головкп.
Прп действующей одногорбой кривой напряженностп статического
магнитного поля с пиком па центральной линии зазора указанный эф-
фект будет определяться характером спада напряженностп магнитного
поля за данным пиком в направлении движения звуконосителя.
Рис. 519 и 520 поясняют частотный эффект подобного статического
магнитного поля записывающей головки прп пспользованпи метода маг-
нитной записи с ультразвуковым смещением (по Маккенхпрну159).
550
В верхней части этих рисунков схематически показано изменение
напряженности магнитного поля записывающей головкп в процессе за-
писп звуковых колебаний со сравнительно большой длиной волны (рпс. 519)
и сравнительно малой длиной волны (рпс. 520). В нижней частп данных
рисунков приведены соответствующие спиралеобразные циклические
кривые перемагничивания предварительно размагниченного элемента
звуконосителя. Левые графики отвечают процессу перемагничивания
элемента звуконосителя прп движении его от левого края магнитного поля
к центральной липни зазора головкп, а правые графики—процессу пере-
магничивания прп движении элемента звуконосителя от центральной ли-
нии зазора к правому краю магнптного^поля головки и, следовательно,
Рис. 519. Изменение напряженности
магнитного поля а в головке запи-
си в случае длинных волн записи:
б—циклическая кривая намагничи-
вания размагниченного элемента
звуконосителя, вступающего в го-
ловку в пределах до центра зазора;
в—то же от центра зазора к краю его
Рис. 520. Изменение напряжен-
ности магнитного поля в головке
записи в случае коротких длин
волн записи
представляют конечное магнитное состояние элемента звуконосителя по
выходе его из магнитного поля головки. На рис. 519 и 520 рассмат-
ривается тот частный случай, когда пик напряженности (одного опре-
деленного знака) ультразвукового смещения и пики амплитуд длинновол-
нового и коротковолнового сигналов (того же знака) совпадают с пиком
напряженности (того же знака) статического магнитного поля. Кроме то-
го, амплитуды длинноволнового и коротковолнового сигналов одинаковы.
Суммарный ультразвуковой п звуковой сигналы обусловливают высо-
кочастотную кривую напряженности, состоящую в пределах зазора го-
ловкп пз нескольких смещенных (несимметричных) колебаний, пиковые
значения которых (того или иного знака) изменяются соответственно
распределению напряженности статического магнитного поля; при этом
максимальный пик суммарного ультразвукового сигнала совпадает с цен-
тральной линией зазора головкп. При указанных условиях в результате
сложного циклического намагничивания элемент звуконосителя, выходя
из магнитного поля головки, будет иметь остаточную индукцию, в случае
длинноволнового колебания—большую, чем при коротковолновом сигнале.
551
Уменьшение остаточной индукции при уменьшении длины волны записыва-
емых колебаний характеризует частотный эффект протяженного магнит-
ного поля головки. Эффект частичного уменьшения уровня высоко-
частотного звукового сигнала вследствие размагничивания в процессе
записп зависит от амплитуды, длины волны и фазы звукового сигнала
(тока), амплитуды, длины волны и фазы ультразвукового сигнала (тока),
распределения напряженности статического магнитного поля головки
и магнитной характеристики материала звуконосителя. Необходимо прп
этом отметить, что от распределения напряженности статического маг-
нитного поля головки в значительной мере зависит оптимальная для
данной головки величина ультразвукового смещения.
Из приведенных на рпс. 521 кривых зависимости относительной на-
пряженности статического магнитного поля (за пределами максимального
Рис. 221. Кривые зависимости отно-
сительной напряженности статиче-
ского магнитного поля в зависимости
от расстояния при различном отно-
сительном удалении ферромагнит-
ного слоя от сердечника головки
Рпс. 522. Смещение гистере-
зисных петель ври цикличе-
ском перемагничивании коле-
бания напряженности постоян-
ной амплитуды (явление нес пм-
мстричного гистерезиса)
пика напряженности) от расстояния при различном относительном удале-
нии ферромагнитного слоя от сердечника головки следует, что крутизна
спада напряженности статического магнитного поля головки имеет наи-
большее значение для поверхностного слоя звуконосителя и уменьшается
при удалении слоя от сердечника головки. Таким образом, удаленные слои
звуконосителя размагничиваются в большей степени, т. е. применение
более толстого звуконосителя приводит к большему спаду частотной ха-
рактеристики на высоких частотах за счет эффекта протяженного магнит-
ного поля.
Аналогичным образом можно показать данный частотный эффект
и в случае магнитной записи со смещением постоянным током. В этом слу-
чае кривая магнитного поля будет определяться только кривой звукового
сигнала и кривой напряженности статического магнитного поля в головке.
Частотный эффект протяженного магнитного поля записывающей головки пояс-
нен выше на таких картинах распределения напряженностей статических магнитных
полей, при которых всегда имелся хотя бы один максимальный пик напряженности.
Этпм пиком, собственно, п производилась запись, и спад напряженности за его преде-
лами, приводил к некоторому размагничиванию заппсп высокой звуковой частоты.
Пояснение было сделано в первом приближении применительно к намагничиванию
лишь одного элемента звуконосителя, а нс ряда последовательных элементов, намагни-
чивание которых выражает записанный сигнал. Прп этом не было учтено влияние про-
цесса установления симметрии гистерезисных петель (несимметричного гистерезиса)
552
при переменном намагничивании каждого элемента в течение времени прохождения
им протяженного магнитного поля головки. Рассмотрим влияние протяженного магнит-
ного поля записывающей головкп па передачу сигнала высокой звуковой частоты
с учетом обоих указанных факторов (по Эксов у)160. Приводимый ниже анализ отно-
сится к случаю, когда распределение напряженностп статического магнитного поля
записывающей головки представляется П-образной кривой, боковые перпендикуляр-
ные стороны которой параллельны внутренним граням зазора.
В этом случае нспзмепяющсйся напряженности статического магнитного поля
в направлении ширины зазора головки характер намагничивания движущегося элемен-
та звуконосителя будет таким, как если бы элемент звуконосителя находился в покое
(в той плп иной точке поля) и подвергался воздействию изменяющегося во времени
магнитного поля. Последнее определено сигналом в обмотке головкп в течение време-
ни прохождения элементом магнитного поля головкп. Такое представление дает воз-
можность выразить процесс звукопередачи графически, сопрягая кривую сигнала
в обмотке головки плп кривую временного изменения напряженности с петлеобраз-
ной гистерезисной кривой намагничивания.
Для прямоугольной кривой напряженности магнитного поля частотный эффект
протяженного магнитного поля, так же как и прп всякой другой кривой, будет разли-
Рис. 523. Изменения интенсивности намагничивания элемента
звуконосителя во времени
чен для различных методов магнитной записи. Общим является лишь то, что возникаю-
щие прп обоих методах магнитной записи частотные искажения тесно связаны с нели-
нейными искажениями (т. е. мы имеем дело с частотно-нелинейными искажениями),
причем как те, так и другие (искажения) имеют циклический характер. Данная тео-
рия (разработанная Эксоном) хорошо объясняет не только частотные эффекты, но вооб-
ще механизм магнитной записи любого сигнала различными методами. Она кладет
в основу явление так называемого несимметричного гистерезиса, заключающегося
в том, что петля гистерезиса достигает стационарного состояния при колебаниях на-
пряженности магнитного поля не сразу, а только после ряда циклов (рис. 522). Соглас-
но этому положению элемент звуконосителя, проходя через магнитное поле головки
(при прямоугольной форме кривой напряженности) под воздействием переменного
симметричного сигнала (колебания), подвергается перемагничиванию по незамкнутым
несимметричным магнитным петлям (рпс. 523).
В зависимости от скорости движения звуконосителя и протяженности магнит-
ного поля записывающей головки элемент звуконосителя подвергается подобному цик-
лическому перемагничиванию в течение того или иного времени, т. е. в пределах того
пли иного количества целых циклов и их частей. Одни цикл соответствует одному пол-
ному колебанию, следовательно, количество циклов определяется количеством колеба-
ний напряженности в течение времени прохождения элементом звуконосителя действу-
ющего магнитного поля записывающей головки.
В случае колебаний напряженности магнитного поля записывающей головкп со
звуковой частотой и скорости движения звуконосителя 456 мм/сек одно полное коле-
бание частотой 10 000 гц, илп, следовательно, один цикл перемагничивания соответ-
ствует протяженности магнитного поля (действующему зазору) записывающей головки
45,6 [1.
Таким образом, для звуковых частот и обычных зазоров записывающих головок
перемагничивание движущегося элемента звуконосителя происходит в пределах вре-
мени одного полного цикла.
В случае ультразвуковых колебаний напряженности магнитного поля частотой
40—100 кгц за время прохождения элементом звуконосителя действующего зазора
записывающей головки шириной 20—40 р. элемент подвергается перемагничиванию
в течение целого ряда циклов. Когда элемент звуконосителя не подвергается боль-
шому количеству циклов перемагничивания (например, более десяти), достаточному
553
для установления стационарного состояния гистерезисной петли, в той или иной мере
имеет место (проявляет себя) несимметричный гистерезис.
Рассмотрим с указанных позиций процесс намагничивания движущегося звуко-
носителя при подаче в обмотку записывающей головки тока в виде колебаний звуковой
частоты, имеющих симметричную треугольную форму звукового сигнала (запись без
-смещения). Представляя в целях упрощения несимметричные гистерезисные петли
в виде четырехугольников, смещенных так, как это показано на рпс. 523, п нанося по
осп ординат вместо индукции В интенсивность намагничивания J (В=4кЗ-{-Н, где Н—
напряженность магнитного поля внутри
звуконосителя), проанализируем намаг-
ничивание отдельных элементов звуко-
носителя, вступающих в действующее
магнитное поле головки по прошествии
1/8 времени полного колебания.
При указанных условиях каждый
пз восьми элементов звуконосителя,
Зле мент 1
Протяженность магнитного поля 3
Рис. 524. Кривые изменения интенсив-
ности намагничивания восьми элементов
звуконосителя
Рпс. 525. Кривые изменения интенсивности
намагничивания звуконосителя при раз-
личных значениях протяжепности магнит-
ного поля головки S
вступающий в действующий зазор записывающей головкп и движущийся в ее преде-
лах, по луча ei интенсивность намагничивания, соответствующую мгновенному значе-
нию напряженности переменного магнитного поля.
На рпс. 524 изображены подобные кривые изменения интенсивности намагничи-
вания первых четырех элементов звуконосителя во времени. Каждая кривая сдвинута
по фазе иа Vs часть полного колебания.
Прп той плп иной протяженности действующего магнитного поля записы-
вающей головки, соответствующей определенному времени нахождения каждого
элемента, звуконосителя в его пределах, каждый элемент звуконосителя, выхо-
дя из этого поля, сохраняет остаточную интенсивность намагничивания, соот-
ветствующую точке пересечения кривой с той плп пной вертикальной линией,
пересекающей все кривые. Таким образом, положение той или иной вертикальной
линии соответствует определенной протяженности действующего магнитного поля
554
записывающей головки с прямоугольной характорпстпкой напряженности, которая
может быть названа эффективной шириной зазора записывающей головки.
Нанося значения интенсивностей намагничивания, отвечающих точкам пересече-
ния ряда вертикальных прямых с кривыми намагничивания элементов в зависимости
от времени или длины при различных значениях протяженности магнитного поля
головки, получим кривые, представленные на рис. 525. Эти кривые показывают,
что прп изменении протяженности магнитного поля головки с прямоугольной харак-
теристикой напряженности происходит циклическое изменение мгновенных значений
и формы записанной кривой или тем самым циклическое изменение как отдачп, так и
нелинейных искажении прп воспроизведении данного сигнала.
Как видно пз рис. 525, при протяженности магнитного поля головки, равной О,
а,'2, X, 3/2Х, 2Х..., где X—длина волны заппсп, имеет место неискаженная передача
сигнала; прп протяженности магнитного поля, равной 3/4Х, 13/4Х, 23/4Х, ...сигнал
совершенно не передается (остаточная интенсивность намагничивания представляет-
ся постоянной величиной, так что э.д.с. в воспроизводящей головке равна пулю);
прп протяженности магнитного поля между 1/8Х п 3/8Х, между 5/8Х н 7/6\ и т. д.
имеют место наибольшие нелинейные искажения.
Таким образом, пр прямоугольной форме кривой напряженности статического
магнитного поля записывающей головки протяженность последнего приводит к обра-
зованию максимумов и минимумов записанных уровней на определенных длинах волн
записи. Данное явление подтверждается экспериментом прп употреблении записываю-
щих головок, с зазором шириной несколько сот микрон (при ширине зазора такого
порядка форма кривой напряженности статического магнитного поля записывающей
головки практически близка к прямоугольной). Точные экспериментальные результаты
показывают лишь некоторое отклонение определенных выше отношений протяженности
магнитного поля к длине волны записи для минимальных уровней (отдачи). Это мо-
жет быть объяснено рядом причин. Во-первых, тем, что в приведенном выше анализе
пренебрегли изменением интенсивности намагничивания на участках кривой 3—4,
7—8, показанной на рис. 523. Во-вторых, вследствие неучета явления магпптпой
вязкости пли магнитного последействия прп намагничивании, которое заклю-
чается в том, что магнитный материал звуконосителя достигает своей конечной
интенсивности намагничивания не мгновенно, а спустя лишь некоторое время.
Наконец, в-третьпх, отступлением формы кривой напряженности статического
магнитного поля головкп от прямоугольной.
Магнитная вязкость для передаваемых звуковых частот играет сравнительно
малую роль; наибольшее влияние оказывает неоднородность статического магнит-
ного поля. Графический анализ показывает, что в случае пиковой (например, треуголь-
ной) формы кривой напряженности статического магнитного поля головкп происходит
сдвиг минимумов интенсивности в область более высоких частот, что равносильно
уменьшению эффективной ширины зазора записывающей головки. Таким образом,
определенные выше циклические искажения и изменения отдачи, относящиеся к записи
без смещения и прямоугольной форме кривой напряженности, для двухгорбой пли одно-
горбой формы кривой напряженности статического магнитного поля головкп будут
иметь другое более бла оприятное значение.
Описанная выше методика (при указанных допущениях) может быть применена
также для исследования «механизма» магнитной записи с ультразвуковым смещением.
Подавая ультразвуковые колебания частотой порядка 40—60 кгц в головку с протя-
женностью действующего магнитного поля 20—40 [х, найдем, что прп скорости звуко-
носителя 456 мм!сек каждый элемент звуконосителя будет подвергаться циклическому
намагничиванию в пределах двух-пяти циклов ультразвукового сигнала. Такое коли-
чество циклов недостаточно для устранения несимметричного гистерезиса, поэтому
и прп записп с ультразвуковым смещением необходимо считаться с тем, что каждый
элемент звуконосителя подвергается намагничиванию в пределах незамкнутых несим-
метричных гистерезисных петель.
Если принять, что частота ультразвукового смещения в десять раз превышает
частоту записываемого звукового колебания (например, частота ультразвукового сме-
щения равна 60 кгц, а частота сигнала 6 кгц), то при треугольной форме последнего
кривая изменения (во времени) напряженности магнитного поля записывающей голов-
ки, соответствующая сумме ультразвукового и звукового сигналов, будет иметь вид,
представленный па рпс. 526, а.
Сопрягая эту кривую с незамкнутыми несимметричными гистерезисными петлями
подобно тому, как это было сделано в случае записп без смещения, получим кривые
интенсивности намагничивания первых четырех элементов звуконосителя, изображен-
ные на рпс. 526,6,526 в, 526,г и 526, <9. Эти кривые получены в предположении, что, во-
первых, кривая напряженности статического магнитного поля головки имеет П-образ-
ную форму (т. е. действующее поле головкп однородно), и, во-вторых, что мгновенная
интенсивность намагничивания, приобретаемая каждым элементом при входе его в дей-
ствующее магнитное поле головки, прямо пропорциональна мгновенной напряженности
этого поля в момент входа.
555
Как видно из рис. 526,6, первый элемент при входе в действующее магнитное поле
головкп в момент, определяемый точкой 1 суммарной кривой напряженности, сразу
приобретает интенсивность намагничивания, равную—15 единицам; эту интенсивность
намагничивания он сохраняет постоянной в течение первой четверти цикла ультразву-
кового колебания смещения, соответствующей уменьшению отрицательной напря-
женности ультразвукового поля. Под влиянием происходящего в течение следующей
четверти цикла ультразвукового колебания, вызывающего увеличение положительной
напряженности поля до4-17 единиц, данный элемент приобретает интенсивность нама-
гничивания равную+2 единицам. Эту интенсивность намагничивания он сохраняет
в течение следующей четверти цикла уменьшения положительной напряженности поля,
пока не будет доведен в последнюю четверть цикла возрастания отрицательной напря-
женностп до интенсивности намагничивания равной—11 единицам. Продолжая подоб-
ный анализ для первого элемента, а также выполняя его для других элементов, можно
Рпс. 526. Кривые интенсивности намагничи-
вания первых четырех элементов б, в, г, д
звуконосителя суммарным ультразвуковым
полем; а—кривая изменения (во времени) на-
пряженности магнитного поля головкп, со-
ответствующая сумме ультразвукового п зву-
кового (треугольной формы)сигналов. (Ампли-
туда смещения в 1,5 раза больше амплитуды
сигнала, а частота в 10 раз больше частоты
сигнала)
сделать вывод, что изменения интен-
сивности намагничивания звуковой
частоты для каждого элемента суще-
ственно отличаются от таковых без
ультразвукового смещения. Элемен-
ты звуконосителя (б, в, г и д па
рис. 526), входящие в действующее
магнитное поле головкп в точках
7, 2, 3 и 4 кривой напряженностп
(рпс. 526а), по истечении некоторого
времени своего нахождения в нама-
гничивающем поле характеризуются
такими изменениями интенсив пости
намагничивания, при которых пико-
вая интенсивность намагничивания
становится примерно симметричной
относительно горизонтальной оси
(времени), т. е. устраняется несим-
метричность изменения интенсивно-
сти намагничивания сигнала звуко-
вой частоты.
Таким образом, после несколь-
ких циклов намагничивания для каж-
дого элемента наступает подобный
установившийся режим изменения
интенсивности намагничивания без-
относительно к фазе, в которой эле-
мент входит в зазор, но прп сохране-
нии правильного соотношения фаз
для этих элементов. В случае записи
с ультразвуковым смещением несим-
метричность гистерезисных петель
(несимметричный гистерезис) накла-
дывается на изменения интенсивно-
сти намагничивания, совершающихся
с ультразвуковой частотой, но не
оказывает влияния па изменения ин-
тенсивности намагничивания звуковой частоты в той же мере, как в случае отсут-
ствия смещения.
Влияние, которое оказывает ультразвуковое смещение на звукопередачу прп том
илп ином отношении уровня смещения к уровню записываемого звукового сигнала,
можно установить путем определения пиковых значений интенсивности звуконосителя,
входящих в действующее магнитное поле головки в моменты времени, отвечающие раз-
личным точкам кривой напряженности поля.
Анализ показывает, что количество циклов ультразвукового смещения, необходи-
мое для того, чтобы все элементы могли достигнуть установившегося режима намагни-
чивания, находится в зависимости от амплитуды ультразвукового смещения. Подоб-
ная зависимость представлена кривой, изображенной на рпс. 527. Симметричность
кривой намагничивания (установившийся режим намагничивания) нс наступает до-
тех пор, пока не будет превышен некоторый минимальный уровень ультразвукового
смещения. При увеличении амплитуды ультразвукового спгнала, после того как эта
амплитуда превысит амплитуду звукового сигнала, имеет место минимальное количе-
ство циклов ультразвукового смещения, прп котором достигается установившийся
режим для всех элементов звуконосителя. При дальнейшем возрастании амплитуды
смещения это количество циклов увеличивается до тех пор, пока не наступит уже
556
магнитное насыщение звуконосителя, после чего потребное количество циклов слова
начинает уменьшаться.
Общий вид рассматриваемой кривой подобен кривой увеличения третьей гармони-
ки (нелинейных искажений) прп возрастании уровня ультразвукового смещения. Та-
ким образом, имеется определенная область значений уровня ультразвукового смеще-
ния, прп которой искажения минимальны.
Можно учесть влияние протяженности магнитного поля головки прп наличии
ультразвукового смещения, проведя на графиках рис. 526 параллельно осп ординат
вертикальные линии, соответствующие различной эффективной ширине зазора головки
(или различным моментам времени выхода элементов звуконосителя из действующего
магнитного поля головки). Произведя это, найдем что при превышении определенного
минимального уровня ультразвукового смещения больше не существует эффективной
ширины зазора, которая бы создавала минимум отдачи.
Амплитуда ультразвукового мешения
(в произвольных единицах}-
Амплитуда ультразвукового мешения
(в произвольных единицах)
Рис. 528. Кривые зависимости нелиней-
ных искажений и отдачи о г величины
ультразвукового смещения
Рпс. 527. Зависимость количества цик-
лов ультразвукового смешения, необхо-
димого для достижения установившего я
режима намагничения от амплитуды
улыразвукового смещения
Это положение обусловлено именно тем обстоятельством, что при наличии во всех
элементах установившегося режима намагничивания происходят симметричные изме-
нения интенсивности намагничивания каждого элемента со звуковой частотой. Что же
касается нелинейных искажений в зависимости от величины ультразвукового смещения,
то они изменяются согласно кривой, приведенной па рис. 528. Эта теоретическая
кривая вычислена по пиковым значениям ультразвуковой кривой интенсивности нама-
гничивания в пределах цикла звуковой частоты для каждого элемента звуконосителя.
Как видно из данной кривой, нелинейные искажения, достигнув минимума, с увеличе-
нием ультразвукового смещения возрастают до максимума и затем снова медленно
уменьшаются. Уменьшение нелинейных искажений в этой последней части кривой
обусловлено тем обстоятельством, что магнитное насыщение звуконосителя позволяет
достичь более быстро установившегося режима намагничивания, т. е. находиться
большему количеству элементов звуконосителя, выходящих из поля головки, в состо-
янии установившегося режима намагничивания.
На рис. 528 показана также теоретическая кривая зависимости отдачи от величины
ультразвукового смещения. IIз этой кривой следует, что отдача сначала возрастает
с увеличением амплитуды ультразвукового смещения, затем начинает падать и в конце
концов достигает пуля. По своему абсолютному значению отдача превышает таковую
при отсутствии смещения.
Прп записи с оптимальным ультразвуковым смещением в отличие от записп без
смещения не происходит уже периодического изменения нелинейных искажений
в зависимости от отношения эффективной ширины зазора головки к длине волны запи-
си. Последнее сохраняет свое значение лишь для очень малых значений ультразвукового
смещения, не встречающихся в практике. Используемая величина ультразвукового
смещения устраняет циклический характер изменения как отдачи, так и нелинейных
557
искажений, которые имеют место при записи без смещения. Таким образом, использова-
ние ультразвукового смещения:
1) повышает отдачу и устраняет минимум в характеристике в зависимости от
отношения эффективной ширины зазора к длине волны записи;
2) устраняет максимумы и минимумы нелинейных искажений;
3) повышает абсолютную величину отдачи;
4) устраняет минимум в характеристике зависимости отдачп от отношения эффек-
тивной шпрпны зазора к длине волны записи;
5) устраняет максимумы п минимумы нелинейных искажений прп различных
критических значениях отношения эффективной шпрпны зазора к длине волны заппсп;
х 6) уменьшает абсолютную величину нелинейных искажений, делая пх примерно
одинаковыми по всему диапазону звуковых частот;
тика звуковым и ультразвуковым
синусоидальными сигналами на-
пряженности (малая амплитуда
ультразвукового сигнала). Внут-
ренняя пунктирная кривая—цик-
лическая кривая зависимости ос-
таточной индукции от напряжен-
ности магнитного поля
Рпс. 5296. Кривая перемагни-
чивания неподвижного ферро-
магнетика звуковым и ультра-
звуковым синусоидальными
сигналами напряженности
(большая амплитуда ультра-
звукового сигнала). Внутрен-
няя пунктирная кривая—цик-
лическая кривая зависимости
остаточной индукции от на-
пряженности магнитного поля
7) определяет значения отдачп п нелинейных искажений кривыми, представлен-
ными на рис. 528.
Устранение цикличности изменения отдачп и нелинейных искажений при дости-
жении определенной величины ультразвукового смещения физически получает свое
подтверждение на опыте, который пояснен рис. 529а. Данный рисунок представляет
собой экспериментальную осциллограмму, выражающую суммарное действие стацио-
нарных ультразвукового и звукового (высокой звуковой частоты) синусоидальных
колебанпй па неподвижный ферромагнетик (по Тумину и Впльдфейеру161). На схеме
изображена широкая петля гистерезиса, отвечающая звуковому колебанию, к боко-
вым ветвям которой примыкают своими крайними (поворотными) точками частные цик-
лы, соответствующие ультразвуковым колебаниям, налагающимся на звуковое колеба-
ние. Длина этих циклов по отношению к ширине предельной гистерезисной петли опре-
деляется отношением амплитуд ультразвукового смещения и звукового сигнала.
Прп малой амплитуде ультразвукового смещения соединенные средние точки
частных циклов в свою очередь располагаются ио широкой петле; последняя становится
тем уже, чем больше амплитуда ультразвукового смещения.
Данная петля определяет соответствующую петлю, выражающую двухзначную
зависимость остаточной индукции от напряженности магнитного поля пли собственно-
характеристику заппсп. Прп некоторой большой амплитуде ультразвукового смещения
указанная петля превращается в одну липпю, проходящую через начало координат
и приближающуюся к прямой лпппп па широком участке; этой линии будет соответ-
ствовать однозначная кривая остаточной индукции. При несовпадении боковых
558
сторон петлп в линию в процессе записи спнусопдальпого сигнала образуются цик-
лические нелинейные искажения.
Рассмотренные случаи говорят о том, что действие в процессе записп протяжен-
ного магнитного поля равномерной напряженности приводит не только к частотным
искажениям, по сопровождается прп этом весьма большими нелинейными искажения-
ми. Сказанное еще лишний раз подтверждает выгодность применения неравномерного
(в частности, одногорбого) статического магнитного поля головкп с по возможности
более узким и высоким пиком напряженности, за пределами которого пмеет место
наибольшая крутизна спада напряженности магнитного поля. Искажения, возника-
ющие при таком статическом магнитном поле, значительно меньше тех искажений,
которые возникают прп равномерном статическом магнитном поле головкп, в особен-
ности при применении метода магнитной записп со смещением постоянным током.
Как показано выше, при магнитной записи с ультразвуковым смещением искаже-
ния и в случае равномерного статического магнитного поля головкп могут считаться
малыми.
Изложенное выше описание «механизма» магнитной записи пмеет то ограничение,
что оно относится к частному случаю прямоугольной характеристики напряженности
магнитного поля записывающей головкп, которая для обычных головок практически
не пмеет места.
В случае использования характеристики напряженности магнитного поля голов-
ки пе прямоугольной формы необходимо учитывать влияние последней на характер
звукопередачи.
§ 136. ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ НАМАГНИЧИВАНИЯ
И ЭФФЕКТ ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕКТИВНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
ГОЛОВОК ОТ ЧАСТОТЫ
Так как напряженность магнитного поля, создаваемого головкой,
быстро падает (при соизмеримости ширины зазора записывающей головки
с толщиной ферромагнитного слоя звуконосителя) по толщине ленты, то
отдельные элементарные слои звуконосителя характеризуются различной
степенью намагничивания. Наиболее быстро происходит спад напряжен-
ности магнитного поля, обусловленного сигналом высокой звуковой частоты.
По этой причине, при малой длине волны записи, сигнал фиксируется и
воспроизводится лишь тонким поверхностным слоем звуконосителя, благо-
даря чему отдача сигнала высокой звуковой частоты сравнительно мала
и не зависит от толщины ферромагнитного слоя звуконосителя. При записи
низких звуковых частот магнитное поле, изменяясь по толшине звуконо-
сителя, обусловливает суммарный результат в впде наслоения намагничи-
ваний отдельных слоев. Внутренние намагниченные слои звуконосителя
оказывают на процесс воспроизведения меньшее влияние, чем поверх-
ностный слой, в особенности при высоких звуковых частотах записи152.
Происходит это вследствие быстрого уменьшения магнитного воспроиз-
водящего потока, вызванного внутренними намагниченными слоями
с увеличением расстояния до поверхности сердечника воспроизводящей
головки, а также потому, что на высоких звуковых частотах размагни-
чивающее поле (см. ниже) возрастает по мере увеличения глубины отдель-
ных слоев звуконосителя. Прп применении в процессе записи ультразву-
кового смещения локальные элементарные слои звуконосителя подвергаются
действию нормальной (оптимальной) напряженности ультразвукового
магнитного поля. Например, в глубоких слоях звуконосителя поле сме-
щения слишком слабое, в средних—нормальное (оптимальное), а в поверх-
ностном слое—слишком сильное («пересмещение»), приводящее к уменьше-
нию отдачи, в особенности на высоких звуковых частотах.
При малой величине ультразвукового смещения максимальное на- '
магничпвание располагается в поверхностном слое звуконосителя. В этом
случае эффект записи в сильной степени зависит от расстояния или на-
дежности контакта между записывающей головкой и звуконосителем, а
увеличение толщины ферромагнитного слоя звуконосителя не приводит к
559
возрастанию отдачи162. При больших значениях ультразвукового смещения
максимум намагничивания смещается в более глубокие слои звуконосителя»
следствием чего является уменьшение поверхностной остаточной индукции
или отдачи, в особенности при записи высоких звуковых частот, т. е.
ухудшение частотной характеристики звукопередачи163,162. Другим фактором,
влияющим на частотную характеристику при записи звуковых колебаний
с ультразвуковым смещением, является размагничивание записи, вызы-
ваемое эффектом протяженности магнитного поля. Данный эффект зависит
от глубины ферромагнитного слоя звуконосителя, поскольку прп этом
изменяется напряженность статического магнитного поля головкп.
Крутизна спада напряженности статического магнитного поля за
максимальным пиком напряженности не сохраняется одинаковой при
различной глубине слоя звуконосителя, поэтому прп различной степени
углубления в звуконоситель будет иметь место различная частотная
характеристика. Поскольку спад напряженности статического магнитного
поля и соответствующая скорость затухания переменного высокочастотного
магнитного поля за максимальным пиком напряженности уменьшаются
по мере углубления в звуконоситель, то наилучшую частотную характе-
ристику эффекта частичного размагничивания при записи имеет поверх-
ностный слой звуконосителя. Отсюда становится понятным, что звуконо-
сители с ферромагнитным покрытием меньшей толщины (топкие) имеют
лучшую частотную характеристику эффекта частичного размагничивания
прп записи высокочастотного звукового спгнала.
На рис. 521 приведены кривые зависимости затухания указанного
магнитного поля от расстояния и глубины слоя звуконосителя в форме
ферромагнитной ленты164. По оси ординат отложен модуль относительного
значения напряженности магнитного поля, а по оси абсцисс—расстояние
от максимального пика напряженностп в направлении длины звуконоси-
теля в долях половины ширины зазора головки. Параметром приведен-
ных кривых является относительная глубина ферромагнитного слоя в виде
отношения расстояния слоя от поверхности сердечника к ширине зазора
головкп.
Данные кривые могут характеризовать затухание магнитного поля
в различно углубленных слоях звуконосителя при использовании для
записи головок с различной шириной зазора. Из рассмотрения этих кри-
вых следует, что абсолютная протяженность затухающего магнитного
поля лишь косвенно связана с шириной зазора головки, по все же сохра-
няется такая закономерность: с уменьшением ширины зазора головки
уменьшается и протяженность спадающего или затухающего магнит-
ного поля.
Приведенные кривые также говорят о том, что углубление в ферро-
магнитный слой звуконосителя с точки зрения крутизны спада пли
затухания магнитного поля, а следовательно и частотной характеристики
записи, равносильно расширению зазора головкп.
Фазовое различие высокочастотных записей в отдельных слоях также
вызывает некоторое пзмененпе (ухудшение) частотной характеристики
звуконосителя в целом.
На рпс. 530. представлены частотные характеристики звукопередачи
прп различной толщине диамагнитных прокладок между сердечником
записывающей головки и звуконосителем (лентой) (получены во Всесоюз-
ном научно-исследовательском институте звукозаписи164). Очевидно, боль-
шая толщина диамагнитных прокладок соответствует меньшему спаданию
(затуханию) магнитного поля головки.
Как видно из рис. 530, все приведенные кривые имеют некоторый ма-
ксимум; частота, отвечающая этому максимуму, имеет тем большее зна-
560
чение, чем тоньше диамагнитная прокладка, т. е. чем уже зазор или
круче спад пика напряженности головки записи. Ход кривых показы-
вает, что при записи с расстоянием в 20 [х частотная характеристика на
частоте 10 000 ги опускается на 5 дб. При записи же с расстоянием 10—12 рь,
соответствующим толщине ферромагнитного покрытия ленты, спад ча-
стотной характеристики будет
дб
составлять всего лишь 1,5—
2дб, Учитывая неравномер-
ную степень намагничивания
по толщине ленты, суммарный
эффект, выявляемый в про-
цессе воспроизведения, будет
еще меньше.
На рис. 531 показаны ти-
пичные кривые зависимости .
э.д.с. воспроизводящей голов-
ки от толщины ферромагнит-
ного слоя звуконосителя и
длины волны записи151.
Наряду с поверхностным
эффектом намагничивания
звуконосителя высокочастот-^
ные потери могут иметь местом
также в сердечниках головок,
в особенности в тех из них,
10
5
0
S
-10
-15
-20
1000
20
10000 г ц
Частота
Рпс. 530. Частотные характеристики звукопере-
дачи при различной толщине диамагнитных про-
кладок меж чу сердечником записывающей го-
ловкп п звуконосителем Ширина зазора запи-
v сывающей головки 30 р., ширина зазора восиро-
• ^изводящей головкп 20 р; скорость звуконосите-
ля 770 мм, сек
которые соораны из толстых
ферромагнитных пластин. Они
проявляют себя в форме умень-
шения эффективной магнит-
ной проницаемости толстых
ферромагнитных пластин в пе-
ременном магнитном поле при
возрастании частоты. Это при-
водит к уменьшению э. д. с.
при воспроизведении сигнала
с магнитной фонограммы с
увеличением частоты, которое
равносильно как бы увеличе-
нию ширины зазора с увели-
чением частоты.
Рпс. 531. Кривые зависимости э. д. с.
в воспроизводящей головке от толщины
ферромагнитного слоя звуконосителя
(лепта с кобальтов»»-никелевым слоем,
Вг=9000 гс, Яс=190 з) и длины волны
записп
Для устранения указанного
эффекта пластины, из которых со-
бираются сердечники головок, не
должны быть очень толстыми. Так,
например, при использовании для воспроизводящих головок пластин из молибдено-
вого пермаллоя толщина последних должна быть порядка 0,08—0,1 мм (по иссле-
дованию Селисского 1б5). Дальнейшее уменьшение толщины приводит к уменьшению
начальной магнитной проницаемости и к возрастанию потерь на гистерезис.
§ 137. ЭФФЕКТ САМОРАЗМАГНПЧИВАНПЯ
Саморазмагничиванпе магнитной записи выражается в уменьшении
амплитуды остаточной индукции в звуконосителе после того, как произ-
ведена запись и звуконоситель вышел из контакта с записывающей голов-
кой. Физически данный эффект обусловлен наличием на поверхности
36 В. А. Бургов
561
Поверхностные магнитные пассы
Рпс. 532. Схема поверхностных магнитных
масс звуконосителя с записью, создающих
размагничивающее иоле
звуконосителя в результате записи магнитных масс, которые и создают
размагничивающее поло, приводящее к уменьшению остаточной индукции.
Эффект саморазмагнпчивания тесно связан со степенью контакта между
звуконосителем п головкой. Прп тесном контакте звуконосителя с голов-
кой наибольшее количество магнитных силовых линий фонограммы про-
ходит через сердечник воспроизводящей головки, и эффект саморазмагпп-
чпванпя понижается. Ухудшение контакта увеличивает эффект самораз-
магнпчиванпя.
Эффект саморазмагнпчивания продольной магнитной записи возрастает
с уменьшением длины волны записываемых колебаний и тем самым
оказывает влияние на частотную характеристику звукозаписи. Эффект
саморазмагнпчивания по своей величине значительно больше эффекта ча-
стичного размагничивания спадающим магнитным полом в процессе заппсп.
Физический смысл эффекта размагничивания легко уяснить пз рас-
смотрения рпс. 505, на котором представлено распределение магнитного
потока звуконосителя после то-
го, как на нем произведена маг-
нитная запись синусоидальных
колебаний. Выходящие и входя-
щие через поверхность звуконо-
сителя магнитные силовые ли-
нии образуют на последней по-
люса с поверхностной магнит-
ной массой (рис. 532), которые
и создают размагничивающее по-
ло. Так как расстояние между
этими полюсами зависит от дли-
ны волны заппсп, то и значение
размагничивающего поля будет также зависеть от частоты записанных
колебаний. Кроме того, оно зависит от магнитных свойств и размеров^
(площади поперечного сечения) звуконосителя. Чем больше отношение'
поперечного сечения намагниченного ферромагнитного слоя звуконоси-
теля к длине волны записи, тем больше саморазмагппчивающее действие
произведенной записи. Эффект саморазмагнпчивания зависит еще от сте-
пени предварительного намагничивания и от сорта звуконосителя (ленты).
Действие размагничивающего поля прп магнитной заппсп с предва-
рительным намагничиванием (смещением) постоянным током гоясняет
рпс. 533. Отдельные значения остаточной индукции, представляемые
точками и ВГ2, в результате действия размагничивающего поля
напряженностью Н. п Н2 уменьшаются до значений, выражаемых точ-
ками Вг/1 и Вг>2.
Отношение к тому пли иному уменьшенному значению остаточной
индукции Bd соответствующей напряженности размагничивающего поля Ва
определяет собой эффект размагничивания п носит название размагни-
чивающего фактора.
Как это видно пз рпс. 534, размагничивающий фактор -V имеет зна-
чение тангенса угла наклона касательной, проведенной в точке кривой раз-
магничивания, отвечающей остаточной индукции Bd, т. о. .V — — — tg а.
Зная для того пли другого звуконосителя значение размагничивающего
фактора N и основные магнитные показатели материала звуконосителя
в виде остаточной индукции и коэрцитивной силы Ис, можно определить,
соответствующее уменьшенное значение остаточной индукции Bd. Для
этого необходимо только провести пз начала координат во втором квад-
ранте прямую, тангенс угла наклона которой с осью ординат равен А _
562
Точка пересечения этой прямой с ветвью кривой размагничивания во
втором квадранте и определит уменьшенную величину остаточной индук-
ции Bd. Полагая эту ветвь в виде прямой, пз рпс. 534 следует, что:
а
Следовательно
Hd tg T Hc ’
Hd = Bdtg* = BdN.
(461)
Отношение Bd к Вг носпт название коэффициента остаточной индук-
ции. Зависимость коэффициента остаточной индукции п — от частоты
Рис. 533. Действие размагничивающего
поля при магнитной записи со смеще-
нием постоянным током
Рпс. 534. Схема, поясняющая значение
размагничивающего фактора и вывод за-
висимости между Bj и Вд
записанных колебаний для того или иного звуконосителя представляет
собой частотную характеристику эффекта саморазмагнпчпванпя записи.
В результате изучения влияния процесса саморазмагничпванпя на
в'елпчину остаточной ппдукцпп в ферромагнитном звуконосителе, сину-
соидально намагниченном по длине, аналитически был определен (Трах-
тенберг166) размагничивающий фактор N для ферромагнитной порошко-
вой ленты (отличающийся от размагничивающего фактора проволочного
звуконосителя):
(462)
где X—длина волны записи; 2Ь п 2а—толщина п ширина лепты.
На рпс. 535 приведена вычисленная кривая зависимости размагни-
чивающего фактора порошковой ферромагнитной ленты (типа С) N от
отношения длпны волны записи к половине толщины ленты. На рпс. 536
представлена зависимость коэффициента остаточной индукции (в логариф-
мической мере) для того же звуконосителя от частоты записываемого
сигнала, найденная согласно экспериментальной кривой размагничивания
материала звуконосителя и соответствующая данным: скорость ленты
770 мм [сек, ширина ленты 0,65 см, толщина ленты 0,002 см, остаточная
индукция 320 гс, коэрцитивная сила 128 э.
36* 563
На основании приведенных на рис. 535 и 536 кривых можно сделать
следующие выводы:
1. Размагничивающий фактор ферромагнитной порошковой ленты
уменьшается при увеличении отношения длины волны записи к толщине
ленты.
2. С точки зрения уменьшения эффекта саморазмагничивания вы-
годно применять по возможности более тонкие ферромагнитные ленты
(ленты с тонким ферромагнитным покрытием).
3. Частотная характеристика процесса саморазмагничивания порош-
ковой ферромагнитной ленты (в форме зависимости коэффициента оста-
34 6810 20 50 100 20040080010001500
Рис. 535. Кривая зависимости размаг-
ничивающее» фактора порошковой
ферромагнитной лен гы N от отноше-
Рис. 536. Зависимость коэффициента ос-
таточной индукции от частоты записы-
ваемого сигнала
ния длины волны записи к половине
толщины ленты —- (в = Ь)
точной индукции п = от частоты) имеет плавный равномерный спад
на высоких частотах, не превышающий на частоте 8000 гц—5 дб.
4. Величина спада частотной характеристики на той или иной ча-
стоте зависит от угла наклона кривой размагничивания материала ленты
(саморазмагнпчивание тем меньше, чем больше коэрцитивная сила).
Как это следует из рис. 535 и формулы (461), с увеличением угла на-
клона кривой размагничивания, т. е. с возрастанием отношения = tg у,
«с
уменьшается значение Bd и ухудшается частотная характеристика.
При постоянной остаточной индукции Вг частотная характеристика
имеет тем больший спад на высоких частотах, чем меньше коэрцитивная
сила материала Нс.
5. Магнитомягкие материалы, имеющие по сравнению с магнито-
жесткими материалами больший наклон размагничивающей кривой, обла-
дают и соответственно худшей частотной характеристикой.
Частотные характеристики эффектов частичного размагничивания
спадающим магнитным полем и саморазмагничивания находятся в зависи-
мости от скорости звуконосителя при записи (и соответственно при
воспроизведении).
При увеличении скорости движения звуконосителя для колебаний
одной и той же частоты улучи аются частотные характеристики эффекта
спадающего магнитного поля при записи и эффекта саморазмагничива-
ния 5же произведенной записи.
564
Прп записи высокочастотных колебаний размагничивающее действие
приобретает максимальное значение. Приближенно частотный эффект
саморазмагничивання звуконосителя (коэффициент амплитуды сигнала)
можно выразить (по Любеку 167) экспериментальной формулой:
к = e~f^ = S/A,
где / — частота; К —длппа волны записп; 7 и 8 — постоянныекоэффициенты,
имеющие физический смысл частоты (у) и длины волны (о), при которых
внешний магнитный поток звуконосителя и соответственно э. д. с.
в обмотке головки падают до е-й доли (к = е~1). Характеризующая каждый
сорт ленты длина волны 8 колеблется в пределах от 50 |л (наилучшпе
ленты, обладающие большой чувствительностью к высоким частотам)
до 200(см. табл. XXII). Кривые зависимости e~s/A от X при различ-
ных значениях 8 приведены на рис. 537155.
Перейдем теперь к рассмотрению частотных искажений, возникающих
в процессе воспроизведения сигнала с магнитной фонограммы. Эти иска-
жения обусловлены эффектом конечных размеров зазора воспропзво 1Я-
щей головки и относительным наклоном головок записи и воспроизве-
дения.
§ 138. ЭФФЕКТ КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ЗАЗОРА
ВОСПРОИЗВОДЯЩЕЙ ГОЛОВКП
7- Внешний магнитный поток звуконосителя в той или ипой мере вхо-
дит в сердечник воспроизводящей головки и сцепляется с витками обмот-
ки. Изменение этого потока вызывает образование электродвижущей си-
лы в обмотке головкп.
Эффект конечных размеров зазора воспроизводящей головкп обус-
ловлен тем обстоятельством, что в каждый данный момент через протя-
женные участки наружных граней полюсных наконечников, которые
расположены на обоих краях зазора головки, в сердечник входят одно-
565
временно магнитные силовые линии, отвечающие ряду соседних участков
записп по длине звуконосителя.
Данные магнитные силовые линии, проходя в сердечник по обеим
сторонам зазора, образуют противоположные по знаку слагающие маг-
нитного потока, сцепляющегося с витками обмотки головки. Количество
этих магнитных силовых линий зависит не только от величины поверх-
ностной остаточной индукции в каждом элементарном участке звуконоси-
теля, но и от геометрии и магнитных свойств самой головкп и располо-
жения указанных участков относительно головки. Очевидно, что участки
звуконосителя с одинаковой поверхностной остаточной индукцией, ио
различно расположенные относительно головкп обусловят в каждый дан-
Рис. 538. Схема к определению величи-
ны магнитного потока У.', проводящего
внутри сердечника воспроизводящей
головкп; Bs—поверхностная остаточная
индукция; х—координата, связанная
с лептой; а—координата, связанная с
головкой; v—скорость ленты
ный момент н различное количество
отвечающих им магнитных силовых
линий, проходящих через сердечник
головкп.
Силовые линии, выходящие из
звуконосителя на слишком малом или
слишком большом расстоянии от цен-
тральной линии зазора, могут замы-
каться, не заходя в сердечник голов-
ки. Подобное влияние на результиру-
ющий магнитный поток в головке
различно удаленных элементов зву-
коносителя при неподвижном звуко-
носителе может быть выражено не-
которой функцией длины звуконоси-
теля, а при движении звуконосителя—
функцией линейной координаты го-
ловкп.
Данная функция, которую мы будем называть (по Харкевпчу168а)
функцией влияния, зависит от геометрических размеров зазора п сердеч-
ника, а также от магнитного материала и формы сердечника. Покажем
значение э. д. с., индуктирующейся в обмотке головки с учетом функ-
ции влияния, математически. Выберем систему координат с началом,
лежащим на центральной линии зазора, а ось абсцисс х расположим по
линии соприкосновения сердечника-головки со звуконосителем по длине
последнего, тогда внешняя поверхностная остаточная индукция звуконо-
сителя (определяемая магнитными силовыми линиями, перпендикулярны-
ми к поверхности звуконосителя) выразится некоторой функцией Bs (&),
а указанная выше функция влияния может быть представлена значением
f(x). Полагая, что функгпя Bs (х) не зависит от присутствия воспроизводя-
щей головкп, можно написать следующее выражение для магнитного пото-
ка, проходящего через сердечник головкп при неподвижном звуконосителе:
+со
Т = 2а / (х) Bs (.г) dx,
—оо
(463)
где 2а —- ширина звуконосителя (ленты).
Прп движении звуконосителя с постоянной скоростью v координаты
звуконосителя х п головкп а связаны равенством (рпс. 538):
х = а — vt,
поэтому выражение (463) можно представить в виде:
н-со
—со
(464)
566
Функция поверхностной остаточной индукции Bs (х) определяется ха-
рактером записи на звуконосителе в форме внутренней остаточной индук-
ции В(х) согласно равенству:
где 2 Ь —толщина ферромагнитного слоя (ленты).
При заппсп синусоидальных колебаний изменение вп у трепней оста-
точной индукции (с учетом некоторого размагничивания прп заппсп п
эффекта саморазмагиичпваиия) в направлении длины звуконосителя будет:
А
где X —длина волны записи, и соответственно внешняя (поверхностная)
остаточная индукция определится формулой:
D х 2ВхЪт. 2-х п . 2Вфъ 2к(а—п)
Д. (.г) = Y COS -т— или (а — Ъ'1} = Y— cos Ч------------ .
ь ' 7 К sv 7 А Л
Подставляя данное значение В5(а —/7) в выражение (464), получим:
/ (а) cos 2g(a~^ . (465)
—co
Физически функция влияния / (а) i представляет собой кривую пзме-
1сния магнитного потока в сердечнике головки прп продвижении мимо
воспроизводящей головкп звуконосителя, намагничивание которого сосре-
доточено на бесконечно малой его длине (см.1686). Очевидно, изменение этого
магнитного потока будет происходить следующим образом: по мере при-
ближения намагниченного элемента звуконосителя к одному краю зазора
поток будет возрастать до максимума, затем после прохождения элемен-
том края зазора поток упадет, достигая наибольшего своего падения
па центральной линии зазора и, наконец, приобретя обратный знак, снова
будет возрастать, достигая максимума примерно у второго края зазора,
после чего снова начинает падать. Такое изменение показывает, что
функция является нечетной функцией. Следовательно, выражение (465)
может быть упрощено и переписано в виде:
со
ЧГ sjn у (466)
О
Электродвижущая сила, индуктируемая в обмотке головкп, в этом
случае будет равна:
ВА 2a2bu>2w . С , , ч . 2~а .
е = — w—— —------*-------cos \ j (a) sin аа, (46 /)
dt V J 4 7 Л 47
О
со
где / (а) sin da = k Qy- ^ — k (co) — частотный коэффициент, явля-
б
ющпйся спектром функции влияния / (а).
Данный коэффициент, умноженный па со, представляет частотную
характеристику процесса воспроизведения спгнала головкой с конечным
зазором. Частотный коэффициент к (со) определяет ту связь, которая су-
ществует между функцией влияния и частотной характеристикой процесса
воспроизведения данной головкой сигнала.
В зависимости от функции /(а) имеет место тот пли иной частотный
коэффициент.
567
Близкой к действительной функции влияния можно считать
(по Харкевичу) функцию, представленную кривыми на рис. 539, которая
аппроксимируется зависимостью вида:
Подставляя данное значение / (а) в формулу (467), найдем:
—23 ТС —
с ——Bx2ab^~we cos со/=—Вх2аЬ we v cos mt. (468)
Кривая функции влияния / (а) по своему виду напоминает кривую вертикаль-
ной составляющей напряженности магнитного поля кольцевой головки (см. рпс. 494).
Это сходство не является случайным.
В процессе воспроизведения сигнала с магнитной фонограммы действующий
магнитный поток (т. е. поток, входящий в сердечник головкп п вызывающий э. д. с.
в обмотке) обусловлен лишь вер-
тикальными силовыми линиями
магнитного ноля, т. е. вертикаль-
ной составляющей поверхностной
индукции фонограммы.
Если па основании принципа
обратимости превратить воспроиз-
водящую голоьку в записываю-
щую головку с соответствующим
током, проходящим в обмотке, то
вертикальная напряженность
внешнего магвптного поля, со-
прикасающегося с поверхностью
сердечника головки, определится
лишь вертикальной составляю-
щей, кривая распределения кото-
рой подобна кривой функции
влияния.
Частотная характеристи-
ка звукопередачи при ука-
занном значении функции
влияния /(а), очевидно, оп-
_ „(О
со2 —
ределптся выражением - • е v
(а частотная характеристика
процесса воспроизведения го-
ловкой с конечным зазором —
—₽*°
выражением со-е г).
Рис. 540. Частотные характеристики звукопере-
дачн при различных значениях р
На рис. 539 приведены кривые функции влияния / (а) —
при некоторых частных значениях р, а на рис. 540 — соответствующие
им частотные характеристики звукопередачи (в логарифмическом
масштабе).
тт <d 2 4г 9
Данные характеристики имеют прп — =у максимум, равный .
Уменьшение ширины зазора воспроизводящей головки приводит
к уменьшению р и соответственно к увеличению частоты и величины
максимума (улучшению) частотной характеристики.
Прп постоянном р частотная характеристика тем хуже, чем меньше
скорость движения звуконосителя v.
Функция / (а) не является четной функцией и в действительности
не представляется кривой П-образной формы, поэтому иногда упо-
требляемое понятие эквивалентной или эффективной ширины зазора
(щели) воспроизводящей головки не является правильным.
568
Величина £ возрастает при увеличении толщины действующего ферромагнит-
ного слоя звуконосителя и отношения магнитных пропп цасмостей материалов
звуконосителя и сердечника головки.
С точки зрения постоянства величины £ большое значение имеет стандартность
магнитной характеристики материала сердечника воспроизводящей головки. Различие
в значениях магнитной проницаемости материалов головок сказывается на изменении
картины действующего магнитного поля и тем самым приводит к соответствующему
изменению величины р.
§ 139. ЭФФЕКТ ОТНОСИТЕЛЬНОГО НАКЛОНА ЗАПИСЫВАЮЩЕЙ
п ВОСПРОИЗВОДЯЩЕЙ головок
Аналогично тому, как это было сделано в случае относительного
наклона пишущего и читающего световых штрихов при фотографическом
методе звукопередачи, можно показать, что относительный наклон голо-
вок записи и воспроизведения при-
водит к дополнительному измене-
нию (спаду) частотной характери-
стики, приблизительно выражае-
мому величиной:
(. 2~fl tg а \
Sin-----р5— \
-2^ ' ' <469>
к '
где 2а — ширина магнитной запи-
си; а —угол относительного накло-
на головки; X — длина волны запи-
си (рпс. 541). (Данная формула
является точной для воспроизво-
дящего устройства в виде провода,
примыкающего к ленте.)
Эффект перекоса зазора головки
вместе с векторным свойством намагни-
чивания может быть выгодно использо-
ван для одновременной записп на одном
плоском звуконосителе двух независи-
мых звуковых объектов. Так, напри-
мер, при ориентации зазора записываю-
щей головкп один раз под углом в 45°,
а другой—под углом в 135° с нормалью
к направлению движения ферромагнит-
ной ленты (рпс. 542), мы получим (раз-
местим) две раздельные записи на одной
и той же дорожке, которые могут быть
независимо друг от друга воспроизве-
дены также перекошенными воспро-
изводящими головками (предложено
Кроносом 155). При подобном методе маг-
нитной заппсп п воспроизведения устра-
няется эффект перекрестного магнитного
влияния отдельных записей (рис. 543)
и расширяется динамический диапазон.
Рис. 541. Схема, поясняющая
относительный наклон голо-
вок записи и во( произведе-
ния: а—относительный угол
наклона головок; 2 а—ширина
звуконосителя (ленты)
щей головки
Зазор записываю-
щей головни
Рпс. 542. Расположение зазоров записыва-
ющих головок для записи на одной дорож-
ке двух звуковых объектов
Зазор йоспроизво-Зазор воспроизво-
дящей головни вящей головни
Рпс. 543. Схема, поясняющая устранение
эффекта перекрестного влияния двух запи-
сей согласно рис. 542
Наряду с указанными факторами большое влияние на частотную
характеристику звукопередачи оказывают механические недостатки голо-
вок записп и воспроизведения, как то: незначительный (порядка микро-
нов) взаимный сдвиг половинок сердечника головок, рваные и искривлен-
ные края зазоров и т. д., которые приводят к увеличению спада час-
тотной характеристики на высоких звуковых частотах. Недостаточно
высокое качество обработки сердечника и краев зазора головок практи-
чески не дает возможности использовать головки с очень узкими зазорами.
569
§ 140. СУММАРНАЯ ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ
МАГНИТНОЙ ЗАППСП II ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
Наибольшее влияние па суммарную частотную характеристику системы
магнитной записи и воспроизведения из всех рассмотренных выше факто-
ров на высоких частотах оказывает эффект саморазмагнпчивания. Пусть
прп отсутствии саморазмагнпчивающего действия поверхностная остаточная
индукция звуконосителя изменяется по закону
Тогда, выделяя эффект саморазмагиичпваиия, а также эффект конечных
размеров (конечной ширины) зазора воспроизводящей головкп (практп-
Рис. 544. Кривые зависимости э. д. с. воспроизводящей головкп от скорости
движения звуконосителя для двух различных значений коэффициента о
чески онн не могут быть разделены п определены по отдельности), можно
написать следующее выражение для электродвижущей силы, индуктиру-
ющейся в обмотке воспроизводящей головкп (см. формулу 467):
со
е = — 4пу cos со? \ / (a) sin с?а.
о
Опытным путем установлено, что лучшие в отношении саморазма-
гннчивания ленты характеризуются значением коэффициента 6 порядка 50 р,
а для худших — коэффициент о достигает значения 200 р (для ленты
типа С о = 100 р).
На рпс. 544 представлены частотные характеристики звукопередачи,
определяемые выражением а)е_г/Л п относящиеся к различным значениям
скорости ленты и коэффициента о155.
Данные кривые показывают, насколько может быть улучшена частот-
ная характеристика изменением v и о для воспроизводящих головок,
обладающих бесконечно малой шириной зазора. Пз сравнения кривых,
отвечающих значениям коэффициента о 50 р и 100 р, следует, что умень-
шение коэффициента о вдвое позволяет снизить скорость ленты вдвое.
570
Достижение определенной достаточно хорошей частотной характеристики
звукопередачи прп меньшей скоростп движения ленты увеличивает время
проигрывания рулона лепты пли потребное количество ленты для опре-
деленного времени проигрывания. С последним в свою очередь связано со-
кращение размеров лентопротяжного механизма и удешевление аппаратуры.
Пз всего сказанного выше следует, что ограничение частотного диа-
пазона звукопередачи обусловлено наименьшим достижимым в настоящее
время значением коэффициента о и наименьшей технически достпжпмой
шириной зазора воспроизводящей головкп.
—3 _
Частотная характеристика звукопередачи e::we~8lx-e v на низких
частотах представляется прямой, наклоненной к осям координат так,
что выход (э.д.с.) возра-
стает до 6 дб па октаву;
в дальнейшем прп уве-
личении частоты выход до-
стигает максимума, после
чего падает в различной
степени в зависимости от
сорта ленты, скорости дви-
жения п размеров зазора
воспроизводящей головкп.
Для получения линейной
частотной характеристики,
параллельной осп частот
(равномерный выход на
всех частотах), применяет-
ся электрическая частотная
коррекция, т. е. та или
иная суммарная частотная
характеристика звукопоре-
дачп корректируется соот-
ветствующими частотными
характеристиками усили-
телей записи и воспроизве-
дения (рис. 545)155. Полная
частотная коррекция в од-
ном лишь усилителе запи-
си обычно не применяется.
Это делается, во-первых, в
целях предохранения за-
писывающей головки от пе-
Рпс. 545. Частотная коррекция прп записп п вос-
произведении: а—частотная характеристика звуко-
передачи (з. д. с. воспроизводящей головкп) без
коррекции; б—коррекцпонпая .частотная характе-
ристика усилителей записп и воспроизведения;
в—результирующая частотная характеристика зву-
копередачи (с коррекцией); г—частотная характе-
рист пка усилителя записи п усилителя воспроиз-
ведения в случае деления частотной коррекции
между ними пополам; д—коррекцпонпая частотная
характерпстика усилителя воспроизведения в слу-
чае коррекционной частотной характеристики уси-
лителя записп, представляемой кривой е
регрузки, в особенности
на низких частотах, а во-вторых, по соображениям завпспмостп опти-
мального ультразвукового смещения от частоты п уровня записп.
Коэффициент нелинейных искажений прп одном и том же ультразву-
ковом смещении пмеет большее значение на низких частотах (дополни-
тельно возрастая еще в сплу необходимости использования входного
и выходного трансформаторов), поэтому резкий относительный подъем
низких частот в усилителе записп приводит к сужению динамического диа-
пазона неискаженной звукопередачи.
Применение полной частотной коррекции в одном усилителе воспроиз-
ведения тоже невыгодно, но уже в отношении но низких, а высоких ча-
стот. Большой относительный подъем высоких частот при воспроизведении
приводит к увеличению шума звуконосителя, с чем также связано сужение
571
динамического диапазона. По указанным соображениям обычно коррекппя
высоких частот в максимально допустимой мере производится в процессе
записп, а коррекция низких частот осуществляется исключительно в про-
цессе воспроизведения. (Относительный подъем высоких частот в процессе
записи выгоден еще по причине малой энергии высокочастотных слагаю-
щих музыкальных звуков и голоса человека.) Относительный подъем са-
мой высокой частоты в процессе записи (10000 гц) обычно во избежание
перемодуляции не должен превышать 14 дб, поэтому, если требуется боль-
шая частотная коррекция на высоких частотах, то она дополнительно
выполняется в процессе воспроизведения. Коррекция на низких частотах
(100 гц) имеет обычно значение около 20 дб.
При использовании любительской аппаратуры, когда один и тот же
усилитель используется для записп и воспроизведения, коррекция высо-
Рис. 54G. Частотные характеристики влияния отдельных факторов и коррекции при
записи и воспроизведении, обусловливающие в результате практически прямоли-
нейную общую частотную характеристику звукопередачи (крайняя правая кривая)
ких и низких частот делится примерно пополам между процессами записи
и воспроизведения (см. рис. 545). Коррекция низких частот прп воспроиз-
ведении осуществляется путем шунтирования воспроизводящей головки
активным сопротивлением илп путем применения электрического фильтра.
На рис. 546 показано, как в зависимости от влияния рассмотренных
выше факторов и частотной коррекции в процессах записи и воспроизве-
дения достигается практически прямолинейная общая, частотная харак-
теристика звукопередачи169.
§ 141. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ?ПРП МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
II ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ
Нелинейные искажения в той илп иной системе магнитнойТзаппси
и воспроизведения звука могут вызываться влиянием следующих основ-
ных факторов:
1. Нелинейностью кривой зависимости остаточной индукции материала
звуконосителя от напряженности намагничивающего поля илп циклич-
ностью кривых В—Н (при записи высоких звуковых частот), а также не-
правильным выбором величины (уровня) предварительного намагничива-
ния звуконосителя в виде постоянного илп ультразвукового смещения.
2. Слишком большим током, проходящим по обмотке записывающей
головки, вызывающим магнитное насыщение сердечника головкп.
3. Непостоянством и различием колебаний скорости звуконосителя
при записп и воспроизведении.-
Первые два фактора относятся к магнитной нелинейности, причем
наиболее существенным из них является первый фактор, ибо второй фак-
тор может быть легко устранен принятием соответствующих мер. Третий
фактор обусловливает образование специфических нелинейных искаже-
ний, которые могут быть отнесены к так называемой скоростной нелиней-
572
пости. При использовании для магнитной записи и воспроизведения
одного и того же механизма, транспортирующего звуконоситель, действие
этого фактора может быть ослаблено. Степень влияния первого фактора
тесно связана с используемым методом магнитной записи звука.
Выше было показано, что прп применении как метода магнитной за-
писи со смешением постоянным током, так и метода записи с ультразву-
ковым смещением в случае записи низких и средних звуковых частот
характеристика звукопередачи определяется кривой зависимости оста-
точной индукции материала звуконосителя от напряженности магнитного
поля головки, получаемой из начальной кривой намагничивания.
Считая, что запись производится лишь пиком напряженностп стати-
ческого магнитного поля головкп и каждый движущийся элемент звуко-
носителя подвергается постоянному намагничиванию, соответствующему
мгновенному значению звукового сигнала, так что передача последнего
определяется начальной кривой остаточной индукции, возникающие нели-
нейные искажения (и отдача) могут быть определены математически170.
Пусть прп данных допущениях изменение пиковой напряженностп магнит-
ного поля записывающей головкп за счет звукового сигнала происходит
по закону:
Н = Нг sin <«Z,
л за счет ультразвукового смещения—согласно формуле:
q = qL sin Qt.
Тогда пиковые значения суммарного ультразвукового поля, изменяющиеся
с частотой записываемого сигнала, для верхней ветви начальной кривой
остаточной индукции будут Н -+ а для нижней ветви последней кривой
Н — qv Соответствующие пиковые значения суммарного ультразвукового
сигнала остаточной индукции представятся выражениями:
5Г1 = /(Я + /г1) и Br2 = f(H^h^
а значение одного звукового сигнала формулой:
вг = 4 4- ЯГ2] = | [/ (Я -ь Лх) + НН- Л,)].
Считая, что амплитуда колебаний звуковой частоты всегда значительно
меньше амплитуды колебаний ультразвуковой частоты /ги представим
ВГ1 и ВГ2 в виде рядов Тэйлора:
= / (Я + Л,) = / (Л.) + £ Г (л,)+f (hj + /'" (/Ч) +...
ВГ2 = / (Я - = / (- /Ч) 4 - /4) f /" (- А1) + < - /г1) + • • •
Отсюда, учтя, что
/( —Я)=—/(Я); /'( —Я) =/'(Я); ... /т (Я) = ( —l)m+1/т (Я),
получим*
Bf— 2 1 3! г • • • । (2тп4-1)! (^1)
илп, полагая, что Н — Н
BT = HJ' (A1)sin<i)Z4 -T^sinSuiZ + .. = (/zjH-
OJ
4- ~ Bf] sin ио/ — /"' (A J sin 3wZ (470)
573
Коэффициент гармонических искажений (относительное значение 3-й
гармоники) будет равен:
3 24Я1/'(Л1)+ЗЯ? ’
а отдача определится величиной 4~ Я3].
Полученные выражения отвечают элементарному по’толщине (беско-
нечно топкому) активному ферромагнитному слою звуконосителя. Для
звуконосителя в целом необходимо просуммировать пх значения по всей
Рис. 547а. Рисунок, по-
ясняющий математическое
определение нелинейных
искажений п отдачп
толщине последнего с учетом убывания напря-
женности магнитного поля по мере углубления
в звуконоситель. Получаемый в этом случае
результат (рис. 547а) хорошо соответствует
практическим данным. Приблизительно началь-
ная кривая остаточной индукция может быть
выражена функцией вида: Br= а.2£Р —
— агНъ а^Н1, где и а4—постоянные
коэффициенты. Подставляя в нее значение
звукового сигнала с постоянным или ультра-
звуковым смещением, можно чисто аналитиче-
ским путем приближенно определить изменение
остаточной индукции в материале звуконоси-
теля но его длине при записи тем пли иным
методом низких и средних звуковых частот171.
Сопоставляя найденные математические
результаты (после разложения полученного
выражения в ряд Фурье п определения гармо-
ник) для выходного синусоидального сигнала
звуковой частоты в случае ультразвукового
смещения и смещения постоянным током, можно
количественно показать большие преимущества
в отношении нелинейных искажений метода
магнитной заппсп с ультразвуковым смещением.
Полученное во всех случаях зпаченпе оста-
точной индукции прп методе записи с ультра-
звуковым смещением (ограниченное членами, представляющими колебания
лишь звуковых частот) приближенно определяет не только нелинейные
искажения, образующиеся в процессе записи, но п амплитуду колеба-
ний остаточной индукции с частотой записываемого сигнала, т. е. отдачу
магнитной фонограммы.
Математический анализ влияния величины ультразвукового смещения на ве-
личину нелинейных искажений и отдачу, исходя из аппроксимированной эксперимен-
тальной кривой остаточной индукции того или иного звуконосителя, по некоторым сво-
им выводам хорошо согласуется с результатами опыта. Так, последний подтверждает
наличие минимума нелинейных искажений и максимума отдачп, а также изменение
величины смещения при изменении амплитуды звукового сигнала, необходимое для
досшжения этих оитимумов (например, возрастание ультразвукового смещения с умень-
шением амплитуды звукового сигнала). По в то же время целый ряд наблюдающихся
явлений, связанных с колебаниями высокой частоты, не вскрывается математическим
анализом. Сюда можно отнести: влияние ультразвукового смещения на отдачу колеба-
ний высокой звуковой частоты (частотную характеристику заппсп), различие величии
остаточной индукции при записп звукового сигнала малой амплитуды с большим уль-
тразвуковым смещением и, наоборот, звукового сигнала большой амплитуды с малым
ультразвуковым смещением (вследствие различного ’ стирающего эффекта), зави-
симость ультразвукового смещения от частоты (длины волны) записываемых
колебанпй и др.
574
В результате передачи звукового сигнала при наличии ультразвуко-
вого смещения нелинейные искажения возникают главным образом
в форме третьей гармоники, которая практически может быть весьма ма-
лой. Как показывает опыт, применение магнитной записи с ультразвуко-
вым смещением по сравнению с магнитной записью и смещением постоян-
ным током дает возможность снизить нелинейные искажения примерно
с 10—12% до 2—2,5%.
Экспериментальные характеристики нелинейных искажений if отдачи
звукового сигнала магнитной фонограммы в зависимости от величины тока
ультразвукового смещения для различных звуконосителей приведены
ниже па стр. 588 и 591, рис. 552а и 552г.
Пз этих рисунков видны следующие общие закономерности изменения
нелинейных искажений и отдачи в зависимости от изменения ультра-
звукового смещения: начиная от нуля увеличение амплитуды тока сме-
щения приводит к увеличению отдачи и к уменьшению нелинейных иска-
жений, затем последние достигают своего минимума и в дальнейшем на-
чинают медленно возрастать, а отдача, наоборот, быстро достигает своего
максимума, после чего начинает менее быстро уменьшаться. Наибольшие
нелинейные искажения имеют место при малом смещении, возрастая с уве-
личением уровня записи. У ленточных звуконосителей первый минимум
нелинейных искажений обычно несколько опережает максимум отдачи.
Для лент, у которых первый минимум нелинейных искажений выра-
жен очень резко, небольшое отклонение ультразвукового смещения от
оптимальной его величины (установленной по этому первому минимуму)
приводит к большому увеличению нелинейных искажений. Как видно
из рпс. 552а и 552г, у некоторых лент может также иметь место изме-
нение первого минимума при изменении амплитуды звукового сигнала.
В этом последнем случае уже при отклонении амплитуды звукового
сигнала от той амплитуды, для которой было установлено оптимальное
значение ультразвукового смещения (по первому минимуму), происходит
увеличение нелинейных искажений.
Для лепт, характеризующихся подобными резким первым минимумом
нелинейных искажений и зависимостью последнего от амплитуды звуко-
вого сигнала, целесообразно устанавливать ультразвуковое смещение
по максимуму отдачи, который соответствует приблизительно второму’
максимуму нелинейных искажений. Прп большем ультразвуковом сме-
щении нелинейные искажения уменьшаются незначительно, но отдача
падает сильно. Кроме того, при больших значениях ультразвукового
смешения ухудшается передача высоких звуковых частот (частотная
характеристика).
Ультразвуковое смещение и стирание может приводить также к обра-
зованию четных гармоник и к повышению шума как в паузах (шум
пауз), так и прп записи (модуляционный шум). Четные гармоники и по-
вышенный шум возникают тогда, когда пмеет место несимметричность
формы волны ультразвукового тока смещения пли стирания, а шум—так-
же при слишком низкой ультразвуковой частоте смещающего сигнала.
Несимметричность формы волны ультразвуковых колебаний тока
смещения приводит к образованию постоянной слагающей напряженно-
сти магнитного поля и к отличному от нуля остаточному намагничиванию
в паузах, а с малой частотой смещающего сигнала связано возрастание
уровня модуляционных помех. Чем более высококачественными в частот-
ном отношении (в отношении передачи высоких частот) являются звуко-
носитель и воспроизводящая головка, а также больше скорость звуконо-
сителя при записи и воспроизведении, тем большими должны быть частоты
токов смещения и стирания. Принято считать, что частота смещающего тока
575
Рис. 5476. Предельные
гистерезисные петли, со-
ответствующие сердеч-
нику записывающей го-
ловки без дополнитель-
ного а и с дополнитель-
ным б зазорами
по крайней мере в пять раз должна превышать максимальную частоту
звукового сигнала.
Необходимо стремиться к тому, чтобы частота тока смещения была
по возможности больше, но этому препятствуют вихревые токи, возни-
кающие в записывающей головке. Обычно существует тенденция исполь-
зовать один и тот же генератор для записи (смещения) и стирания. Но
л^чше иметь различные частоты токов стирания и смешения, например,
тока смещения—в пределах от 80 до 100 кгц и тока стирания—поряд-
ка 40—60 кгц.
Применение токов смещения и стирания достаточно высоких частот
дает возможность свести шум к минимуму (соответствующему совершенно
размагниченному звуконосителю) и максимально расширить динамиче-
ский диапазон звукопередачи.
Современные ферромагнитные ленты и голов-
кп обеспечивают при использовании метода маг-
нитной записи с ультразвуковым смешением пе-
редачу динамического диапазона порядка 55—60 дб
при коэффициенте нелинейных искажений 2—2,5%.
Все сказанное выше относилось к нелиней-
ным искажениям, вносимым магнитной характе-
ристикой материала звуконосителя. Нелинейные
искажения, создаваемые самой записывающей го-
ловкой, обычно очень малы, несмотря на то, что
в последней для получения должной напряжен-
ности записывающего магнитного поля имеет место
довольно большой ток, проходящий по обмотке.
Происходит это по двум причинам: во-первых,
потому что в качестве материала для сердечника
записывающей головки используются магнитомяг-
кие сплавы (пермаллой пли му-металл), отличаю-
щиеся малой коэрцитивной силой и соответственно
очень узкой петлей гистерезиса, и, во-вторых, по-
тому что возможность магнитного насыщения сер-
дечника головки весьма сильно понижена наличием
в головке, кроме пишущего, еще дополнительного
зазора значительно большей ширины (например, 0,3 мм), Данный зазор
делается с целью устранения возможности намагничивания сердеч-
ника головки от посторонних источников, т. е. образования дополнитель-
ной слагающей остаточной индукции, с которой непосредственно связано
увеличение помех. Косвенно это приводит также к уменьшению нели-
нейных искажений, и именно тех искажений, которые возникают или
за счет магнитного насыщения, пли за счет увеличения постоянной
слагающей остаточной индукции.
На рис. 5476 приведены предельные гистерезисные петли, соответст-
вующие сердечнику записывающей головки без дополнительного и с допол-
нительным зазором. Как видно из рисунка, введение дополнительного
зазора приводит к уменьшению крутизны боковых участков петли
и к уменьшению величины остаточной индукции. Но при этом магнитное
насыщение (постоянная в обоих случаях индукция насыщения) дости-
гается уже при большей величине напряженности магнитного поля.
В воспроизводящей головке дополнительный зазор не используется,
так как его наличие привело бы к уменьшению и так очень малой величины
э.д.с., индуктирующейся в обмотке. Следовательно, головку воспроизве-
дения необходимо особенно оберегать (экранировать) от влияния внешних
магнитных полей.
576
Влияние колебанпй скорости движения звуконосителя на качество
звукопередачи прп магнитной заппсп и воспроизведении звука172 подобно
тому влиянию колебанпй скорости кинопленки, которое имеет место при
фотографической заппсп и воспроизведении звука (см. § 18). Некоторые
специфические особенности заключаются лишь в том, что в результате
записп поверхностная остаточная индукция магнитной фонограммы про-
порциональна скорости изменения намагничивающего потока в звуконо-
сителе, а прп воспроизведении магнитной записи электродвижущая сила,
индуктирующаяся в катушке воспроизводящей головкп, пропорциональна
скорости движения звуконосителя, и воспроизведение магнитной записи
может производиться с помощью того же лентопротяжного механизма,
который использовался прп заппсп. Как уже было указано выше, послед-
нее обстоятельство может приводить к уменьшению влияния непостоян-
ства скорости движения звуконосителя прп магнитной записп и воспро-
изведении звука.
Для анализа искажений, возникающих в последнем случае, можно
воспользоваться формулами, приведенными в § 18, учтя только фазовый
сдвиг между участками записи и воспроизведения (полагая, что закон
непостоянства скорости одинаков для обоих этих участков).
Принято считать, что допустимая величина колебания скорости дви-
жения звуконосителя (коэффициента детонации) при высококачественной
магнитной записи не должна превышать 0,15%.
§ 142. ПОМЕХИ ПРИ МАГНИТНОЙ ЗАППСП II ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ
Наряду с указанными искажениями прп воспроизведении сигнала
с магнитной фонограммы возникают также помехи в форме наводок, шу-
мов и специфического, присущего лишь магнитной записи, копироваль-
ного, или сокращенно «копирэффекта». К помехам также можно отнести
шумовой фон, образующийся вследствие перекрестного влияния двух
соседних дорожек с магнитными записями. Все указанные помехи прояв-
ляют себя в процессе воспроизведения, но возникают они или в процессе
воспроизведения пли в процессе записп. Таким образом, в последнем слу-
чае они записываются на лепте.
Наводки оо'усло вливаются главным образом сетью переменного тока.
В первую очередь они вызываются магнитными полями рассеяния транс-
форматоров питания усилителей и электродвигателей, приводящих
в движение звуконоситель. Большие магнитные поля рассеяния индукти-
руют э. д. с. в обмотке стирающей пли записывающей головки, создавая
тем самым модуляцию стирающего тока пли ультразвукового тока
смещения. Эти поля могут быть также записаны на ленте вследствие
недостаточной фильтрации питающих напряжений. По указанным причи-
нам воспроизводящая, записывающая, а иногда и стирающая головкп
экранируются. Особое значение имеет экранировка воспроизводящей
головкп, поскольку последняя особо чувствительна ко всякого рода
наводкам. В хорошей воспроизводящей аппаратуре фон вследствие наво-
док не должен превышать—55 об.
Паразитный фон, вызванный наводками, относится к категории ре-
гулярного шума. Наряду с регулярными шумами могут возникать также
нерегулярные шумы, воспринимаемые ухом в форме потрескиваний (пре-
обладают низкочастотные компоненты) и шорохов (преобладают средние
и высокие частоты). Эти шумы происходят главным образом от усилителей
(например, вследствие искрового эффекта), но иногда обусловливаются
и самим звуконосителем (например, вследствие разряда электростатпче-
37 в. л. Буттов 577
ского заряда ленты, полученного ею во время движения с большой ско-
ростью прп ее контакте с головкой воспроизведения).
Наибольшее значение приобретают шумы, возникающие в процессе
записи звука. Основными пето чинками этих шумов являются физическая
п геометрическая неоднородности ферромагнитной структуры звуконо-
сителя и изменение степени контакта между звуконосителем и записы-
вающей и воспроизводящей головками. Физическая неоднородность фер-
ромагнитной структуры звуконосителя проявляет себя в виде изменения
остаточной намагниченности (для данной напряженности магнитного
поля) в направлении длпны звуконосителя.
Шум, возникающий вследствие физической неоднородности звуконо-
сителя, в сильной степени зависит от предварительного его намагничива-
ния. Намагничивание постоянным током предварительно полностью раз-
магниченного звуконосителя (например, ультразвуковым током) вызывает
шум, величина которого зависит от структуры материала звуконосителя
п степени остаточного намагничивания. Ферромагнитный звуконоситель
никогда но бывает совершенно размагниченным, т. е. всегда имеется
некоторая (пусть малая) остаточная индукция в звуконосителе. Эта
остаточная индукция вследствие физической неоднородности структуры
звуконосителя п создает шум. Прп применении особо мелкозернистой
ферромагнитной структуры звуконосителя последний в своем нейтраль-
ном состоянии может по создавать какого-либо практически ощутимого
шума.
Шум возникает во всех тех случаях, когда появляется достаточно
ощутимое остаточное намагничивание. Это последнее может быть обуслов-
лено, папример, предварительным намагничиванием (смещением) постоя-
лым током, когда остаточная индукция паузы не равна нулю, или несим-
метричной формой колебаний стирающего ультразвукового тока, когда
возникает постоянная слагающая напряженности размагничивающего
магнитного поля и соответствующая слагающая остаточной индукции.
Дополнительны]’! зазор записывающей головки уменьшает данную остаточ-
ную индукцию (тем больше, чем меньше коэрцитивная сила) и, следова-
тельно, уровень шума, но зато требует применения для записи сравни-
тельно большого тока. Прп предварительном намагничивании звуконо-
сителя постоянным током шум практически постоянен п не зависит от
амплитуды звукового сигнала. Его величина прп отсутствии звукового
сигнала представляет тот максимальный шум, который может иметь место
при магнитной заппсп звука.
В данном случае можно считать, что шум паузы звуконосителя при-
мерно пропорционален его остаточной индукции, так что кривая шума
как функция постоянной напряженности магнитного поля по своему
характеру приблизительно совпадает с кривой зависимости остаточной
индукции от напряженности магнитного поля. Прп применении ультра-
звукового смещения шум в паузах практически равен нулю. Он возникает
лишь прп появлении звукового сигнала и его уровень изменяется при-
мерно пропорционально изменениям мгновенных уровней записываемого
сигнала. Шум в данном случае связан с модуляцией в процессе заппсп
п называется модуляционным шумом.
Таким образом, следует различать два вида шума: шум в паузах и шум
при воспроизведении записанного звукового сигнала пли модуляционный
шум, величина которого возрастает с увеличением амплитуды записп.
Наличие модуляционного шума является основным недостатком метода
магнитной записп с ультразвуковым смещением. Он может быть умень-
шен лишь применением сортов лент, отличающихся малой физической
неоднородностью. Модуляционный шум гораздо меньше прослушивается
578
ухом, нежели постоянный шум, возникающий прп предварительном на-
магничивании постоянным током. Происходит это, во-первых, потому,
что модуляционный шум убывает примерно пропорционально уменьшению
амплитуды записи и, во-вторых, вследствие маскирующего эффекта слу-
хового восприятия. При заппсп со смещением постоянным током отноше-
ние шумового напряжения к напряжению звукового спгнала составляет
примерно—20 дб, в то время как при записи с ультразвуковым смещением—
порядка—65 дб.
Геометрическая неоднородность ферромагнитной структуры звуко-
носителя выражается, во-первых, в различии концентрации и размеров
намагничивающих частиц (магнитных зерен) и, во-вторых,—в изменении
поперечного сечения ферромагнитного слоя вдоль звуконосителя, напри-
мер в силу шероховатости подложки, па которую нанесен ферромагнитный
слой. Оба этих фактора приводят к изменению остаточной индукции в
процессе записи и к образованию соответствующего шума в процессе вос-
произведения сигнала с магнитной фонограммы.
Геометрическая неоднородность структуры ферромагнитной лепты
в виде некоторой шероховатости ее внешней поверхности (вызванной,
например, различием концентрации и размеров зерен ферромагнитного
порошка) благодаря механическому контакту лепты с сердечником вос-
производящей головки уменьшается в процессе длительной эксплуата-
ции ленты. Следовательно, увеличение числа проигрываний магнитной
заппсп приводит даже к некоторому уменьшению величины шума, возни-
кающего за счет данного фактора (примерно на несколько децибел), но
рп этом может также уменьшаться и отдача магнитной фонограммы.
Изменения степени контакта между звуконосителем и воспроизводя-
щей головкой создают соответствующие изменения магнитного сопротив-
ления цепи, составленной из этих элементов, которые прослушиваются,
как шум. Данные изменения вследствие поверхностного эффекта сказы-
ваются наиболее сильно при малых длинах волн записи, т. е. прп передаче
высокочастотных звуковых колебаний.
Причинами изменения степени контакта между звуконосителем и вос-
производящей головкой могут быть: неравномерности поверхностей зву-
коносителя и головки, малое значение и непостоянство усилия, тянущего
лепту, неравномерные механические напряжения в лепте (вследствие
чего она искривляется и перестает плотно прилегать к головке), участки
плохих склеек и, наконец, частицы пыли между лентой и головкой.
Коппрэффект заключается в том, что отдельные витки ферромагнит-
ной лепты, соприкасаясь в рулоне друг с другом, оказывают друг на друга
взаимное влияние в форме намагничивания. Действительно, если на фер-
ромагнитной ленте произвести запись какого-нибудь сигнала, занимаю-
щего по ее длине участок не более длины одного витка ленты в рулоне,
то через некоторое время на соседних витках ленты, смотанной в рулон,
обнаруживается слабая копия записи. Отношение между уровнями за-
писи и ее коппп плп разность между ними в децибелах выражает величину
коппрэффекта.
При заппсп звуковых сигналов достаточно большого уровня копир-
эффект проявляет себя в форме нескольких опережающих и запаздываю-
щих эхо (рис. 548), которые обычно имеют различную величину (особенно
неприятно для слуха опережающее эхо; оно прп намотке лепты рабочим
слоем наружу почти всегда бывает сильнее запаздывающего эхо). В этом
случае за величину коппрэффекта принимается наименьшая разность
в децибелах между уровнями основного и эхо сигналов.
Величина коппрэффекта прп рулонной намотке ленты зависит от
следующих основных факторов173:
37* 579
1. Напряженности копировального поля и сорта магнитной ленты,
в частности от ее чувствительности. Ленты, более чувствительные к нама-
гничиванию, характеризуются п большим копирэффектом. Ленты с осно-
вой, покрытой ферромагнитным слоем, или так называемые слойные
ленты, имеют копирэффект меньший, чем ленты с ферромагнитным слоем
по всей пх толщине плп однородные ленты. С меньшей толщиной ферро-
магнитного слоя связан и меньший копирэффект.
2. Частоты записанных колебаний и скорости ленты при заппси и вос-
произведении. Выше уже было указано, что заппси с большей длиной
волны обладают большей дальностью действия магнитных силовых линий.
Следовательно, чем выше частота записываемых колебаний при постоян-
ной скорости ленты пли чем меньше скорость ленты при постоянной ча-
стоте записываемых колебаний, тем меньше копирэффект.
- > Основной сигнал
Опережающее это___
—|/ I
Запаздывающее это
Рпс. 548. Основной и эхо сигналы
3. Степени предварительного постоянного намагничивания. Чем мень-
ше предварительное постоянное намагничивание, тем меньше чувствитель-
ность ленты к копирэффэкту.
4. Продолжительности времени копирования и продолжительности
времени между записью и копированием. Копирэффект является времен-
ным эффектом. Сначала копирэффект быстро возрастает, затем рост его
в единицу времени становится все меньше. Прп использовании обычной
ленты с прокладкой толщиной 100 р, при годичном сроке храпения полу-
чаются примерно такие же значения копирэффекта, как и при обычной
намотке через шесть минут после записи.
Прп увеличении времени между записью и началом копирования
копирэффект уменьшается. Происходит это по той причине, что магнит-
ная запись с течением времени ослабевает в той или иной степени в за-
висимости от ферромагнитного материала звуконосителя. Подобное явление
поясняет рис. 549173. Произведенные записи сигнала быстро ослабевают,
затем ослабевают все медленнее и, наконец, совсем медленно. До этого
устойчивого состояния ленты доходят в течение времени порядка несколь-
ких минут. Если участки кривых, соответствующих этим устойчивым со-
стояниям, аппроксимировать показательной функцией, то расчет показы-
вает, что потребуется по крайней мере несколько десятилетий, чтобы
интенсивности записей снизились наполовину против первоначальных.
5. Температуры, механических напряжений и сотрясений. Копир-
эффект сам по себе без влияния температуры очень слаб. Температура
(температурное движение) действует как дополнение к магнитному полю.
Прп низких температурах образуется тормозящий момент различной силы,
который стремится воспрепятствовать появлению копирэффекта (некото-
рые ленты при 0J С после копирования пе имеют копирэффекта). С уве-
личением температуры копирэффект возрастает (но возрастание копирэф-
фекта между 0 и 20° примерно такое же, как между 20 и 100°). Механиче-
580
ские напряжения (например, натяжение и особенно изгибание ленты)
и сотрясения также способствуют копирэффекту. Влияние высокой тем-
пературы на увеличение копирэффекта больше у лепт, находящихся в на-
пряженном состоянии. Температура, на-
пряжения и сотрясения могут сообщить
доменам ферромагнитного материала
достаточную подвижность, так что они
смогут затем установиться соответству-
ющим образом под воздействием магнит-
ного поля записанного сигнала.
6. Наличия переменного магнитного
поля. При воздействии на рулон ленты
переменного магнитного поля (напри-
мер, обусловленного магнитным полем
рассеяния питающего трансформатора)
копирэффект резко возрастает. В этом
случае переменное магнитное поле дей-
ствует подобно ультразвуковому магнит-
ному полю прп записи, сдвигая про-
цесс копирования на другой участок
динамической магнитной характеристи-
ки, которая является более благоприят-
ной для записи.
Этот эффект, сам по себе нежела-
тельный в смысле копирэффекта, может
быть с успехом использован для полу-
чения многих копий с одной ленточной
записи174.
Па рис. 550 приведена схема по-
добного получения массовых копий.
С движущейся основной магнитной за-
дй
90 -Iй
РегО3-й
То 25 ~зо
Время 6 мин.
Рис. 549. Кривые ослабления оста-
точного намагничивания со временем
(для четырех модификаций черной
лепты п двух—коричневой ленты).
Частота записи 1000 гц
писыо в нескольких ее участках тесно
соприкасаются также движущиеся (с той же скоростью) нейтральные
ферромагнитные ленты, так что в пределах этих участков отсутствует
Рис. 550. Схема получения массовых копий
с магнитной фонограммы; а—основная магнит-
ная запись; б—нейтральные ферримагнитные
ленты, и—конин магнитной фонограммы, г—ка-
тушки с ультразвуковыми тиками
взаимное скольжение лент.
В этих участках соприкосно-
вения помешены катушки с
ультразвуковыми токами оп-
ределенного уровня.
Данные токп создают
предварительное оптималь-
ное намагничивание ферро-
магнитных лент, благодаря
чему на последних получают-
ся высококачественные ко-
пии. Подобный процесс копи-
рования может осуществлять-
ся при большой скорости
движения лент, не требуя
сложного и дорогого оборудо-
вания. (Наблюдающееся некоторое стирание основной записи при первом
повторном ее прохождении через поле предварительного накагиичи-
вания может быть скорректировано соответствующим усилением сиг-
нала при записп.)
Копирэффект является основным недостатком магнитной записи.
581
У ферромагнитных лепт уровень копирэффекта составляет примерно
50—60 дб. С полью уменьшения копирэффекта можно вести намотку
ферромагнитной ленты с прокладкой из немагнитной ленты толщиной
около 100 р. Можно достигнуть некоторого улучшения, если оставить
такую намотку по крайней море па первые несколько дней после заппсп.
Хранение лент прп температуре около 0°С в значительной море также
предохраняет ценные записи от копирэффекта. Болес радикальным спосо-
бом уменьшениякопирэффекта является некоторое поверхностное стирание
магнитной записи ультразвуковым током смещения перед воспроизведе-
Рпс. 551. Кривые падеипя э. д. с. в воспроизводящей головке в зависи-
мости от среднего расстояния между записью и воспроизводящей голов-
кой D для различных длин воли записп X
нпем. Действительно, поскольку копирэффект обусловлен преимуще-
ственно поверхностным намагничиванием, то размагничивание поверхно-
стного слоя звуконосителя хотя и несколько уменьшает уровень магнитной
записи (в особенности высоких частот), по зато дает возможность
в сильной степени уменьшить копирэффект.
На одном и том же звуконосителе (например, па 35-эш ферромагнит-
ной лепте) может быть расположено несколько отдельных дорожек с ма-
гнитными записями (напрпмер, для многократного использования ленты
без перемотки плп для стереофонических целей). В этом случае перекрест-
ное магнитное влияние соседних дорожек вызывает образование помех,
величина которых зависит от расстояния между, дорожками и длпны волны
записи.
На рпс. 551 приведены кривые зависимости э. д. с. в воспроизводящей
головке в децибелах в зависимости от среднего расстояния между записью
(дорожкой) и воспроизводящей головкой для различных длин волп за-
ппсп153. Большая величина падения э.д.с. означает меньшие перекрест-
ные помехи.
ГЛАВА XI
ТИПЫ ЗВУКОНОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
И ЗВУКОВЫЕ МАГНИТНЫЕ ГОЛОВКП
§ 143. ТИПЫ ЗВУКОНОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
Для магнитной записи звука принципиально могут быть применены
различные типы звуконосителей, отличающихся между собой как по
форме, так и по физическим (магнитным) свойствам материала, пз кото-
рого они сделаны. Причем в том пли ином случае физические свойства
звуконосителя связаны с его геометрической формой.
Учитывая необходимость развертки временного сигнала по площади
звуконосителя, наиболее удобными в геометрическом отношении являются
звуконосители в форме лепты пли проволоки, допускающие развертку
сигнала вдоль их длины.
С точки зрения физических свойств к звуконосителям предъявляются
следующие основные требования:
1. Для уменьшения эффекта саморазмагнпчивания и улучшения его
частотной характеристики (с чем связана возможность понижения ско-
рости звуконосителя) звуконоситель пз магнптотвердого материала дол-
жен отличаться по возможности большим отношением коэрцитивной силы
Нс к величине остаточной индукции Вг.
Как показано па рпс. 534, это требование физически равносильно
уменьшению крутизны боковой ветви продольной петли гистерезиса ма-
териала звуконосителя.
Из формулы (462) следует, что частотные потери на высоких частотах
вследствие саморазмагнпчивания будут том больше, чем меньше отноше-
ние где X—длина волны заппсп и b—половинное значение толщины
ь
ленты. Приближенно частотные потери в децибелах 20 lg/г выражаются
Н
через отношение и фактор размагничивания У (являющийся функцией
частоты) зависимостью (см. рис. 534):
20Ign = 201g^ = 201g —1^-.
(С увеличением отношенияпонижается также коппрэффект.)
2. Для увеличения общей отдачи магнитной фонограммы необходимо
стремиться к получению по возможности большей величины магнитного
583
потока остаточной индукции, т. е. стремиться к достижению больших зна-
чений остаточной индукции Вг и плошади поперечного сечения магнитного
слоя звуконосителя (2а -2Ь для ленты).
Увеличение В1 противоречит первому требованию, которое, наоборот,
говорит о необходимости уменьшения В,, поэтому достаточно большая
отдача магнитной фонограммы наряду с сравнительно небольшой величи-
ной частотного эффекта саморазмагничивания обычно достигается уста-
новлением соответствующей плошади поперечного сечения магнитного
слоя звуконосителя. В силу указанного соображения особую роль приоб-
ретает коэрцитивная сила материала, которая для уменьшения эффекта
саморазмагничивания и лучшей передачи высоких звуковых частот зву-
коносителем должна иметь по возможности большее значение. Звуконо-
сители с больней коэрцитивной силой лучше сохраняют остаточное
намагничивание и меньше подвергаются влиянию посторонних магнитных
полей, механических толчков, нагревания и т. п., но вследствие этого хуже
размагничиваются при стирании произведенной на них записи.
3. Для уменьпения нелинейных искажений при использовании ме-
тода магнитной записи со смешением постоянным током необходимо стре-
миться к использованию крутой ветви предельной петли гистерезиса, т. е.
большого значения Вг. Как показано выше, это условие является усло-
вием получения также большей отдачи, но одновременно противоречит
требованию достижения лучшей передачи высоких частот.
Прп применении метода магнитной записи с ультразвуковым смеше-
нием данный фактор имеет меньшее значение, так как возникающие нели-
нейные искажения значительно меньше по своей абсолютной величине,
чем* в случае магнитной записп со смешением постоянным током. Таким
образом, требования, предъявляемые к магнитному материалу звуконо-
сителя с точки зрения получения по возможности лучшей передачи высо-
ких частот, с одной стороны, и достижения большей отдачи и меньших
нелинейных искажений, с другой стороны, совершенно различны. Полу-
чение достаточно хороших тех и других качеств звукопередачи достигается
обычно использованием- как физических свойств Нс, Вг, так и геометриче-
ских параметров (форма и площадь поперечного сечения) звуконосителя
и применением метода магнитной записп с ультразвуковым смешением.
4. Материал звуконосителя должен иметь для уменьшения шума
магнитной фонограммы (шума в паузах и модуляционного шума) весьма
мелкозернистую магнптомоханическуго структуру (размер магнитных
зерен порядка 0,1 р) и обеспечивать прп том пли ином поперечном
сечении достаточную механическую прочность и малую растяжимость
звуконосителя в процессе его эксплуатации. (Принято считать минималь-
ным разрывным усилием для звуконосителя усилие порядка 3 кг, а его
растяжимость не более 0,5%.)
5. Копирэффект должен быть по возможности небольшим.
6. Физические и геометрические параметры звуконосителя должны
быть строго постоянными в направлении его длины (в направлении раз-
вертки сигнала). г1ак, например, непостоянство плошади поперечного
сечения в форме наличия шероховатости поверхности звуконосителя мо-
жет повлечь за собой не только возрастание шума, но и неравномерную
скорость движения звуконосителя (не говоря уже о том, что в этом случае
сильно возрастает износ головок записп и воспроизведения, приводящий
к изменению пх свойств).
7. Наряду с указанными выше чисто физическими свойствами зву-
коносители должны иметь наиболее вь годнье эксплуатационные показа-
тели. К последним относятся: малые вес и удельный объем, стабильность
магнитных и механических свойств (их малое изменение под влиянием
584
времени, температуры и влажности), удобства зарядки и транспорти-
ровки в аппаратуре, негорючесть, легкость и удобство соединения от-
дельных частей звуконосителя между собой. Последнее свойство имеет
особое значение для применения магнитной записи в звуковой кинема-
тографии (монтаж магнитной заппсп).
Исторически в процессе развития магнитной записи применялись
различные типы звуконосителей175,155, отличающиеся как по своей форме,
так и по своим физическим свойствам, тем не менее можно сказать, что
прогресс заключался в переходе от проволоки из стали и специальных
сплавов и стальной ленты к немагнитной ленте с порошкообразным
ферромагнитным покрытием.
В первых аппаратах для магнитной записи (Паульсена) в качестве
звуконосителя использовалась проволока из углеродистой стали с пример-
но 0,2—1,4% содержанием углерода и диаметром 0,5—1 мм.
Увеличение содержания углерода давало возможность повысить Нс,
но прп этом возрастала хрупкость проволоки. (В дальнейшем стали при-
менять и стальную ленту в качестве звуконосителя, которая выгодно отли-
чалась от проволоки тем, что она менее путалась при намотке.)
Материал подобной проволоки имел остаточную индукцию порядка
7500—10 000 гс и коэрцитивную силу Нс^20—30 э, т. е. мог быть охарак-
теризован отношением R=-^- ^0,002—0,004. Что же касается зависимости
фактора размагничивания от частоты записываемых колебаний, то, как
показывает эксперимент для проволоки, она близка к квадратичному
закону, т. е. фактор размагничивания проволоки возрастает примерно
пропорционально квадрату частоты.
Указанные выше значения отношения 4^-и резкое изменение фактора
размагничивания с частотой для проволоки пз углеродистой стали не
давали возможности получить высококачественную запись при приме-
ненной скоростп порядка 2 м)сек.
Улучшение качества частотной передачи могло быть произведено за
счет уменьшения толшпны проволоки или увеличения ее скорости, ибо оба
эти фактора приводят к уменьшению коэффициента размагничивания (уве-
личивается отношение длпны волны записи к площади поперечного се-
чения звуконосителя). Но уменьшать диаметр проволоки менее 0,1 мм
и увеличивать весьма значительно скорость звуконосителя эксплуата-
ционно невыгодно (тонкая проволока рвется, путается, перекручивается
во время движения, с увеличением же скоростп звуконосителя возрастают
потребное количество проволоки, ее объем, вес и габариты и вес аппара-
туры);
Недостатком проволочного звуконосителя из углеродистой стали
является то, что подобный звуконоситель легко ржавеет. Окисленная
благодаря действию влаги поверхность звуконосителя создает сильный
шум.
В дальнейшем с целью улучшения магнитной заппси в качестве мате-
риала звуконосителя в форме проволоки стали использовать специальные
стали или сплавы: вольфрамовую сталь, нержавеющую сталь, медно-
железо-никелевый сплав (сеналой или кунифе), кобальто-железо-ванадие-
вый сплав (викалой) и др.
Вольфрамовая сталь пмеет примерно такие же магнитные показа-
тели, как и углеродистая сталь (//с 25 э, Вг^ 12 000 гс), и так же,
как последняя, подвержена ржавлению (без специальной обработки).
По сравнению с углеродистой сталью она обусловливает лишь несколько
большую отдачу (за счет большего значения остаточной индукции). Раз-
585*
работайте сравнительно недавно (примерно 10— 15 лет назад) специаль-
ные нержавеющие стали обладают значительно большей коэрцитивной
силой по сравнению с углеродистой и вольфрамовой сталями. Они содер-
жат от 12 до 18°о хрома (а некоторые пз нпх и никель) и в отдельных
типичных модификациях имеют следующие значения коэрцитивной силы
и остаточной индукции155: II с 60 э, jB. 7000 гс (сталь с 12—14%
хрома), т. е. R 0,0085, илп II с 200 — 300 а, Вг 300 гс (сталь с 18%
хрома и 8% никеля, которая приобретает указанные магнитные свой-
ства лишь в результате холодной обработки в виде волочения), т. о.
R ^0,6 — 1. Как следует из указанных магнитных показателей, послед-
няя модификация нержавеющей хромистой стали отличается особо
хорошей передачей высоких частот, но зато имеет небольшую отдачу.
Железо-никелево-медный сплав типа «кунпфе» (60% меди, 20% железа
и 20% никеля) имеет II с 500 э и Вг 5500 гс (в результате волочения
он приобретает направленные магнитные свойства, т. е. должен нама-
гничиваться в определенном направлении), т. с. R 0,1.
Кобальтово-железо-вапнадиевый сплав типа «впкалой» (52% кобальта,
37% железа, 11% ванпадия) характеризуется значениями: IIс 200 э,
Вг^ 11000 гс, т. е. R 0,2. (Последние два сплава наряду с холодным
волочением подвергаются дополнительно термической обработке.)
Использование указанных сплавов дало возможность значительно по-
высить коэрцитивную силу. Большое значение коэрцитивной силы может
быть также получено при применении сплавов с дорогостоящими смесями
(платина и др.) или в несколько меньшей степени при применении спе-
циальных сплавов, наносимых гальваническим путем на медную пли
бронзовую проволоку (биметаллические звуконосители), которые непо-
средственно из-за своей хрупкости не могли быть использованы для изго-
товления пз нпх цельнометаллической проволоки (например, сплав пз 80%
кобальта и 20% никеля).
Наметившаяся тенденция к получению дешевого магнитного мате-
риала проволоки, обладающего достаточно большой коэрцитивной силой
IIс и малой остаточной индукции Вг, получила свое наилучшее выражение
в разработке нержавеющей стали.
Несмотря все же на то, что в результате разработки соответствующего
магнитного материала и на проволоке может быть достигнуто высокое
качество звукопередачи, применение проволоки (п стальной ленты) в экс-
плуатационном отношении невыгодно.
К существенным эксплуатационным недостаткам данных звуконоси-
телей можно отнести: трудности соединения отдельных отрезков звуконо-
сителей между собой, частое спутывание звуконосителя в процессе дви-
жения (проволоки), большое влияние звуконосителей на износ головок,
довольно большая их стоимость. Наконец, следует еще раз подчеркнуть
основной недостаток данных звуконосителей, вытекающий пз их физи-
ческой сущности. Вследствие сравнительно больших диаметра плп
толщины и значения Вг данных звуконосителей прп их использовании
имеет место недостаточно хорошая передача колебаний высокой звуковой
частоты. Последняя может быть улучшена прп неизменной коэрцитивной
силе звуконосителя лишь увеличением скорости последнего, что эконо-
мически невыгодно. Прп малой коэрцитивной спле звуконосителя при-
ходится также использовать . большую скорость его движения для
передачи требуемого частотного диапазона.
Стремление получить более тонкий звуконоситель, обладающий вы-
сокими качествами (в частности, малыми потерями на высоких частотах
п достаточно большой отдачей) и, кроме того, удобный для эксплуата-
ции, привело к разработке звуконосителя в форме немагнитной ленты
586
к порошкообразным ферромагнитным покрытием или однородной ферро-
магнитной ленты.
Можно сказать, что появление данного звуконосителя и метода
заппсп с высокочастотным (ультразвуковым) смещением сделало перево-
рот в магнитном записи. Эти факторы подняли ее качество па высокий
уровень и тем самым создали возможность широкого ее применения
в радиовещании и кинематографии.
Слойная ферромагнитная лента представляет собой основу из аце-
тилцеллюлозы (типа С) пли триацетата (типа Т) (негорючая, более проч-
ная основа), на которую нанесен порошкообразный слой окиси железа
Fe2O3—у-фаза (коричневая лента) пли магнетита Fo2O4 (черпая лепта).
В процессе изготовления данной лепты ферромагнитный порошок с диа-
метром зерен порядка 0,1 ^разводится в лаке, который и наносится на
основу. После высыхания лака ферромагнитный порошок остается крепко
сцепленным с основой. Наряду с данной слойной лептой используется
также однородная пластмассовая лента (типа Л), получаемая путем
смешивания ферромагнитного порошка с полухлорвпппловой основой
по всей толщине последней. Такая лента ввиду гладкости своей поверх-
ности при записп с ультразвуковым смещением отличается малым моду-
ляционным шумом (но зато имеет больший копирэффект по сравнению
с слойпой лентой).
Подобные слойные и однородные ленты с ферромагнитным порошком
дают возможность получить меньшее значение остаточной индукции В..
ио сравнению со звуконосителем, целиком сделанным из данного мате-
риала прп сохранении постоянно]! его коэрцитивной силы. (Ввиду того, что
отдельные частицы в связующем материале изолированы друг от друга,
между ними имеет место большее магнитное сопротивление.) Это приво-
дит к тому, что данные ферромагнитные ленты обладают большим
Нс
значением отношения и, следовательно, лучшей передачей высоких
частот, чем цельнометаллические звуконосители в форме проволоки (пли
стальной лепты). Достаточно высокая общая отдача прп пх применении
достигается установлением соответствующей площади поперечного се-
чения (ширины) магнитного слоя.
Слойная магнитная лепта, преимущественно используемая в отече-
ственном производстве, представляет собой ацетплцеллюлозную ос-
нову шириной 6,354:0,1 мм и толщиной 35—40 р, на которую нанесен слой
мелкого ферромагнитного порошка в виде окисп железа пли магнетита
толщиной от 15 до 20 jx.
Данная лента обладает остаточной индукцией 2?г=400—700 гс и коэр-
цитивной силой 77с—100—250 э (магнитные свойства лепты определяются
ферромагнитным порошком, его концентрацией в феррослое и толщиной
этого слоя) и обусловливает значение отношения доходящее до 0,5. Такое
Пс
значение отношения позволяет уменьшить скорость звуконосителя
в процессах записп и воспроизведения и ужо при скорости 456 мм/сек
обеспечить передачу частотного диапазона до 6000—8000 гц (прп скорости
770 мм/сек может быть передан частотный диапазон до 9000—12 000 гц).
В то же время малый размер зерен ферромагнитного покрытия (порядка
0,1 р) и малая шероховатость пленки как основы, обусловливающая более
равномерную толщину ферромагнитного слоя, обеспечивают малый шум
(собственный структурный и модуляционный) магнитно]’! фонограммы
и, следовательно, более широкий динамический диапазон.
Указанные высокие физические качества ферромагнитной ленты
в~совокупности с ее эксплуатационными достоинствами, к которым в пер-
587
эдс
(вольт)
Слоимые ленты
4
7
6
•3
5
4
6
5
4
с%
в
Скотч-тейп
ШД
§
з
25%
2 -1
д- Q'jtnn 15*а
ZM
20ма
£
i
в
Однородные ленты
ГенотонЕ
Токнизк. Ток ультра-
эдс звук.част. звук. смет.
с% (вольт) 4^
I
I
'м
i
I
j?
с%
эос
7
сЪ
7
I
§
I
та
&
I
!s &
'Sg
§§
g§
& 13
6 3
5
5ма
4 2
21
Д2:3 вма
15
3 57ZJ
-уЛз----
Зма
Imfcl1
Ъзрзоо %™ [ |
15 20ма
Ток ультразвукового смещения
Филипс
% : 6 Юма
Д2:д 15ма
ДРЮ 20ма
с% эдс
-5 3
5
-4Z-
-3-
Юма —
8ма\21
бма
йма
2ма
-/
Ток ультразвукового смещения
эдс
6
5
Ниее
Др 8 4ма
Д2:3 8ма
До- 4 17ма
1
8ма
4
бма
4'ia
Ток ультразвук, смещения
5
Ю
15 20ма
вма
5ма
4ма^
xil
20ма
L-BASF
Др-10 Юма
До’.12 Юма
та к
та Q
g $
tig
я
8ма^^
^ма §
20ма
-12,4 Бма L-экстра BCSF о S
Дг:2,5Ш1 || §•
Л3: 2,5 15ма
6 3
-5
4 2
-3
-21
=12ма
-1
CZ\'
эдс
Токулътразвук.сме1цения
5 10 15
ftftfcigg
5ма §
§ 8
4ма
rS?4*
2ма у
\ §1
\Н
гошг
15 3 4,5 5av/ 15 3 4,5 6aw
Ампервитки ультразвукового смещения
Рис. 552а. Экспериментальные характеристики нелинейных искажений (С%) и э. д. с.
воспроизводящей головки (отдачи) в зависимости от тока ультразвукового смещения
для различных ленточных звуконосителей
588
вую очередь необходимо отнести легкость соединения отдельных кусков
(путем простого склеивания), малые вес и объем, малую растяжимость
(лента типа С) и дешевизну, предопределяют широкое использование ее
в кинематографии. Некоторыми недостатками ферромагнитной ленты явля-
ются влияние температуры и влажности и сравнительно небольшое раз-
рывное усилие (<3 кг).
Влияние первых двух факторов приводит к необходимости хранения
ленты при определенных температуре (16—20° С) и относительной влаж-
Рпс. 5526. Кривые чувствительности различных ленточных звуконосителей
в зависимости от тока ультразвукового смещения: звуковая частота 10гЮ гц,
частота ультразвукового смещения 100 кгц, амплитуда звукового спгнала
1 ма' головка записи, згзор 40 р., ЗОЭ витков, пилу кт явность 8 .we; головка
воспроизведения: зазор 20 р., 500 витков, индуктивность 80 мг
нести воздуха (50—60%). Наличие высокой температуры в процессе хра-
нения приводит к высыханию основы ленты и к увеличению хрупкости
последней. Прп слишком большой влажности лента набухает и коро-
бится, вследствие чего неравномерно транспортируется в аппарате и не-
плотно прилегает к головкам.
Основными геометрическими и физико-механическими параметрами
ферромагнитной ленты, подлежащими контролю в процессе произ-
водства, являются: 1) ширина ленты; 2) длина ленты в рулонах; 3) толщина
ленты; 4) прочность ленты на разрыв, относительное (в %) удлинение при
разрыве и предел упругой, деформации; 5) ударная прочность ленты;
6) устойчивость лепты изгибу (определяемая числом изгибов, которое
выдерживает лепта); 7) шлифующее действие лепты (оцениваемое отноше-
нием глубины вышлифованной канавки к общей длине прошедшей лепты);
8) прочие показатели, как то: качество зерен ленты, деформация плоско-
сти ленты, прочность рабочего слоя ленты.
589
Однорсоные ленты
здсмв
3
-4
'-108
-12б
14.
<
-18''
'Z02
22*
-24
^0J
4 5 67 1СЭО 1,5 2 3 4 5,' 8 Юкг^
-h
-6
-8
-12
-14 6Г
-165
-18 4
3
-22
2
-26
*дб -
оЛ
Слойние ленты
эдс
(милливольт)
10
8
6
5
4
г
15
Ю
8
6
6
Г"1 1 ГТ
^СкоггчШД 16^64-7611
/20"
t /
7
-I 23-ла/
г ^5ма
L 4 1 и
3 -1 Знг=Ша=‘03П'У
/
l_L
0,1
3
2
эВс
МВ
10
д
6
5
4
3
2
4
3
где
Ж
1,0
8
6
4 5 67 100015 2 3 4 56 Ло$1
5
-о
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
-24
2
0,1
4 5 67 1000 15 2
=- ГеноггонЕ^
:-&=160-225р<____L2
Si
4 5 6 юоо is 2 3/4 56
-6
-в
-lol'0:
’128;
У-146 -
-IB4
гоз
-22
2/
-----________________________________<У[________________________________________,
4 567 10001,5 2 3 4 678 Юкгц^ 5 q7 mootf 2 3 4 6 67 А7
lOH^i
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
-24
-26
Юкгц
-2
-4
-6
-3
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
-2?
-26
Рис. 552в. Частотные характеристики различных ленточных звуконосителей
при различных токах ультразвукового смещения. Скорость лент 76,2 см/сек,
амплитуда звукового сигнала 1 ма (0,3 ампервитка)
59
К электроакустическим показателям ферромагнитной ленты, уста-
навливаемым в киностудиях перед записью, относятся:
1. Оптимальное значение ультразвукового тока смещения, устанав-
ливаемое по величине отдачи плп нелинейных искажений (в форме
коэффициента гармонических искажений), илп компромисса между дан-
ными показателями.
2. Чувствительность (определяемая обычно па частоте 1000 гц;
мерилом чувствительности является отдача магнитной фонограммы пли
э. д. с. определенной воспроизводящей головки, отнесенная к одному витку)
и однородность чувствительности ленты (у хороших лепт колебания
чувствительности не превы-
шают + 1 дб).
3. Частотная характери-
стика ленты.
4. Уровень коппрэффок-
та (разность между уровнями
наиболее сильного скопиро-
ванного сигнала и оригиналь-
ного сигнала в децибелах).
5. Уровень шумов ленты:
а) стпраемость током ультра-
звуковой частоты (определяет-
ся по величине уровня ос-
таточного намагничивания
спгнала 1000 гц, записанного
с максимально допустимым,
в отношении нелинейных ис-
кажений, уровнем; б) уровень
собственных шумов лепты;
в) уровень модуляционных
шумов ленты.
Па рис. 552а, 5526 и 552в
приведены кривые отдачи и
коэффициента нелинейных ис-
кажений, кривые чувстви-
тельности и частотные харак-
Рпс. 552 г. Характеристики нелинейных искаже-
ний и отдачи в зависимости от тока ультра-
звукового смещения и уровней звукового сигна-
ла (1, 2, 3 и 6 ма) для лепты типа С
теристпкп ряда лепт в зави-
симости от величины ультразвукового смещения (по Кроносу150). Основные
показатели этих лент сведены в табл. XXII.
На рис. 552 г приведены экспериментальные характеристики нели-
нейных искажений (уровень разностных тонов 2-го и 3-го порядков частот
3700+5500 гц) п отдачи в зависимости от тока ультразвукового сме-
щения и уровне и звукового спгнала для лепты типа С получены Ра-
ковским.
§ 144. ЗВУКОВЫЕ МАГНИТНЫЕ ГОЛОВКП
С типами звуконосителей тесно связаны и конструкции записывающей,
воспроизводящей и стирающей магнитных головок.
Широкое использование лент с порошкообразным ферромагнитным
покрытием сделало наиболее целесообразным применение головок коль-
цеобразного типа (рис. 553). Записывающая кольцевая головка представ-
ляет собой торроидальное тело, состоящее из двух отдельных полуко-
лец, разделенных двумя зазорами. Эти симметрично расположенные
относительно зазоров полукольца составляют сердечник головкп. На
591
Основные электроакустические
Сорт ленты Рабочая точка Чу ветви
ток ультразвукового смешения (частота 100 хгц) ток низкой звуковой частоты (250 гц) для значения коэффициента нелинейных искажений С^2,5% э. д. с. (напряжение холостого хода) вос- производящей головки для тока низкой ча- стоты 1000 гц 1 милли- ампер (мв)
сложные лепты ма aw ма aw
«Скотч тейп» 111А (США) А. 5_ -^2 13 Л320 1,5 4,5 6 8,5 2.7 3,7 2,55 0,71 1,И 0,462 1,75 1,25
«Филипс» (Голлан- дия) А, 10 А., 15 4,20 3 4,5 6 6 8 10 1,8 2,4 2,3 0,50 0,312 0,20
«Ниве» (бумажная) (Австрия) Л, 4 А„8 А~317 Ад 25 1,2 2,4 5,1 7,5 8 3 4 6 2^ 0,9 1,2 1,8 0,26 0,54 0,31 0,25
Однородные
«L-BASF» (Германия) А, 10 Аг 15 3 4,5 10 12 3 3,6 0,262 0,25
«Гопотой Е» (Гер- A i 1,2 5 1,5 0,35
мания) Аг 8 2,4 3 0,9 0,67
«L-экстра BASF» (Германия) о 1ю 1Л) —' <N СО 1,5 3 4,5 12,4 2,5 2,5 3,72 0,75 0,75 0,262 0,838 1Д)75‘
592
38 В. А. Бургов
лепты тельность | Таблица XXII показатели ферромагнитных лент
n> IMW Гн-ЬЭ 05 to СЛ co 2,62 сл to Os 2,07 1,62 со 05 ! 3,9 i 4,74 э. д. с. воспроизводя- щей головкп при ча- стоте 1000 гц в рабо- чей точке (мв)
cr js | JNO 1 to СЛ to 3,50 4 05 5,24 w£ 00 “Л О>сл| 05 9,2 15^ 45ч 00 1 00 отношение э. д. с. к ко- личеству витков об- мотки воспроизво- дящей головки прп частоте 1000 гц в ра- бочей точке (лю на 1 виток)
S’*" to 160, I' 225 206 8 Си < ь* со to nL 1 со -1^10 64 | 70 постоянная (коэффи- циент) саморазмагнп- чивания &(и) Частотная характеристика 1
13,5 18,5 to' СП to 14 1 17 1 * 8,5 6.5 17,5 спад па частоте 10000 гц по отношению к ча- стоте 1000 гц при скорости v=76,2 сле/сея! (дб)
Сл| wl I Cn 45ч 1 £> 45ч 1 »xs co Cn 00 £1 1 СП 30,4 46 37 26,5 33 30,6 1 w 1 СП сл| СП 45ч О СО Модуляционный шум (дб)
(st) !S 1 00 (15) о 1 00 (ST) О 1 СП Оптимальное ультразву- ковое смещение (опти- мальная рабочая точка), в скобках второе значе- ние (лш)
1 130 110 120 110 110 1 140 £ Р Минимальный стирающий ток (частота 50 ъгц)
19,5 16,5 ь- 00 16,5 16,5 1 [О н— О ё
каждом из полуколец находится обмотка с тем или иным количеством
витков.
Подобное устройство пмеет и воспропзводяшая и стирающая кольце-
вые головки, за тем лишь исключением, что они обычно не имеют заднего
зазора. (Отсутствие заднего зазора в воспроизводящей головке необходимо
для повышения ее чувствительности.) Последний уничтожается путем сбор-
ки полуколец встык или применением пермаллоевой прокладки (также
могут быть использованы в сборке головки кольцевые пластины с одним
лишь прорезом, соответствующим переднему зазору). Передним своим
зазором любая кольцевая головка соприкасается со звуконосителем (по-
верхность сердечника, соприкасающегося со звуконосителем, тщательно
полируется). Конструктивное отличие между записывающей, стирающей
и воспропзводящей кольцевых магнитных головок сводится лишь к раз-
Лента Направление движения ленты
Стирающая головка Записывающая головка Воспроизводящая головка
Рис. 553 Головкп для стирания, записи п воспроизведения
кольцеобразного типа
личпю количества витков обмоток п ширины передних зазоров. Сердеч-
ник кольцевой головки обычно располагается в корпусе из магнитного
материала высокой проницаемости, который играет роль магнитного
экрана.
Экранировка особенно важна для воспроизводящей головки ввиду
малого значения напряженности внешнего магнитного поля, создаваемого
звуконосителем. В записывающей головке она имеет меньшее значение,
поскольку напряженность магнитного поля, образованного последней^
значительно превышает напряженность внешних магнитных полей. С точки
зрения уменьшения влияния последних, например поля переменного
тока, выгодно применять воспроизводящую головку малых размеров
или головку с последовательно включенной компенсационной катушкой
(компенсационная катушка, находясь в поле источника помех, умень-
шает э. д. с. помех в головке).
Сердечник кольцевой головки в целях уменьшения потерь на вихре-
вые токи и получения лучшей частотной характеристики (на высоких
частотах) обычно изготовляется из отдельных тонких изолированных
между собой пластин. Наибольшее значение это имеет для записывающей
головки. Магнитный материал последней должен обусловливать малые
вихревые токи и потери на гистерезис для предотвращения нагреванпя
и в то же время не создавать магнитного насыщения прп ультразвуко-
вом токе смещения.
В качестве магнитного материала сердечника записывающей и вос-
производящей головок используется материал, обладающий большой
магнитной проницаемостью при сравнительно небольшой магнитной
индукции насыщения. Так, например, сердечники современных записы-
вающей и воспроизводящей головок изготовляются из пермаллоя или
му-металла.
Большое значение магнитной проницаемости сердечника данных го-
ловок выгодно, с одной стороны, в отношении чувствительности головки
(приводит к малому току прп записи или к сравнительно большому напря-
594
жению, индуктирующемуся в обмотке при воспроизведении) и, с другой
стороны, ввиду того, что при большом значении магнитной прони-
цаемости имеет место более крутой спад пика напряженности статиче-
ского магнитного поля и лучшая частотная характеристика звукопередачи.
Стирающие кольцевые головкп также выполняются из отдельных
пластин (толщиной порядка 0,075 мм илп менее), но в качестве материала
для этих пластин обычно используется уже не пермаллой, а кремнистая
сталь благодаря ее сравнительно большой индукции насыщения.
Зазоры кольцевых головок (передний, соприкасающийся со звуко-
носителем, и задний записывающей головки, служащий для уменьшения по-
сторонних магнитных влияний и соответственно шумов) обычно в целях ус-
транения возможности загрязнения заполняются немагнитным материалом
в виде соответствующих пласти-
нок (исключение составляет
лишь задний зазор воспроизво-
дящей головки, который, как
уже указано выше, фактически
уничтожается пермаллоевым за-
полнителем). Кроме того, не-
магнитные заполнители дают
возможность сохранить парал-
лельность граней зазоров, что
имеет особое значение для пе-
редних зазоров головок. По-
следние заполняются пластин-
ками из немагнитного меднобе-
риллиевого сплава (бериллиевой
бронзы) пли фосфористой брон-
зы, выгодно отличающихся от
других материалов своей малой
Рис. 554. Типы кольцевых стирающих
головок
изнашиваемостью (свойство, особо необ-
ходимое для передних зазоров головок, соприкасающихся со звуконоси-
телем).
Для устранения возможности накопления электростатических заря-
дов на головке подобная пластинка заземляется через корпус головки
(также заземляется экран кабеля, который подходит к головке).
На рпс. 554 представлены некоторые типы кольцевых стирающих
головок (по Ретингеру176). Как видно из этого рисунка, у стирающих го-
ловок передний зазор может иметь различную конфигурацию.
Простая стирающая головка изображена на рис. 554, а. Рис. 554, б от-
вечает стирающей головке с зазором, заполненным немагнитной проклад-
кой. На рис. 554,в показана стирающая головка с двумя зазорами,,
заполненными центральным магнитным сердечником. Рис. 554, г показы-
вает стирающую головку с расширенным одним полюсом, относящуюся
к стиранию постоянным током.
При применении такой головки стирающее магнитное поле дей-
ствует на звуконоситель дважды в противоположных направлениях:
в рабочем поле над зазором и при схождении элемента звуконосителя с
расширенного полюса. Рис. 554,6* относится к двойной стирающей головке,
т. е. когда звуконоситель проходит между двумя обычными стирающими го-
ловками. На рис. 554,е представлены две последовательно расположенные
стирающие головки. Применение этих головок может оказаться выгодным
ввиду наблюдающегося некоторого восстановления намагничивания после
действия одной стирающей головки. Рис. 554, ж соответствует стирающей
головке из материала с большой коэрцитивной силой, питаемой обычным
переменным током.
38* 595
Кроме этих головок, являющихся электромагнитами (т. е. имеющих
обмотку, в которую поступает ультразвуковой пли постоянный ток),
в случае магнитной записи со смещением постоянным током стирание
может быть также произведено постоянным магнитом достаточно боль-
шой силы.
При наличии переднего и заднего зазоров сердечника головка (об-
мотка магнитного сердечника) обладает индуктивностью, приближенно
выр аж аемо й фор му л о и:
т________kw2 ы2 ,>7 л.
lc , hm , [ьз_ ibn .Чз ’ ( }
Sc?c Sbn sb3 sbn sb3
где lbn и 1ьз~~~ ширина переднего и заднего зазоров; S^n и Зь3 — площади
поперечного сечения полюсов переднего и заднего зазоров; ш — количество
витков катушки; к — постоянный коэффициент.
Записывающая головка, как правило, имеет значительно меньшие
индуктивность (количество витков) и полное электрическое сопротивление,
чем воспроизводящая головка. Это необходимо для уменьшения потерь,
вносимых емкостью линии, подводимой к головке при магнитной заппси
с ультразвуковым смещением.
Действительно, в том случае когда внутреннее сопротивление источ-
ника значительно превышает полное сопротивление записывающей го-
ловки, ток в последней становится практически независимым от частоты.
Для воспроизводящей головки, где не применяется ультразвуковой
ток, большое полное электрическое сопротивление головки практически
не оказывает подобного влияния.
Частота резонанса, определяемая индуктивностью головки и емкостью
утечки в случае записывающей головкп, должна быть не ниже ультразву-
ковой частоты смещающего тока, а в случае воспроизводящей головки—
находиться вне области низких и высоких передаваемых звуковых частот.
В том случае когда одна и та же головка используется как для записи,
так и для воспроизведения, необходимое повышенное действующее зна-
чение индуктивности головкп воспроизведения может быть достигнуто
применением входного понижающего трансформатора воспроизводящего
усилителя с большим соотношением витков.
Как следует из формулы (471), число витков обмотки и ширина перед-
него и заднего зазоров определяют ту или иную индуктивность головки
в зависимости от магнитного материала и количества отдельных пластин
сердечника.
Применение очень тонких пластин (толщиной порядка 25 р.) позволяет
сильно уменьшить частотные потери, но изготовление таких пластин
весьма затруднительно; кроме того, при пх использовании коэффициент
заполнения мал (ввиду того, что к каждой пластине примыкает изоляцион-
ный слой; относительное пространство, занимаемое пластинами, сравни-
тельно мало).
Использование более толстых пластин (например, порядка 0,2 мм)
дает возможность применить меньшее количество витков проволоки для
достижения требуемой индукции вследствие большего коэффициента за-
полнения. Но при этом возрастают частотные искажения (применение
относительно толстых пластин приводит к уменьшению на высоких ча-
стотах эффективной магнитной проницаемости и индукции, т. е. отдачи).
Установление ширины переднего зазора записывающей головки
производится с расчетом получения достаточно высокого, круто
спадающего пика напряженности статического магнитного поля, произво-
дящего запись. С первым пз этих свойств (большая высота пика) связано
596
получение надлежащей отдачи, а со вторым—малых частотных искаже-
ний, возникающих в процессе записи.
Характер внешнего статического магнитного поля зависит от
геометрической конфигурации записывающей головки, в частности от
ширины зазора и магнитной характеристики материала сердечника
головки. Меньшие частотные искажения имеют место при меньшей ши-
рине зазора записывающей головки.
Факторами, ограничивающими возможное уменьшение ширины за-
зора записывающей головкп, являются, с одной стороны, необходимость
наличия достаточно большой напряженности внешнего магнитного поля,
намагничивающего звуконоситель (в зависимости от чувствительности
звуконосителя), а с другой стороны, максимально достижимая точность
механического изготовления зазоров головки.
При записп с ультразвуковым смешением уменьшение ширины перед-
него зазора имеет особое (большее) значение для воспроизводящей головки.
Но и здесь также существует ограничение. Прп очень малой ширине за-
зора воспроизводящей головки резко падает э. д. с., индуктирующаяся
в обмотке. Следовательно, с точки зрения отдачи невыгодно иметь очень
малую ширину зазора воспроизводящей головки.
Ширина переднего зазора стирающей головки устанавливается с рас-
четом получения пиковой напряженности магнитного поля, достаточной
для насышения звуконосителя и сравнительно большой протяженности
спадающей напряженности магнитного поля (за этим пиком), необходи-
мой для полного размагничивания звуконосителя ультразвуковым ма-
гнитным полем.
Как показывает опыт, отношение напряженности магнитного поля
над центральной частью зазора к напряженности магнитного поля
внутри зазора возрастает сначала быстро, потом медленно с увеличением
ширины зазора.
Необходимая протяженность спадающего по напряженности магнит-
ного поля зависит от длины волны записи ультразвукового колебания,
поскольку для полного размагничивания звуконосителя требуется наличие
целого ряда колебаний (циклов) напряженности спадающей амплитуды
в течение времени прохождения элементом звуконосителя действую-
щего магнитного поля. Так, например, при частоте смещающего тока
60 000 гц и скорости движения звуконосителя 456 мм/сек, когда длина
4.г:6
волны записп ультразвукового колебания 1= мм в пРе’
делах длины спадающего магнитного поля (длины стирающего поля)
0,2 мм, движущийся элемент звуконосителя подвергается воздействию при-
мерно 26 магнитных циклов напряженности спадающей амплитуды. (Обычно
ширина зазора стирающей головки имеет значение порядка 0,2—0,5 мм.)
Указанные выше требования, предъявляемые к записывающей и вос-
производящей головкам (не полностью), могут быть выполнены в одной
универсальной головке, служащей как для записи, так и для воспроизве-
дения сигнала177.
Влияние ширины зазоров данной головки на характер воспроизве-
дения сигнала можно пояснить формулой, относящейся к этому случаю.
Магнитный поток, проходящий через сердечник головки, равен:
ш _ ш Вп
(472)
где —магнитный поток звуконосителя, действующий на головку;
Rn и R3 —магнитные сопротивления переднего и заднего зазоров.
597
598
Таблица XXIII
Данные кольцевых головок
Тип (назначение) головкп Ширина переднего зазора (мм) Ширина заднего зазора (мм) Индуктив- ность при частоте 1000 гц (мгн) Число витков, марка и диаметр провода (мм) Нормаль- ный ток стирания (ма) Номи- нальный ток звуковой частоты (ма) Ток ультра- звуково- го сме- щения (ма) Номинальный уровень напряжения на нагрузке в 1 мг< м при частоте 1000 гц (мс)
Головкп отече- ств о п п о г о производств а178 Стирающая головка 0,3—0,5 (заполняется диамагнитной про- кладкой из латуни) 0 (встык) 2,25±0,25 2x75 ПЭ 0,4—0,42 120—150 — — —
Записывающая головка 0,02—0,04 (запол- няется диамагнит- ной прокладкой из фосфористой брон- зы) 0,3 7±1 2x150 ПЭ 0,27—0,3 — 3 8—10 —
Воспроизводящая го- ловка 0,02 (то же проклад- кой пз фосфористой бронзы) 0,2 (заполняется прокладкой пз пермаллоя) 75±10 2x300 ПЭ 0,19—0,21 — — — 2,5
Универсальная (запи- сывающая и вос- производящая) го- ловка 0,02 (то же проклад- кой из фосфори- стой бронзы) 0,2 120±12 2x500 ПЭ 0,14—0,16 0,6 1,5-2,5 3,5
11 е к ото р ы е и ц о- с т р а п п ыо голов к и (по Крону)155 Стирающие головки Тслефупксп (Вена) . ЛЕГ (стандарт) . . Опта 0,5 0,2 0 0 2 1,4 1,6 2x75 160 140—180 150 1 1 1 % — 1 1 1
Записывающие головки
Тслефупксп (Вена) ЛЕГ (стандарт) . . Опта Оита 0,04 0,0284 0,002 О; 04 0,04 0,3 7 7^0,5 4 100 2x150 — 1111 10-15 12-15 —
Воспроизводящие го- ло вки
Тслефупксп (Вена) Опта Опта Тслефупксп (Вена) U, 02 0,014 0,02 ' 0,02 0,02 1 1 1 1 1 70 70-4-5 80 3 000 8 000 2x320 ’ 2 x 2800 — — — —
Универсальные (запи- сывающие и вос- производящие) го- ловки
АЕГ Телефункеп (Вена) 0,012 0,020 0 0 70—75 1000 2x1000 — — 3-6 1 „ —
Соответственно электродвижущая сила, индуктирующаяся в обмотке,
определится значением:
с№ Rn kw
~e~w~dt~w~dt ' Rn+R3~TTR^
(473)
Износ головкп приводит к уменьшению глубины полюсных наконеч-
ников и соответственно к возрастанию активного магнитного сопротивле-
ния переднего зазора головки и, следовательно, согласно формуле (473)
к увеличению напряжения, индуктирующегося в катушке головки. Это
напряжение с увеличением износа головки возрастает тем в большей сте-
пени, чем больше активное магнитное сопротивление заднего зазора.
Как показывает формула (471), увеличение активного магнитного сопро-
тивления переднего зазора при износе головок одновременно сопровож-
Рис. 555. Типовая кольцевая головка
дается некоторым уменьше-
нием их индуктивности.
На рис. 555 изображена
типовая записывающая или
воспроизводящая, илп стира-
ющая, или универсальная (за-
писывающая и воспроизводя-
щая) кольцевая головка оте-
чественного производства с
указанием основных геомет-
рических размеров178.
Данные, характеризую-
щие различные головки, при-
ведены в табл. XXIII.
Как видно из табл. XXIII,
увеличение числа витков в
универсальной головке с
целью получения по возмож-
ности большей э. д. с. при
воспроизведении приводит к
возрастанию ее индуктивности и, следовательно, к необходимости по-
вышения напряжения ультразвукового генератора и выходного напря-
жения усилителя при записп. Одновременно увеличение количества
витков сопровождается возрастанием емкости обмотки, с чем связано
некоторое увеличение частотных искажений на высоких частотах. На-
ряду с объединением записывающей и воспроизводящей головок
в одном устройстве могут быть построены комбинированные головкп,
в которых ультразвуковое поле смещения используется для стирания
записи. Очевидно, что в этом случае также имеет место компромиссное
удовлетворение требований, предъявляемых к стирающей и запи-
сывающей головкам.
На рис. 556а изображена схема отечественной универсальной (ком-
бинированной) головки (разработанной Пархоменко179). Эта головка имеет
сердечник обычной кольцевой головкп 1 с зазором 2 и обмоткой 4 (служа-
щей для записп и воспроизведения), но, кроме того, в него вмонтирован
проводник 3, который питается ультразвуковым током. Магнитное
поле, создаваемое этпм проводником, вместе с сердечником является
стирающим магнитным полем. Своеобразием этой головкп является то,
что при ее использовании для записп нет необходимости подавать в об-
мотку 4 ультразвуковое смещение. Ультразвуковое смещающее поле полу-
чается автоматически за счет утечки стирающего ультразвукового ма-
гнитного потока через сердечник и рабочий зазор.
600
Помимо рассмотренных основных типов звуковых головок, можн
отметить еще другие типы головок, представляющие практический инте-
рес. К их числу можно отнести записывающие головкп с узким зазором,
но с повышенной пиковой напряженностью внешнего магнитного поля,
а также записывающие и воспроизводящие головки, построенные с расче-
том уменьшения влияния внешних мешающих магнитных полей.
Как уже указано выше, уменьшение ширины зазора записывающей
головки, выгодное с точкп зрения уменьшения частотных искажений,
в обычных кольцевых головках приводит к уменьшению пиковой напря-
женности записывающего магнитного поля, а следовательно, и к пони-
жению чувствительности головки. С целью уменьшения этого влияния
разработана головка, в которой внешнее магнитное поле, намагни-
чивающее звуконоситель, получается за счет прохождения тока через
проводник, зажатый между полюсными наконечниками.
Рис. 556а. Универ-
сальная (комбиниро-
ванная) головка
Рпс. 5566. Проводниковая маг-
нитная головка
Схема подобной головки (разработанной Пархоменко179) приведена на
рис. 5566. Как видно изданного рисунка, проводник представляется в виде
широкой плоской ленты. Эта лента зажимается между полюсными нако-
нечниками так, что ее толщина определяет собой протяженность внешнего
магнитного поля головки. Лента расположена таким образом, что к ней с
трех сторон примыкает сердечник головки, выполненный пз высокопронп-
цаемого магнитного материала, а к четвертой стороне, находящейся на
одном уровне с гранями полюсных наконечников, прилегает звуконоситель.
К ленте (через согласующий трансформатор) подаются ультразвуковое
смещение и звуковой сигнал. Подобная проводниковая головка может
быть также использована для целей воспроизведения сигнала с магнит-
ной фонограммы. Повышение пиковой напряженности наряду с увеличе-
нием крутизны пика напряженности внешнего магнитного поля головки
могут быть в известной мере достигнуты использованием кольцевой го-
ловки с дополнительным (третьим) полюсным наконечником. Такая головка
(разработанная Камрасом180) схематически изображена на рис. 556в.
Дополнительный полюсный наконечник создает вертикальное магнитное
поле, которое накладывается на обычное полукруглое поле кольцевой
головки (рпс. 556 г.). В результате векторного сложения напряженностей
(показанного стрелками на рпс. 556 г) суммарное магнитное поле, пред-
ставленное на рис. 556 д, характеризуется следующими особенностями:
1) усилением пиковой напряженности на левой стороне зазора,
обусловленным возрастанием значений вертикальных составляющих
напряженности;
601
2) более резким спадом напряженности на выходе элемента звуконо-
сителя за пределы зазора, который вызывается возрастанием значений
горизонтальных составляющих напряженности.
Подобная головка обеспечивает более равномерное намагничивание
(по толщине) звуконосителя, вносит меньшие изменения прп плохом кон-
такте звуконосителя и сердечника и работает при меньшей индукции.
Некоторой разновидностью данной головки является головка со сдвину-
тым третьим полюсным наконечником, обусловливающим лучшее унич-
тожение поля зазора на сбегающем ребре (рис. 556 е).
Благодаря указанным особенностям трехполюсная головка обла-
дает по сравнению с обычной головкой лучшей частотной характеристикой
илп большей отдачей. Степень этого улуч-
шения зависит от скорости звуконосителя.
С целью устранения выступающего
третьего полюсного наконечника разрабо-
тана головка (Камрасом), изображенная
на рис. 556 ж. В этой головке на стороне,
прилегающей к звуконосителю, имеются
два зазора: широкий и узкий, которые рас-
положены близко друг к другу. Широкий
Рис. 556в. Кольцевая головка
с дополнительным ьолюсным
наконечником
Рпс. 55г»г. Вертикальное поле от до-
полнительного полюсного искажения,
наложенное на полукруглое поле обыч-
ной кольцевой головки.
зазор создает поперечное поле для поля узкого зазора; это поле, наклады-
ваясь на полукруглое поле узкого зазора, обусловливает модификацию
магнитного поля, описанную выше. Изменение поля широкого зазора осуще-
ствляется ультразвуковым смещением, а поля узкого зазора—сигналом зву-
ковой частоты. Широкий зазор может быть использован для стирания
записи. Путем использования электрического корректирующего устрой-
ства ток в обмотке, создающей ультразвуковое смещающее поле, опере-
жает на 90° напряжение, а ток в цепи записи не имеет фазового сдвига.
В результате получается головка с перевернутым полем смещения, ко-
торое необходимо для резкого ослабления магнитного поля головки после
пико вой на пр яжепно ст и.
Для уменьшения влияния помех, возникающих в процессе воспроиз-
ведения, могут быть использованы противофазный метод магнитной записи
и соответствующие противофазные записывающие и воспроизводящие го-
ловкп. Подобная записывающая головка (разработанная Пархоменко179)
состоит из двух самостоятельных обмоток (илп как бы двух отдель-
ных кольцевых головок с уменьшенной высотой набора) 1 и 2, разделен-
602
ных немагнитной прокладкой 3 (рпс. 556 з). Данные обмотки соединены
между собой в противофазе, так что и создаваемые ими магнитные потоки
сдвинуты между собой по фазе на 180°. С помощью такой головки на при-
легающем к ней звуконосителе записываются две звуковые дорожки.
Рис. 55Пд. Результирующее магнит-
ное ноле, полученное путем вектор-
ного сложения полукруглого и вер-
тикального магнитных полей
Рис. 556ж. Головка с ши-
роким и узким зазорами
Рис. 556е. Головка со
сдвинутым третьим по-
люсным наконечником
Рис 556з. Противофазная записываю-
щая головка
В результате намагниченность илп остаточная индукция этих дорожек
становится сдвинутой одна относительно другой на 180°. Применяя
противофазную воспроизводящую головку, подобную указанной выше
записывающей головке, э.д.с.. индуктирующиеся в обоих обмотках,
складываются, а э.д.с. помех (когда они в одной и той же фазе наклады-
ваются на обе обмотки) вычитаются. Тем самым уменьшается влияние
помех в процессе воспроизведения.
ГЛАВА XII
МЕТОДЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ ЗВУКОНОСИТЕЛЕ!!
§ 145. МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ ЗВУКА
ПО МЕТОДУ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОГО ИЛИ ПОПЕРЕЧНОГО
НАМАГНИЧИВАНИЯ
Как уже было указано в § 129, наряду с магнитной записью с продоль-
ным намагничиванием возможно также производить магнитную запись
путем намагничивания по толщине пли ширине ферромагнитной ленты.
Называя в последних случаях намагничивание перпендикулярным
и поперечным, очевидно, оба эти случая практически мы можем отнести
к звуконосителю лишь в форме ленты. Для звуконосителя в форме про-
волоки эти разновидности сливаются в одну, которую можно назвать
перпендикулярным намагничиванием.
Намагничивание ленты по ее толщине или ширине осуществляется
с помощью двухполюсной записывающей головки, полюса которой нахо-
дятся друг против друга и непосредственно примыкают к обеим сторонам
ленты. Таким образом, при одном способе намагничивания ленты расстоя-
ние между полюсными наконечниками головки не может быть меньше
толщины, а при другом способе—меньше ширины ленты.
На рпс. 557 представлена схема распределения магнитных силовых
линий между полюсами записывающей головки при намагничиванип по
толщине пли длине ленты. На схеме видны потоки рассеяния и искривле-
ние основного магнитного потока между полюсными наконечниками.
Типичные кривые напряженностп статического магнитного поля,
создаваемого двухполюсной головкой в направлении длпны ленты при
малом и большом расстояниях между полюсными наконечниками, ука-
заны на рис. 558.
Наибольшего внимания заслуживает первый способ, при котором
благодаря меньшему расстоянию между полюсами записывающей головкп
пмеет место меньшее искривление магнитного потока между полюсными
наконечниками и меньшее влияние магнитного рассеяния (более крутой
спад напряженности магнитного поля), вследствие чего достигается луч-
шая частотная характеристика.
Прп использовании перпендикулярного намагничивания может быть
применен как метод записп со смещением постоянным током, так и метод
записп с ультразвуковым смещением. Лента предварительно в зависимо-
сти от метода записи или намагничивается до насыщения пли полностью
размагничивается.
Специфической особенностью магнитной записи по методу перпенди-
кулярного намагничивания является то, что прп ней протяженность пи-
604
шущего магнитного поля (вдоль звуконосителя) определяется шириной
поперечного сечения магнитного потока между полюсами головкп.
Согласно вышеизложенному в случае магнитной записи с намагничи-
ванием по толщине ленты необходимо применять топкие и широкие ленты.
Только в этом случае благодаря малому расстоянию между полюсами
головки может быть достигнут хороший результат.
Рис. 557. Схема распределения
магнитных t плевых линии меж-
ду полюсами записывающей го-
ловки при перпендикулярном
нам агни чив апни
Рпс. 558. Кривые напряженности статического
магнитного поля, создаваемого двухполюсной
головкой при малом и большом расстояниях
между полюсными наконечниками
Основными недостатками магнитной записи по методу перпендику-
лярного намагничивания являются: менее крутой спад напряженности
статического магнитного поля вдоль ленты (по сравнению с магнитной
записью по методу продольного намагничивания) и наличие двусторон-
него контакта ленты с полюсами голов-
ки (что затрудняет установление посто-
янного магнитного сопротивления меж-
дуполюсного пространства).
На рис. 559 показано распределение
магнитных силовых линий остаточного
магнитного поля при перпендикуляр-
ном намагничивании ленты в процессе
записи. В данном случае в отличие от
магнитной записи по методу продольного
намагничивания элементарные магниты
Рис. 559. Распределение магнитных
силовых линий остаточного магнит-
ного ноля при перпендикулярном
намагничивании ленты в процессе
записи
располагаются своей длиной перпенди-
кулярно направлению движения звуконосителя, и внутренний и внешний
магнитные потоки имеют одинаковое направление.
Применение головки воспроизведения с полюсами, расположенными
друг против друга и примыкающими к обепм сторонам лепты, приводит
к тому, что э.д.с., индуктирующаяся в обмотке головки, становится про-
порциональной первой производной внутреннего магнитного потока, т. е.
частотная характеристика звукопередачи (записи и воспроизведения)
пропорциональна частоте записываемых колебаний. Это является до-
стоинством магнитной записи по методу перпендикулярного намагничи-
вания.
При применении тонких и широких лент магнитная запись по методу
перпендикулярного намагничивания по толщине позволяет обеспечить
достаточно хорошее качество звукопередачи.
605
§ 146. МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ С ПЕРЕМЕЩАЕМОЙ ГРАНИЦЕЙ
(ЗУБЧИКОВАЯ МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ)181
Передаваемый сигнал прп данном методе заппсп представляется в
виде граничной кривой, разделяющей
Сигнал
две противоположно намагничен-
ные до насыщения области
(площади) звуконосителя
(рис. 560). В этом случае
при использовании обычной
Зазор
/ранииная воспроизёо-
кри ая* *—Область положительного дящеи
магнитного насыщения галоони
Область отрицательного
воспроизводящей головки
(длина зазора которой
превышает величину мак-
симального перемещения
указанной границы) маг-
нитный поток, входящпй в
сердечник головки, прямо
пропорционален разности
противоположно намагни-
ченных до насыщения эле-
ментарных площадей зву-
коносителя илп тем самым
магнитного насыщения величине перемещения ука-
Рис. 560. Магнитная запись с перемещаемой границей занной границы от средней
линии ленты. Данный ме-
тод обусловливает линейность передачи сигнала, так как при нем ка-
чество записи не зависит от магнитных характеристик звуконосителя.
Осуществление подобной записи про-
изводится с помощью специальной
записывающей головки, принцип
действия которой заключается в сле-
дующем: при отсутствии записи дан-
ная головка обусловливает распреде-
ление напряженности вдоль записы-
вающего зазора по закону прямой,
показанной на рис. 561 а. На централь-
ной линии ленты напряженность
равна нулю, а в обе стороны от нее
возрастает, имея противоположные
знаки. На некотором малом рассто-
янии т в обе стороны от централь-
ной линии напряженность приобре-
тает значение доводящее звуко-
носитель до ‘насыщения того пли
иного знака. (Следовательно, удвоен-
ное это расстояние представляет со-
бой ширину кривой записи.) При за-
писи происходит наложение на дан-
ную напряженность дополнительной
напряженностп Hs, одинаковой для
всех точек зазора и изменяющейся
по закону записываемого сигнала.
Рис. 561. Характеристики изменения’
напряженности вдоль зазора головки
при магнитной записи с перемещаемой
границей: а—при отсутствии записи;
б—при записи (постоянного сигнала)
В результате, как это поясняет
рис. 561 б будет происходить перемещение границы двух противоположно'
насыщенных областей звуконосителя согласно записываемому сигналу.
Устройство головки схематически изображено на рис. 562. Первоначальное
606
смещающее поле получается вследствие падения магнитодвижущей силы
постоянного магнита (с полюсными наконечниками из мягкого железа)
в поперечном направлении к ленте на ряде пластинок из кремнистой
стали, плоскости которых параллельны направлению движения звуконоси-
теля. На данное поле накладывается поле записываемого сигнала с одина-
Рпс. 562. Схема головки для магнитной записп
с перемещаемой границей
ковой в каждый данный момент напряженностью во всех точках. Оно обус-
ловливается дополнительным магнптспроводом, показанным на рис. 562.
Эта дополнительная магнитная цепь представляется в виде незамкнутого
сердечника с обмоткой, по которой проходит звуковой ток.
Путем применения специальных мер граничная кривая при исполь-
зовании изложенного метода записи может быть сделана видимой. Метод
магнитной записи с перемещаемой границей' обеспечивает достаточно
хорошее качество передачи сигнала.
ГЛАВА XIII
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕНЕНИЕ
МЕТОДОВ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С МАГНИТНОЙ ЗАПИСЬЮ
В КИНЕМАТОГРАФИИ
§ 147. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
С МАГНИТНОЙ ЗАПИСЬЮ
Применение метода магнитной записи с ультразвуковым смещением
и ферромагнитной ленты может обеспечить (при использовании высоко-
качественной отечественной аппаратуры) передачу динамического диапа-
зона порядка 50 дб при коэффициенте нелинейных искажений не более
1,5% и частотном диапазоне до 10 000 гц (с коррекцией в усилителях).
Данные высокие качественные показатели достигаются без применения
специальных шумопопонижающих пли сжимающих устройств, ко-
торые становятся ненужными в случае методов звукопередачи с ма-
гнитно й записью.
Наряду с указанными качественными показателями необходимо от-
метить следующие преимущества методов звукопередачи с магнитной
записью по сравнению с методами звукопередачи с фотографической за-
писью :
1. Магнитная запись не требует какой-либо обработки для воспроиз-
ведения сигнала; отсюда, в частности, воспроизведение сигнала с магнит-
ной фонограммы может быть произведено в самом процессе магнитной
записи или сразу после ее производства. Такая возможность немедлен-
ного контроля качества записи является весьма удобной для проведения
репетиции и способствует уменьшению брака записи и повышению ее худо-
жественного качества.
2. Процесс звукопередачи с магнитной записью не содержит процес-
са копирования с присущими ему искажениями.
3. В процессе магнитной заппси не так резко сказывается перемоду-
ляция, как при фотографической записи.
4. Магнитная фонограмма отличается малым шумом (отсутствует по-
стоянная слагающая записи при паузе, в силу чего не требуется приме-
нения специальных шумопонижающих устройств в процессе записи).
5. Благодаря возможности стирания произведенной магнитной за-
писи один и тот же звуконоситель может многократно использоваться
для магнитной записи.
6. Магнитная фонограмма в процессе своей эксплуатации не вызывает
такого ухудшения качества звукопередачи, какое имеет место в случае
фотографической фонограммы (вследствие ее загрязнений и механических
Таблица XXIV
Примерные качественные показатели отечественных аппаратов для магнитной
записп и воспроизведения и магнитных лент
ДАННЫЕ АППАРАТОВ
Наименование показателей 1-й класс 2-й класс 3-й класс 4-й класс
Звуконоситель Ферромагнитная лента шириной 6, 354^0,1 мм Феррома- гнитная 35-лг,и лепта с пер- форацией Ферромагнитная лепта и проволока
Скорость звуконоси- теля 770 мм/сек 456 мм] сек 385 мм/сек 385 мм!сек
и 192,5 мм/сек для дву- скоростных аппаратов
Передаваемый частот- ный диапазон и сте- пей.-» равномерности частотной характе- ристики 30—12000 ±1,5 дб 50—10 000 ±1,5 дб 70—7 000 ±2 дб 100—5000 ±3 дб
Коэффициент нелиней- ных искажений (при нормальном нама- гничивании) Не больше 0,8% i Не больше 1,5% Не больше 3% Не больше 5%
Детонация (пиковое значение) ±0,05% ±0,1% ±0,2% ±0,3%
Относительный уро- вень шумов -60 дб -50 дб -40 дб -35 дб
Отклонение скорости ленты от номиналь- ной ±0,1% ±0,1% ±0,25% ±1%
Длина ленты в рулоне 750 м 750 м 1 000 м 1000 м
Уровень собственных шумов ' — 65 дб -60 дб -60 дб -50 дб f
39 В. А. Бургов
609
Продолжение
Примерные электроакустические показатели ферромагнитных
(неперфорированных) лент
Наименование показателей Лента для оригинальной заппсп Лента для копии
первый сорт второй сорт первый сорт второй сорт
Высшая передаваемая частота 12 000 12 000 12 000 8000^
Уровень коппрэффекта -65 дб -55 дб -50 дб —40 дб
Максимально возмож- ные колебания чув- ствительности ±1 дб ±2 дб ±2 дб ±3 дб
Стираемость — 55 дб 55 дб 50 дб
Нелинейные искажения Не более 0,5% Ие более 1,2% Не более 1,2% Не более 1,5%
Прочность па разрыв Не менее 4 кг Нс менее 4 кг Ис менее 2,8 кг Не менее 2,5 кг
повреждений). Она допускает большее количество воспроизведений без
заметного ухудшения своего качества. Благодаря уменьшению шерохо-
ватостей ферромагнитной ленты, соприкасающейся с ней головкой,
происходит уменьшение шума, а износ головкп может приводить даже
к некоторому повышению э.д.с. головки.
7. Процесс магнитной записи и все подготовительные к нему опера-
ции (зарядка ленты п т. д.) в отличие от фотографической записи про-
водятся на свету.
8. Магнитная лента является более дешевой, но в то же время отли-
чается большей стабильностью своих качеств (например, чувствитель-
ностью), чем кинопленка.
Все указанные достоинства методов звукопередачи с магнитной за-
писью позволяют говорить о их преимуществе перед методами звуко-
передачи с фотографической записью во всех тех случаях, когда запись
и воспроизведение звука не связаны с передачей изображения. Именно
по этой причине магнитная запись получила вначале широкое примене-
ние в радиовещании.
Недостатками магнитной записи и воспроизведения звука примени-
тельно к звуковой кинематографии являются:
1. Трудности контроля и монтажа, вызванные тем, что магнитная
фонограмма невидима.
610
2. Трудности совмещения изображения и фонограммы на одном носи-
теле (кинопленке).
3. Наличие копирэффекта.
4. Износ п загрязнение записывающих, стирающих и воспроизводя-
щих головок ввиду постоянного контакта их со звуконосителем (феррома-
гнитной лентой).
Несмотря на указанные недостатки, магнитная запись получает все
более широкое применение и в кинематографии — во всех тех случаях,
когда носитель используется лишь для одной звукозаписи, без изобра-
жения.
В табл. XXIV приведены примерные качественные показатели аппара-
тов для магнитной записп и воспроизведения различных классов и маг-
нитных (неперфорированных) лент.
§ 148. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНОЙ ЗАППСП В КИНЕМАТОГРАФИИ
Применение магнитной заппси в кинематографии связано с решением
целого ряда технологических вопросов182, к которым в первую очередь отно-
сится синхронизация заппси с изображением, поскольку большинство
записей, проводимых в киностудии, являются синхронными записями.
Достижение необходимой синхронизации звука и изображения тре-
бует не только специализированной аппаратуры, но и видоизмененного
ленточного звуконосителя.
Неизбежное различие диаметров ведущих ленту роликов и неко-
торые другие факторы (растяжение и последующая усадка звуконосителя
прп неоднократных перемотках, зависящих также от температуры и влаж-
ности воздуха) приводят к непостоянству длины протягиваемой ленты за
то или иное время. Так, например, различие в диаметре ведущих роликов
лишь на 1 р. при их скорости 1500 об/мин обусловливает разницу в длине
протягиваемой ленты за 10 мин. прп ее скоростп 770 м/сек примерно
47,1 мм, т. е. около двух кадров. Практически, учитывая также влияние
других факторов, эта разница получается еще большей.
Опыт показывает, что прп использовании неперфорированной ма-
гнитной ленты, даже когда двигатели, ведущие носитель фонограммы п но-
ситель изображения, связаны системой синхронно-синс} азного привода,
не достигается необходимой синхронности между звуком и изображе-
нием. Можно считать, что только при магнитной заппси отдельных кус-
ков, длящихся до 1,5 мин., обеспечивается необходимая синхронность. Что
же касается, папример, перезаписи или воспроизведения отдельных частей
фильма длительностью 10—11 мин., то здесь без применения каких-либо
специальных средств не может быть достигнута необходимая синхрон-
ность между звуком и изображением при использовании неперфорирован-
ной магнитной ленты.
Специальные способы синхронизации прп несинхронной записи на
магнитной лепте, сводящиеся к созданию на ленте оптических пли ма-
гнитных перфораций, приводят к сильному усложнению аппаратуры и не-
удобствам синхронного монтажа фонограммы и поэтому их использование
невыгодно.
Практически наплучшпм решением задачи является применение для
магнитной заппси в кинематографии перфорированной магнитной лепты
с сохранением стандартных размеров перфораций и скорости ее продви-
жения, присущих кинопленке, используемой для фотографической
заппсп. С таким звуконосителем связаны не только технологические удоб-
ства монтажа и других операций, но и возможность использования для
39* 611
магнитной записи и воспроизведения, а также монтажа разнообразной
аппаратуры, применяемой при фотографическом методе звукопередачи,
в частности легкости приспособления ее для работы при обоих методах.
Разработанная отечественной кинопромышленностью подобная ма-
гнитная лента (па ацетатной основе) имеет достаточную прочность и харак-
теризуется высокими качественными показателями.
Как показывают практические испытания, эта перфорированная
лента выгодно отличается от 6,35-л«ж неперфорированной ленты большей
чувствительностью (на средних частотах) и меньшими нелинейными иска-
жениями и копирэффектом. Наряду со сплошным ферромагнитным покры-
тием по всей поверхности перфорированной ЗЪ-мм ленты может быть
использовано частичное покрытие или даже наклейка одной или несколь-
ких узких 6,35-лш лент на кинопленку.
Имея 35-JUf перфорированную ферромагнитную ленту или несколько
лент, наклеенных на основу ЗЪ-мм кинопленки, можно производить ма-
гнитную запись на различном числе звуковых дорожек или участков фе-
ромагнитного покрытия, имеющих то или иное расположение.
Длина стирающей
щели
Длина записывающей^
щели - л , I
Длина воспроизводящих
щей щели ГЛ I
Базовый край Q
I 5,7fM
Ширина звуковой
"дорожки ।
QJ
И
Рис. 564. Расположение и раз-
меры магшпной звуковой до-
рожки па 35-л«л€ перфориро-
ванной ленте
6&02Ю
□
£
Осевая линия звуковой
'дорожки
Магнитная звуковая дорожка N /
Вид со стороны рабочего слоя
На рис. 563 показаны возможные в этом отношении типы звуконо-
сителей для синхронной магнитной записи: а—ЗЪ-мм лента со сплошным
ферромагнитным покрытием по всей ее поверхности (в этом случае между
наружным краем звуковой дорожки и внутренним краем перфорации
должно быть некоторое расстояние для уменьшения влияния перфора-
ционных отверстий); б—частичное покрытие ферромагнитным слоем пер-
форированной основы; в—частичное нанесение феррослоя и специального
слоя, предназначенного для расшифровки магнитной фонограммы на ЗЪ-мм
перфорированную основу; г и д—обычные перфорированные основы уже
использованной кинопленки с наклеенными на нее. по краям одной
пли двух обычных 6,ЗЪ-мм ферромагнитных лент (способ киностудии Мос-
фильм); е—то же при расположении наклеенной ленты в центре 35-juf
кинопленки (способ Киевской киностудии); ж и з—применение сплошного
612
или частичного ферромагнитного покрытия 17,5-лм^ основы с односторон-
ней перфорацией. Данные типы звуконосителей получаются путем разре-
зания пополам 35-лы* ленты типов а и д.
Выбор того или иного типа звуконосителя обусловливается как
соображениями технологического порядка (например, необходимостью
одновременного или раздельного использования нескольких магнитных
записей), так п соображениями, связанными с аппаратурой (удобства
изготовления, эксплуатации и регулирования аппаратуры).
С экономической и технологической точек зрения представляет ин-
терес 17,5-лмя звуконоситель с односторонней перфорацией, получае-
мый путем разрезания 35-лш звуконосителя с двумя дорожками на краях
5Лмм\
ШДлина стирающей щели
£пина записывающей щели
I I,Длина воспроизводящей щели
О
*
35лл—-=>
Базовый край
.Ширина звуковой
дорожки
Вид со стороны рабочего слоя
Ш02мя *
Рис. 565. Размеры
и расположение двух
магнитных звуковых
дорожек на 35-.ил4
перфорированной
ленте
Осевая лицил звцнодои
Сорожки
Длина стирающей щели
7ММ
Рис. 566. Размеры и рас-
положение магнитной зву-
ковой дорожки на 17,5-jwjh
перфорированной ленте
(35-Л1Л1 лента, разрезанная
ионолам)
Длина записывающей I
щели —*
Длина воспроизводящеи^<=±
щели j
Базовый край
6,35-0,2мл
j 5,7/ш
Ширина звуковой
дорожки
5
Qj Ct ЗС
17<5мч-—
t> а ।
5 S'
S3 М 5
с
11,5±0,2мм Осевая линия звуковой
дорожки
Магнитная звуковял дорожка
Видсостороны рабочего слоя
(тип д) после записи пополам (предложено Высоцким). Подобное предло-
жение резать 35-JMt кинопленку пополам было сделано и для фотографи-
ческой записи, но там ввиду неудобства проявления 17,5-лмг кинопленки
на стандартных проявочных машинах оно не могло быть реализовано.
Применение 17,5-лм* звуконосителя не только сокращает вдвое количество
используемой 35-лм/ пленки или ленты, но еще обеспечивает большую
легкость п надежность работы механизмов, транспортирующих пленку,
поскольку в этом случае транспортирование происходит лишь за одну
сторону звуконосителя и последний имеет вдвое меньшую ширину. След-
ствием этого являются более равномерное продвижение звуконосителя
и надежный ого контакт с головками.
£13
В целях унификации аппаратуры и возможности обмена записями,
произведенными на различных киностудиях, разработаны и утверждены
внутриведомственные нормали на расположение и размеры магнит-
ной звуковой дорожки на 35-мм и 17,5-лм* перфорированной ленте
(со сплошным ферромагнитным покрытием или полученной путем на-
клейки узкой ферромагнитной ленты шириной 6,35 мм на 35-ло* кино-
пленку). Данные нормали поясняют рпс. 564, 565 и 566. Как видно
из данных рисунков, во всех случаях осевая линия магнитной звуковой
дорожки располагается на расстоянии 11,5 мм от ближайшего края
кинопленки во избежание влияния перфорационных отверстий. Влия-
ние перфорационных отверстий прп магнитной записи и воспроиз-
ведении проявляется в форме модуляционного шума перфорации, воз-
никающего вследствие амплитудной модуляцип передаваемого сигнала
сигналом с основной частотой 96 г^183. Этот эффект обусловлен изменением
контакта звуковой головки со звуконосителем вследствие натяжения
ленты в области перфорационных отверстий и скольжения, вызванного
применением зубчатого барабана (эффект фиксации ленты зубцами ба-
рабана). Следовательно, на 35-лме плепке можно разместить лишь две
магнитные звуковые дорожки, а на 17,5-лм^ пленке—лишь одну дорожку
шириной 6,35 мм.
Две магнитные звуковые дорожки на ЗЬ-мм перфорированной кино-
пленке могут быть использованы как для обычной заппсп, так и для
двухканалыюй стереофонической записи, заппси с управляющей дорож-
кой, записп с разделением частот и т. д.
Применение магнитных звуковых дорожек шириной 6,35 мм выгод-
но с точки зрения возможности использования стандартной ферромагнит-
ной ленты (для наклейки) и стандартных головок. Дальнейшее увеличение
ширины магнитных звуковых дорожек требует изменения всех головок
и связано с большей критичностью действия относительного наклона
записывающей и воспроизводящей головок.
Применительно к указанным нормалям расположения и размеров
магнитных звуковых дорожек разработаны специальные высококачест-
венные аппараты для синхронной магнитной записи и воспроизведенпя
сигнала прп скорости движения звуконосителя 456 мм/сек.
Наиболее удобным в технологическом отношении (а также экономиче-
ски выгодным) процессом, дающим возможность устранить трудности,
связанные с монтажем магнитной фонограммы (поскольку магнитная за-
пись не может контролироваться визуально), является процесс с одно-
временным проведением магнитной и фотографической записей на одном но-
сителе—пленке184. В данном случае первичная магнитная фонограмма
перезаписывается на специальную светочувствительную пленку с ча-
стичным ферромагнитным покрытием в виде дорожки. В результате фото-
графической обработки пленки наряду с магнитной фонограммой образует-
ся фотографическая фонограмма. Последняя имеет обычное расположение
на пленке. Магнитная же фонограмма помещается на противоположном
краю пленки. Фотографическая звуковая дорожка используется для кон-
троля и монтажа. Так как фотографическая и магнитная звуковые дорожки
занимают строго соответствующее друг другу положение, то разрезание
пленки при монтаже не нарушает синхронизацию обеих дорожек. Смон-
тированные магнитные дорожкп перезаписываются опять на магнитную
фонограмму (перезапись ведется с нескольких смонтированных магнит-
ных фонограмм), с которой также путем перезаписи получаются негативы
фотографической фонограммы (контратипы), служащие основой для пе-
чати массовых копий.
614
ЧАСТЬ IV
МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
О МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАПИСЬЮ
ГЛАВА XIV
ОСНОВЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАПИСП И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
§ 149. МЕХАППЧЕСКАЯ ФОНОГРАММА НА ДИСКЕ,
ЕЕ ПОЛУЧЕНИЕ II ХАРАКТЕРИСТИКИ
Идея получения механической записи звука, которая давала бы возможность
воспроизведения с нее звука (идея обратимости записи), высказана Кро (1877 г.).
Первое практическое осуществление механической записи и воспроизведения звука
принадлежит Эдисону (фонограф, 1877 г.).
Механическая запись основана на механической деформации мате-
риала звуконосителя с помощью специального прибора-записывателя
(рекордера).
Данный прибор представляет собой электромеханический преобразо-
ватель типа двигателя; в нем электрическая энергия преобразуется в ме-
ханическую энергию резца, который, собственно, и производит запись.
Существует два основных метода механической записи звука. При
одном из этих методов резец колеблется параллельно поверхности звуко-
носителя и перпендикулярно к направлению его движения в месте записи,
а при другом методе резец совершает колебания перпендикулярно по-
верхности звуконосителя.
В первом случае имеет место так называемая поперечная механиче-
ская запись, а во втором случае—глубинная механическая запись звука.
Наибольшее распространение имеет поперечная механическая запись—
обычные граммофонные пластинки записываются этим методом. Как по-
казали исследования, глубинная механическая запись не имеет особых
преимуществ перед поперечной механической записью звука.
Для механической записп тем пли иным методом принципиально
могут быть использованы звуконосители различной формы: лента, плос-
кий диск, цилиндрический валик и др. Наиболее удобным с точки зрения
эксплуатации и хранения является звуконоситель в форме круглого плос-
кого диска. Звуконоситель данной формы почти исключительно приме-
няется на практике.
На рпс. 567 приведена общая схема профессиональной механической
записи на диск, являющейся первой стадией производства граммофонных
пластинок. Запись производится в специальной студии или в виде переза-
писи с магнитной ленты. Материалом диска для записи служит специаль-
ный восковой сплав толщиной в 2—3 см. Этот диск, рабочая поверхность
которого отполирована до зеркального блеска, совершает на записываю-
щем станке равномерное вращательное движение со стандартной скоро-
стью 78 оборотов в минуту, в то время как резец записывателя непрерывно
продвигается вдоль радиуса диска и одновременно совершает поперечные
617
колебания по закону записываемых колебаний. В результате резец запи-
сывателя вырезает на поверхности диска спиралеобразную канавку, кото-
рая следует от края диска к его центру пли, наоборот, от центра к краю
диска. Направление записи от центра к краю может быть выгодным в от-
ношении удобств удаления
стружки при записп, а также
по той причине, что при проиг-
рывании шеллачной пластинки
Рпс. 567. Общая схема механической заппсп
иа диск: 7—микрофон; 2—микрофонный усп-
лптель; 3—общий усилитель; 4—записыва-
тель (рекордер), 5—диск
стальной иглой последняя при-
тупляется, а конец воспроизво-
дящей пглы должен быть наибо-
лее острым именно во внутрен-
ней части пластинки, где длина
волны записп меньше. Отклонение канавки от осевой спирали представ-
ляет собой кривую записываемого сигнала.
Диски имеют стандартные размеры: 200, 250 и 300 мм. Обычно при-
меняются диски диаметром 250 или 300 мм. Диаметр 300 мм является
предельным прп скорости вращения диска 78 оборотов в минуту ввиду
большой скоростп резания иа краю диска.
Рпс. 558а. Поперечный п продольный
разрезы канавок паузы прп примене-
нии сапфирового резца
Рпс. 5686. Схема производства граммо-
фонных пластинок: 1—оригинальная за-
пись на воске; 2—первый оригинал (нега-
тив заппсп); 3—второй оригинал (позитив
записи); 4—третий оригинал (негатив за-
ппси); 5—граммофонная пластинка
На рис. 568 а показаны поперечный и продольный разрезы канавок
паузы прп применении сапфирового резца185: b—выражает ширину ка-
навки; Д—расстояние между осями смежных канавок по радиусу плп так
называемый шаг заппси; h—глубину канавки.
Кроме того, профиль канавки характеризуется радиусом закругления
г п углом раскрытия а.
Эти две последние величины совместно с шириной канавки Ь опре-
деляют глубину канавки /г.
618
Согласно рис. 568 а глубина канавки h=a—с. Для определения а п с
можно написать равенства:
Ъ . а г
rr=tg-9- И -----= sina/2.
2.а ° 2 г -г с '
Следовательно
/г = / - г ( —. (474)
2 tg а/2 \ Sin а, 2 / v '
Обычно используются следующие размеры: а=85—90°; г=30—50 р;
Л=160 или 180 р; /г=63 илп 74 р. (размеры 6= 180 р. п соответственно /г=74р.
отвечают так называемой уширенной записи). После того как произведена
поперечная запись звука на воске, на последний наносится проводящий
олой (опудрпвание графитовым порошком илп отложение тончайшего
слоя серебра плп золота путем катодного распыления) и на нем наращи-
вается гальваническим путем слой металла (например, медп) опреде-
ленной толщины. После снятия воска
данный металлический слой представляет
собой копию—негатив записи, называ-
емую первым оригиналом. С первого ори-
гинала можно печатать уже граммофон-
ные пластинки. Однако в целях сохран-
ности первого оригинала с него (также
гальваническим путем) получают второй
металлический оригинал (позитив) и в свою
очередь с последнего—третий металличе-
ский оригинал (негатив), с которого и ве-
дут уже прессование граммофонных пла-
стинок (рис. 5686). В качестве материала
Рпс. 568в. Размеры граммофон-
для пластинок используются шеллачная пых пластинок
масса (состоящая пз шеллака и примесей)
или успешно ее заменяющий в отечестгенном производстве хлорвинилпек
(пек получается в результате переработки дегтя) или винилит.
Выпускаемые отечественной промышленностью граммофонные пла-
стинки диаметром 200, 250 и 300 мм имеют стандартные размеры п вес,
указанные в табл. XXV.
Таблица XXV
Размеры п вес граммофонных пластинок
Формат пластинок Наружный диаметр (.ИЛ() Диаметр начала записи (лш) Минималь- ный диаметр последней канавки записи (ж) Диаметр замкнутого концентри- ческого кру- га (Л1Л1) Диаметр этикетки (лш) Диаметр отверст пл (ЛСЛ1) Толщина пластинки (лш) Вес пла- стинки (г)
D D. D2 D3 D4 d а
Уменьшенные 200±2 192*1 95 86“1 75-0.4 7+0,2 l.e*0’1 1О5±10
Нормальные 250 + 2 240*1 105 95“1 80-°.4 7+0,2 f о+0,1 1>а—0,2 18оД£
Увеличенные зоо4-3 гае*1 105 95“1 80-0.4 8+0.2 2,li0’2 270+30
Данные размеры показаны на рпс. 568в.
Шаг записи Д обычно устанавливается равным 0,302 мм (уширенная
.запись), 0,265 мм (нормальная запись), 0,240 мм (уплотненная запись).
619
Соответственно число канавок на 1 см или плотность записи определяется
значением Р (р=-у): 33,1, илп 37,8, пли 47,7 канавок на 1 см. От шага
записи, как будет ясно из дальнейшего, зависит максимальная ампли-
туда записи.
Максимально возможное число канавок на определенном радиусе
пластинки z при разном шаге записи Д выражается равенством:
(475)
где z и Д (в миллиметрах)
или так как
z= и у=р, где Бг—диаметр начала записи, Z>2—диаметр кон-
ца записи:
р (Рх—Р2)
Максимальное время звучания пластинок t связано со скоростью
вращения пластинки п и числом канавок записп & зависимостью:
п
или при скорости 78 об/мин
t == 0,0128& (мин.)
(476)
Таким образом, для увеличения времени звучания необходимо повы-
сить плотность записп илп уменьшить шаг записи, что возможно лишь
прп понижении амплитуды записи.
Максимальное время звучания плотности при различной плотности
записп указано в табл. XXVI.
Таблица XXVI
Максимальное время звучания пластинок
(без учета шести немых канавок: трех вначале и трех в конце)
Диаметр пластинки (СЛ1) Число канавок на 1 см (плотность записи) Скорость записи
33,1 кантом 37,8 кан/см 41,7 кан/см t Г 1
20 2 мин. 3 сек. 2 мин. 18 сек. 2 мин. 35 сек. 78 об/мин <
25 2 мин. 47 сек. 3 мин. 12 сек. 3 мин. 32 сек. 78 об/мин
30 3 мин. 48 сек. 4 мин. 22 сек. 4 мин. 50 сек. 78 об/мин -
Расстояние между краями соседних канавок уменьшается до нуля*,
когда отклонения двух соседних канавок от осевой спирали направлены
друг к другу и равны половине начального расстояния между краями
смодулированных канавок. Следовательно, максимальная .амплитуд!
поперечной записп во избежание перерезания канавок (с чем связан^)
образование мешающего шума пли ~ эффекта эхо) не должна пре-
д—ъ
вышать половины указанного расстояния, т. е. величпны ——- Ооычно
устанавливается еще гарантийный промежуток между краями <;фседнпх
620
Модулированных канавок, равный примерно 25р.; поэтому максимально
допустимая амплитуда записи имеет значение:
Амакс = , (477)
т. е. прп Д = 0,265 мм и Ъ — 0,16лмг
А макс ^40 р..
Рис. 569а показывает формы канавок при поперечной п глубинной
механической записи звука186.
Если прп поперечной механической записи глубина канавки постоян-
на, а отклонения канавки от осевой спирали соответствуют кривой запи-
Сечение канавки
по ДБ
Немодулированные
канавки
Немодулироеанные
канавки
Рис. 569а. Формы канавок при поперечной и глубинной
механической записи
^ываемого сигнала, то прп глубинной заппсп, наоборот, канавка не имеет
отклонения от осевой спирали, но глубина канавки является величиной
церемонной, передающей записываемый сигнал.
По сравнению с поперечной записью это дает возможность увеличить
время. проигрывания пластинки, не изменяя ее размеров.
Из сказанного выше следует, что при глубинной записи канавки могут распола-
гаться гораздо ближе друг к другу, чем при поперечной записи, т. е. шаг записи может
быть значительно меньше. Правда, и прп глубинной записи по мере увеличения ампли-
туды звукозаписи, т. е. углубления канавки, происходит расширение последней ввиду
ее клиновидной формы, но это расширение значительно меньше, чем в случае попереч-
ной записп. (Клиновидная форма канавки удобна в отношении нарезки, изготовления
пластинок и прохождения иглы.) Кроме того, при глубинной записи максимально
допустимая амплитуда ограничивается глубиной немодулированной канавки, величи-
ны которой во избежание искажений она не должна достигать. Обычно глубина немо-
дулнрованной канавки при глубинной записи пмеет примерно такое же значение, как
п глубина канавки при поперечной записи (примерно 75 р.). Таким образом, при глубин-
ной заппси канавки все же могут быть гораздо ближе друг к другу, чем при поперечной
записп. Если даже в процессе записи они будут частично перекрываться друг другом,
это не приведет к нарушению надежности движения иглы и к помехам. По этой причине
глубина ({смодулированной канавки может быть увеличена до 150 р..
Практически прп глубинной заппси плотность записи может быть удвоена по
сравнению с поперечной записью, т. е. длительность проигрывания соответственно
удваивается. Но глубинная запись имеет определенные недостатки. Укажем из них
<621
главные. Глубинная запись может производиться лишь на мягком воскоподобном
материале. При использовании твердых звуконосителей вз за различного сопротивле-
ния материала прп движении резца вглубь и наружу слоя образуются большие нелиней-
ные искажения. Прп глубинной заппсп возникают технологические трудности, связан-
ные с мешающим действием образующейся стружки и с получением с заппсп металли-
ческой копни, необходимой для массового тиража граммофонных пластинок. Наконец,
для воспроизведения сигнала с глубинной заппсп должны применяться специаль-
ные звукосниматели.
Постоянная угловая скорость вращения воска при заппсп или пла-
стинки при воспроизведении приводит к тому, что линейная скорость
различных участков воска илп пластинки становится различной. При
записи это приводит к соответствующему изменению длины волны записи
на данном участке (рис. 5696), а при воспроизведении—к воспроизведе-
нию одной п той же записанной частоты
Рпс. 5696. Длпвы волн записп
(А], Х2, Х3) прп постоянной угловой
скорое in воска (диска), но прп раз-
личных линейных скоростях участ-
ков заппсп
на различных участках, несмотря на то,
что на них длина волны записи была
также различной.
Угловая скорость воска илп пла-
стинки /г связана с линейной скоростью v
участка, определяемого диаметром £>,
равенством:
* = 6^1666 <478>
(в частности, минимальная линейная ско-
рость при наименьшем диаметре запи-
СП Z>2 равна: гим„=~ , м/сек),
а длина волны записп соответственно равна:
).= 1000 4(479)
где / в герцах.
Из последней формулы следует, что длина волны записи тем меньше,
чем ближе к центру находится запись и чем больше частота. Очевидно,
что с уменьяением длины волны заппсп на высоких частотах связано ухуд-
шение качества звукопередачи, которое в наибольшей море проявляется
на участке, ближнем к центру (тем более, что к этому участку приходит
уже несколько притупившаяся игла звукоснимателя).
Запись от центра к краю не даст большого улучшения ввиду притупления иглы
при проигрывании от центра к краю пластинки, кроме того, прп этом требуется
возрастающее усилие от пружины, которая, наоборот, по мере проигрывания осла-
бевает.
Механическая запись в отношении передачи высоких частот, так же
как и фотографическая запись, тем лучше, чем больше растянутость фоно-
граммы, но этот последний фактор приводит к сокращению времени проиг-
рывания пластинки.
Действительно, длина волны записи пропорциональна линейной ско-
рости пластинки (диска) относительно резца. Прп определенной конечной
величине воспроизводящей иглы существует минимальная скорость реза-
ния и соответствующая длина волны записи, прп которых еще достигается
удовлетворительное воспроизведение. Следовательно, при определенной
скорости вращения пластинки (диска) для каждой частоты существует
определенный минимальный диаметр диска, меньше которого запись не
может производиться. Чем больше допустимая величина частотных иска-
жений, тем меньше минимальная скорость резания и меньше минималь-
ный диаметр пластинки, т. е. больше время проигрывания.
622
Звук с пластинки воспроизводится с помощью механического звуко-
снимателя в виде иглы, соединенной с мембраной, которая заключена
в устье рупора (рпс. 570а), пли электрического звукоснимателя с иглой
и кат\шкой, в которой прп движении иглы индуктируется э.д.с. (рис.5706),
последняя после усиления поступает в громкоговоритель.
В обоих случаях воспроизводимая акустическая мощность (сила звука)
сохраняется постоянной прп различных частотах только тогда, когда амп-
литуда записи является обратно пропорциональной частоте записы-
ваемых колебаний или произведение частоты па амплитуду есть ве-
Рис. 5706. Схема
электромагнитного
звукоснимателя
Рпс. 570а. Схема меха-
нического звукоснима-
теля
личина постоянная. (Воспроизводимая акустическая мощность опреде-
ляется в первом случае квадратом скорости мембраны, а во втором
вследствие индуктирования э.д.с. в катушке—квадратом первой про-
изводной от колебаний иглы, т. е. в обоих случаях—квадратом ско-
рости иглы.) Но данное произведение выражает собой колебательную
скорость, следовательно, требование неискаженное™ звукопередачи
сводится к постоянству колебательной скорости передаваемого сиг-
нала в тракте записи. (Прп использовании пьезоэлектрических запи-
сывателей можно производить запись как по методу постоянной
скорости, так и по методу постоянной амплитуды, поскольку в
этом случае смещение резца прямо пропорционально входному напря-
жению в рабочем диапазоне частот.)
Это требование может быть удовлетворено установлением соответст-
вующей частотной характеристики того пли иного звена тракта записи,
например записывателя. Такая частотная характеристика является идеа-
льной частотной характеристикой, но она, к сожалению, практически не
может быть использована. Причиной этого является, во-первых, то, что
при выполнении условия постоянства колебательной скорости существует
большая разница в величине амплитуд смешения резца на низких и вы-
соких частотах. Это имеет следствием, с одной стороны, выход канавки
за пределы предназначенной ей дорожки прп поперечной записи громких
звуков низкой частоты и, с другой стороны, получение столь малой амп-
литуды смещения резца и соответственно амплитуды записи на высоких
частотах, что последняя становится соизмеримой со структурной неров-
ностью стенок канавки. Учитывая, что в обычном звуковом сигнале (речь,
музыка) высокочастотные слагающие имеют малую амплитуду, их пере-
623
дача (рис. 571а) будет сильно маскироваться шумом (шипением) пластинки.
Так, например, если прп частоте 50 гц амплитуда смешения резца равна
40 р, то прп частоте 6000 гц опа должна быть равной ^^=0,33 р>.
Второй существенной причиной невозможности полного использования
условия постоянства колебательной скорости является то, что по мере воз-
растания частоты уменьшается радиус кривизны стенок модулированной
канавки. В результате на высоких частотах наступает такое положение,
ЮО юоо 10000
гц
Частотная
Е
§ характеристик В
ка процесса §
Е attrition
гц
Рис. 571а. Частотные характеристики записи (смещения и коле-
бательной скоростп резца) и воспроизведения и их коррекция137
Корректирующая
частотная харак-
теристика про-
цесса Воспроизве-
дения
100 1000 10000
гц
Суммарная
характеристика
§
I
что радиус кривизны канавки становится меньше радиуса кривизны
пглы звукоснимателя, вследствие чего последняя теряет возможность сле-
довать за канавкой или разрушает структуру высокочастотной заппси. Дан-
ный эффект усугубляется етце том, что сношенная игла звукоснимателя
имеет не круглое, а овальное сечение острия и располагается под углом
меньшим 90° к поверхности пластинки. Сказанное поясняет рпс. 5716.
Наименьший радиус кривизны канавки записи можно определить математически.
На высоких частотах, когда длина волны заппси мала по сравнению с радиусом спира-
ли, можно полагать ось канавки прямой, а не дугой спирали. В этом случае, обозначая
движение резца функцией
у — yQ sin cor,
624
а координату вдоль осп немодулировапной канавки
х = vt,
где v—линейная скорость участка заппсп (величина
вптка спирали), получим уравнение кривой записи в
сод;
z (х) = A sin — .
\ / -у
Наименьший радиус кривизны синусоидальной
верхушках записываемой синусоиды) будет равен:
_ I dx2 I __ у2
~ | d2z j ” соМ
постоянная в пределах одного
виде:
канавки (радиус кривизны на
Рмин
или, так как
у = QR,
92772
Рмин (1>2А
(480)
Рис. 5716. Модулированные канав
кп различной кривизны
где Q—угловая скорость; R—радиус вптка спирали; w—угловая частота; Vk=Au>—
колебательная скорость (амплитуда).
Наименьший радиус кривизны имеет место на внутреннем крае пластинки (где
R минимально) и па высоких частотах.
Полагая, что минимальный радиус кривизны иглы при проигрывании равен
рмин = 60 ц и, кроме того, <2 = 8,16 рад;сек (78 об/мин), минимальный радиус витка
спирали RMUH = 5 см (см. табл. XXV), ампли-
туда записи Л = 40р., колебательная скорость
на частоте 700 м
Vk = 2т:-4• 10~3-700 = 17,6 см!сек,
пз формулы (480) получим: / = 2500 гц.
Таким образом, при указанных условиях
записи и минимальном радиусе кривизны иг-
лы при проигрывании 60и. верхняя погранич-
ная частота пли максимальная частота пере-
даваемых колебаний при постоянной колеба-
тельной скорости Vfc=17,6 см/сек не превы-
шает 2500 гц.
Практически благодаря износу иглы, возрастающему при проигрывании к центру
пластинки, верхняя граница будет еще более низкой. Передача более высоких частот
прп записи с постоянной колебательной скоростью па частотах выше 700 гц требует
уменьшения амплитуды записи.
По указанным причинам в отечественном производстве граммофонных
пластинок обычно применяется следующая частотная характеристика
поперечной записи: начиная с самых низких звуковых частот до частоты
примерно 400 — 500 гц частотная характеристика выражает постоянство
амплитуды смещения резца и соответственно амплитуды записи; в среднем
диапазоне примерно от 700—1000 гц до 1500—2000 гц сохраняется по-
стоянство колебательной скорости (т. е. амплитуда записи является обратно
пропорциональной частоте) и, наконец, выше 1500 — 2000 гц происходят
некоторое увеличение колебательной скорости с возрастанием частоты (до
частоты примерно 7000 гц, после которой колебательная скорость начи-
нает уменьшаться с возрастанием частоты).
Подобная частотная характеристика колебательной скорости приве-
дена на рис. 572а. На рис. 5726 показаны стандартные частотные характе-
ристики поперечной и глубинной записи, использующиеся в США.
Та илп иная частотная характеристика записи (определяемая обычно
частотной характеристикой заппсывателя) корректируется соответству-
ющей частотной характеристикой процесса воспроизведения (звукосни-
мателя), так что суммарная частотная характеристика выражает постоян-
40 в. А. Бургов
625
ство колебательной скорости (в практическом смысле) в определенном
передаваемом частотном диапазоне.
На рпс. 571а показано, как в зависимости от частотной характери-
стики смещения резца изменяется частотная характеристика его колеба-
тельной скорости, которая представляет собой характеристику записи.
На этом же рисунке указывается, какова та корректирующая частотная
характеристика процесса воспроиз-
Рпс. 572а. Частотная характеристика
поперечной заппсп
Рпс. 5726. Стандартные частотные ха-
рактеристики поперечной а и глубин-
ной б записп (использующиеся в США У
блика на вращающейся пластинке (рпс.
Рпс. 573. Схема наблюдения светового блика
па вращающейся пластинке
Одновременно данный рисунок поясняет, как отклонение характе-
ристики заппсп от постоянства колебательной скорости ближе к постоян-
ству амплитуды дает возможность лучше перекрыть шумы пластинки, воз-
никающие в процессе воспроизведения.
Колебательная скорость может быть определена по ширине светового
573) прп освещении последней
параллельным пучком света188.
Ширина светового блика S свя-
зана с амплитудой записи А ча-
стотой записи / п скоростью вра-
щения пластинки п зависимо-
стью :
<481>
Отсюда колебательная ско-
рость при скорости 78 оборотов
в минуту г\=0,409 S см> сек.
На обычных граммофонных
пластинках ширина блика до-
стигает максимальной величины порядка 50 мм (среднее значение
15—20 лм0.
Наряду с темп пли иными частотными искажениями пластинка соз-
дает также некоторый шум и нелинейные искажения.
Высокочастотный шум пластинки обусловлен шероховатостью стенок
канавки; последняя вызывает беспорядочное, хаотическое движение иглы.
Данный шум пластинки имеет том большую величину, чем больше линей-
ная скорость иглы и чем острее ее конец.
62G
На рпс. 574 приведены экспериментальные кривые, характеризующие
спектры шума различных участков шеллачной пластинки189. Наиболь-
ший уровень высокочастотного шума, обусловленного шероховатостью
стенок канавки, пмеет место на частотах 5000—7000 гц.
Шум прп заппси по поперечному методу меньше, чем шум при заппсп
глубинным методом. Происходит это потому, что в первом случае общий
пластинки (экспериментальные кривые по Миллеру)
уменьшением линейной скорости
2
Рис. 575а. Эффект «неогибания»
канавки
y=flCos~-
шум, обусловленный шерохо ватостыо боковых стенокакнавкп, понпжает-
за счет противофазного воспроизведения шума боковых стенок при дви-
жении иглы в канавке. Переход от внешнего края к внутреннему краю
сопровождается притуплением пглы и уменьшением линейной скорости
ее движения по канавке,
в силу чего ухудшается пе-
редача высоких частот, что
приводит к уменьшению
шума пластинки.
Обычные шеллачные
граммофонные пластинки
характеризуются уровнем
шума прп проигрывании
порядка—27,—30 дб по
отношению к среднему
уровню записп и переда-
ваемым частотным диапа-
зоном от 100 до 6000 гц.
(Под средним уровнем за-
писи понимается уровень
заппси, определенный вы-
ходным уровнем звуконо-
сителя при воспроизведении
колебательной скоростью 5 м/сек, чему соответствует ширина светового
блика 12,5 мм.)
Наименьший шум имеют так называемые винилитовые пластипкп,
изготовляемые пз искусственной (впнилптовой) смолы (порядка—40 дб),
но в отношении износоустойчивости они уступают шеллачным пластин-
кам, поэтому требуют для воспроизведения легкого звукоснимателя (см.
ниже). В том случае когда размеры кончика пглы являются соизмеримыми
с кривизной канавки, возникают, кроме частотных искажений, еще
и нелинейные искажения, обусловленные так называемым эффектом «по-
огибанпя». Данный эффект заключается в том, что на высоких частотах,
когда кривизна стенок канавки большая, движущийся конец пглы пе дви-
концом иглы
колебаний частотой 100 гц,
записанных с
40* 627
жетон точно по закону изменения этой кривизны. Например, когда тол-
стый конец иглы перемещается в синусоидальной канавке большой кри-
визны, он не совершает движения по синусоиде (рис. 575а). Указанный
эффект имеет место как при поперечной, так и при глубинной механиче-
ской записи. Анализ показывает, что в силу данного эффекта при попе-
речной записи возникают главным образом третья (нечетные), а прп глу-
бинной заппсп—вторая (четные) гармоннкп1У0.
Частота.
Рис. 5756. Кривые нелинейных искажений, обусловли-
ваемые эффектом «неогпбанпя» в зависимости от часто-
ты (по Пьерсу п Хунту): а—скорость ЗЗ1,^ об/мин
/ __ 300 \
( радиус кончика иглы 50 р, амплитуда 50 р х ~~ст0^~ ) *
б—скорость 78 об/мин
Согласно рис. 575а синусоидальная канавка определяется выражением:
у = A cos
2 rear
где X—длина волны записи.
Соответствующую кривую смещения центра круглой иглы можно "представить
в координатах £ и которые связаны с координатами х и у зависимостями:
£ = x-\-r sin а,
2 га;
т. = у + г cos а = A cos —|- г cos а.
1 Л
Учитывая, что кривизна канавки в точке у, х
dy А2к . -2лл'
-р- =---Sin = —tga,
dx к Л
получим
п А -
2тгЛг sin -г—
£ = - Л
Л 1/ 1 А* sin2 ~Т~
f К К
2кх
у = A cos-y- +
ЛГ, , 4кМ2 ’. _2<
|/ 1 + —p-sin2-
628
Данные выражения представляют собой параметрические уравнения (х в ка-
честве параметра). Исключая х из данных уравнений и выражая как функцию £
в форме ряда Фурье, можно представить кривую смещения иглы в виде:
7] — z^COS -т—4-Л2 COS -<-Ь А3 COS -5-h . . .
ЛА Л
На рис. 5756 приведены кривые нелинейных искажений, полученные (Пьерсом и
Хуптом) в результате подобного, приближенного анализа для поперечной и глу-
бинной записей.
Нелинейные искажения, обусловливаемые эффектом «неогибания» в
случае поперечной заппсп, возрастают пропорционально квадрату ампли-
туды записи и квадрату радиуса иглы и обратно пропорционально квад-
рату длины волны записп. (В случае глубинной записп—пропорционально
амплитуде заппсп, радиусу иглы п обратно пропорционально длине волны
записп.)
Из сказанного следует, что в пелях устранения больших нелппойных
искажений кривизна капавкп не должна быть слишком большой. Таким
образом, для данной частоты записываемых колебанпй имеется определен-
ный предел скорости записп, которая может дать достаточно хорошее вос-
произведение заппсп при заданном размере (радиусе) иглы звукоснима-
теля.
Другим псточнпком нелинейных искажений являются магнитные
системы и поведение якоря в звукоснимателях (магнитная нелинейность).
§ 150. ПЛАСТИНКИ ПРЯМОГО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
Кроме обычных граммофонных пластинок, применяются также пла-
стинки прямого воспроизведения, получаемые с помощью записи без
последующего копирования плп какой-лпбо дополнительной обработки.
Произведя запись на такой пластинке, ее можно сразу же прослушать.
Подобные пластинки применяются как в любительской практике, так
и для высококачественной профессиональной записи, например для
целей радиовещания плп контроля в звуковой кинематографии.
К звуконосителям прямого воспроизведения относятся лаковые
тондискп, децилитовые тоидискп, диски из целлулоида, основа кинопленки
изношенных кинофильмов. (Метод механической заппсп на кинопленке
п соответствующая аппаратура разработаны в 1931 г. Шориным191.)
В отличие от кинопленки запись на диск имеет то преимущество, что
все участки записи легко доступны и могут быть немедленно воспроиз-
ведены. Кроме того, сохраняется возможность использования для про-
слушивания обычной аппаратуры, а также возможность получения боль-
шого количества копий. Так, например, с помощью лаковых дисков
можно также получить прессованные пластинки, как п в случае специаль-
ной записи на воске.
Ранее существовавший основной недостаток записей на дисках—
сравнительно малое время проигрывания—в настоящее время устранен
разработкой долгоиграющих пластинок с так называемой микрозаппсыо
(см. § 151).
Единственным недостатком записей на дисках (например, по сравне-
нию с кинопленкой) является их кратковременность.
Механическая запись на звуконосителях прямого воспроизведения
производится как по методу вырезания, так п по методу выдавливания
канавки. Прп вырезании канавки часть материала удаляется в виде
стружки, а при выдавливании она смещается иглой в сторону от канавки.
Метод выдавливания может быть использован лишь прп поперечной за-
629
лисп (при глубинной записи в этом случае образуются большие нелиней-
ные искажения). Метод вырезания обусловливает более высокое качество
заппси, чем метод выдавливания (последний имеет худшую частотную ха-
рактеристику и, кроме того, требует большей мощности звукопередачи
от записывателя).
Пластинки прямого воспроизведения в отдельных случаях могут
обусловливать более высокое качество звукопередачи, нежели обычные
граммофонные пластинки.
В отношении материала звуконосителей для прямого воспроизведения
наиболее высококачественный результат свойствен лаковым тондискам.
Лаковые тондисшг состоят из алюминиевого или стеклянного диска—
основы, покрытого тонким слоем (толщиной 0,15—0,3 мм) специального
нитролака. Данный слой как раз и служит для записп.
При использовании лаковых тоидисков имеет место весьма малый шум
при воспроизведении (примерно—45 дб по отношению к среднему уровню)
и наиболее широкий диапазон передаваемых частот (30—10 000 гц). Не-
достатком лаковых тондпсков является их сравнительно большая под-
верженность износу. По этой причине для воспроизведения сигнала с ла-
ковых тоидисков необходимо применять легкие звукосниматели (для
уменьшения давления иглы на диск).
Механическая запись звука на лаковых тондисках иногда приме-
няется в кинематографии. (Она используется для целей контроля или
рекламы, для получения специальных звуковых эффектов для заппси по
ходу производства кинофильма отдельных песен или диалогов с целые
передачи последних по радио пли в качестве исходных записей для произ-
водства граммофонных пластинок.)
Децплитовые диски имеют основу из пластмассы, к которой с обеих
сторон примыкают слои пластмассы или лака, служащие для записи.
По сравнению с лаковыми тондпсками они имеют большую износоустой-
чивость, но в то же время характеризуются большим шумом прп воспроиз-
ведении (примерно на 6 дб) и значительно меньшим передаваемым частот-
ным диапазоном (до 6000 гц).
Целлулоидные диски пли основа кинопленки имеют наибольшую изно-
соустойчивость: произведенную на них запись можно воспроизводить
даже с помощью акустического граммофона, имеющего тяжелую мембрану.
Данные звуконосители (свежая, новысохшая целлулоидная пленка)
имеют уровень шума порядка—28 дб и частотный диапазон звукопере-
дачи с верхним диапазоном не выше 4000 гц. Сравнительно большой уро-
вень шума, а также упругая деформация целлулоида под резцом не дают
возможности хорошо записать более высокие частоты. Таким образом,
по сравнению с обычной шеллачной пластинкой целлулоидные диски
имеют худшую передачу высоких частот.
При воспроизведении сигнала с граммофонной пластинки шумы, оказывающие
наиболее неприятное действие в паузах, могут быть уменьшены с помощью специаль-
ных устройств — динамических шумоподавптелей.
Наиболее эффективными методами шумопонижения, лежащими в основе данных
устройств, являются:
1) использование нелинейной характеристики звукопередачи с пороговым огра-
ничением сигнала192;
2) ограничение (уменьшение) частотного диапазона звукопередачи (по регулирую-
щему закону) прп понижении уровня сигнала 193.
Первый пз указанных методов поясняет рис. 576,а. Прп применении указанной
на рис. 576, а характеристики звукопередачи шум, имеющий относительно малый уро-
вень (по отношению к передаваемому сигналу), будет полностью подавлен. Но в то же
самое время, еслп пе принимать специальных мер, передаваемый сигнал будет также
несколько искажен. Как видно пз рис. 576, б, в этом случае возникнут симметричные
искажения синусоидального сигнала в форме нечетных гармоник. Для устранения дан-
630
dibix нелинейных искажений входной электрический сигнал разделяется с помощью
октавных полосовых фильтров иа ряд каналов, в каждом из которых после фильтра
•используется нелинейный электрический элемент, создающий указанную выше харак-
теристику звукопередачи, и затем снова соответствующий октавный полосовой фильтр.
Шум на Входе
Рис. 57G. Шумопонижение ’"путем использования нелинейной ха-
рактеристики звукопередачи с пороговым ограничением сигнала
Шум на выходе
Синусоидальный сигнал на
входе
Сигнал на выходе нелинейного
элемента
WVv
Синусоидальный сигнал на выхо-
де системы полосовых фильтров
Выходные цени данных фильтров соединяются вместе, и в дальнейшем выходной
электрический сигнал поступает в усилитель и громкоговоритель.
Основным недостатком данной системы является то, что она прп сложном переда-
ваемом сигнале может вносить ощутимые нелинейные искажения в форме взаимной мо-
дуляции.
Второй метод подавления шумов основан на том, что частотный спектр шумов
пластинки характеризуется наиболее сильными составляющими в области высоких
частот порядка 5000—7000 гц, кото-
рые оказывают сильное маскирующее
действие на слышимость высокоча-
стотных слагающих сигнала. Среза-
ние этих частот прп уменьшении уров-
ня сигнала тем самым в значительной
степени освобождает пластинку от
присущего ей шума. Но в то же самое
время сужение частотного диапазона
ухудшает качество передаваемого сиг-
нала. Поэтому частотная характери-
стика звукопередачи устанавливается
как компромисс между величиной
снижения шума и качеством воспро-
изведения сигнала.
На рпс. 577 показаны подобные
частотные характеристики динамиче-
ского подавителя шумов при различ-
ных уровнях сигнала. Исследование
рассмотренных динамических подави-
телей шумов (произведенное Вайм-
боймом) позволяет сделать следую-
щие выводы:
Рис. 577. Частотные характеристики динами-
ческого подавителя шумов при различных
уровнях сигнала: 1—максимальное подав-
ление (малый уровень сигнала); 2—промежу-
точное (средний уровень сигнала); 3—мак-
симальное расширение (максимальный уро-
вень сигнала)
1. Динамический шумоподавп-
тель с пороговым ограничением сигнала дает возможность наиболее сильно пода-
вить шум шеллачной граммофонной пластинки при воспроизведении речи без ощути-
мого па слух ухудшения тембра голоса (примерно на 8 дб).
При воспроизведении музыки вследствие ощутпмого влияния пелппейпых искаже-
ний в виде взаимной модуляции динамический шумоподавптель данного типа не может
быть так эффективно использован, как прп передаче речи.
631
2. Динамический шумоподавитель с ограничением частотной характеристики зву-
копередачи дает наиболее значительное понижение шума шеллачной пластинки (при-
мерно до 13 дб) и в то же время не создает ощутимых нелинейных искажений. По срав-
нению с трактом, в котором вместо шумоподавптеля применен фильтр низких частот
с ограниченной полосой пропускания (50—5000 гц), динамический шумоподавитель
данного типа дает большее шумопонижение (примерно на 3—5 дб) и обусловливает
лучшую передачу сигналов большего уровня, в особенности музыки с большим динами-
ческим диапазоном. На малых уровнях ухудшение качества звучания вследствие
большего ограничения частотного диапазона становится ощутимым при величине шумо-
понижения большей 3—5 дб. Так как в особенности это относится к передаче речи (ис-
кажения тембра), то для последней нельзя эффективно использовать динамический шу-
моподавнтель данного типа.
Рассмотренные динамические шумоподавптели могут быть применены также для
понижения шума изношенных фотографических фонограмм в процессе воспроизведе-
ния с них сигнала (например, прп перезаписи).
§ 151. ДОЛГОИГРАЮЩАЯ ПЛАСТИНКА («МПКРОЗАПИСЬ»)
Увеличение длительности проигрывания пластинки определенного
диаметра требует увеличения плотности записи (т. е. количества кана-
вок на 1 см) и уменьшения скорости ее вращения (см. формулу 476).
Но с увеличением плотности заппсп связано уменьшение максимальной
амплитуды записи. Кроме того, прп возрастании плотности записи, когда
уменьшается ширина канавки, для хорошего огибания канавок необхо-
димо уменьшить радиус закругления иглы, что влечет за собой нежела-
тельное возрастание давления иглы на звуконоситель.
Электрическое воспроизведение сигнала с пластинки с помошыо
легкого электрического звукоснимателя и применение в качестве мате-
риала для пластинки винилита обусловили возможность создания высо-
кокачественной долгоиграющей пластинки с поперечной механической
записью. Так как желаемая громкость может быть достигнута соответ-
ствующим усилением снятого с пластинки электрического сигнала, а
винилит как материал хорошо передает сигналы малого уровня, отличаясь
весьма малым шумом, то стало возможным повысить плотность записи,
уменьшить максимальную амплитуду записи и соответственно сократить
шаг записи.
Применение же наряду с указанными факторами легкого звукоснима-
теля (с целью уменьшения износа, искажений) с иглой, имеющей меньший
радиус закругления своего острия, дало возможность сократить без ущерба
ширину канавки (обеспечивая и в этом случае достаточно хороший кон-
такт иглы с канавкой) и понизить скорость вращения пластинки при
записи и воспроизведении. (Понижение скорости пластинки соответственно
уменьшает длину волны записи, поэтому для уменьшения эффекта «нео-
гпбанпя» за счет этого фактора также требуется уменьшение радиуса
закругления острия воспроизводящей иглы.)
На рпс. 578а и 5786 изображены канавки обычной А и долгоиграющей
Б пластинок с предназначенными для нпх иглами194.
Таким образом, при данном способе записи, называемом «мпкроза-
писыо», канавки имеют меньшую ширину и глубину и более плотно рас-
положены па пластинке (рис. 578 б). Их применение наряду с понижением
скорости с 78 об/мин до ЗЗ1/* об/мии дает наиболее долгоиграющую пла-
стинку.
Долгоиграющая впнплптовая пластинка отличается более высоким
качеством звучания (бесшумность, малые искажения), чем обычная пла-
стинка.
Применяющаяся в отечественном производстве долгоиграющая пла-
стинка имеет плотность записи порядка 100 канавок на 1 см при ширине
632
в
Рпс. 578а. Канавки "обычной А и
долгоиграющей В пластинок с пред-
назначенными для них иглами (ли-
нейные размеры в микронах)
Д
Рис. 5786. Канавки обыч-
ной А и долгоиграющей Б
пластинок с предназначен-
ными для них иглами (ис-
пользующиеся в США187)
Рис. 578в. Частотная
характеристика
микрозаииси
633
канавки 50—60 р. Максимальная амплитуда записи имеет значение 15—
20 pt, т. е. она в два раза меньше, чем в случае обычной записи. Радиус за-
кругления острия воспроизводящей иглы равен 25 р.
С целью использования существующего оборудования для записи
и воспроизведения (с заменой лишь звукоснимателя) и производства стан-
дартных пластинок скорости 333/3 и 78 об/мин и диаметры 30,25 п 20 см
сохранены и для винилитовых долгоиграющих пластинок.
Максимальное время звучания одной стороны пластинки, имеющей
диаметр 25 см при скорости 78 об/мин, составляет 9 мин., а при диаметре
30 см и скорости 33 х/3 об/мин — 23 мин. или двух сторон пласти-
нок—46 мин.
Частотная характеристика колебательной скорости при мпкроза-
ииси приведена на рис. 578в.
Как видно из данного рисунка, она отличается от частотной харак-
теристики обычной записи (см. рис. 572а) большим подъемом колеба-
тельной скорости на высоких частотах.
§ 152. ЗАПИСЫВАТЕЛИ
Электрический заппсыватель (рекордер) как электромеханический
преобразователь типа двигателя может быть построен па электромагнит-
ном, пьезоэлектрическом и других принципах и иметь ту или иную конст-
рукцию.
В практике профессиональной и любительской записи чаще всего
используются записыватели электромагнитного типа (электромагнитный
заппсыватель прочнее пьезоэлектрического записывателя).
На рпс. 579а приведена типичная схема электромагнитного заппсы-
вателя. Между полюсными наконечниками постоянного магнита распо-
ложен якорь, с нижней частью которого механически связан держатель
с резцом. Якорь с держателем и резцом может вращаться вокруг осп
крепления. В качестве упругости закрепления используется пружина,
связанная с держателем. Выходящий за пределы полюсных наконечников
конец якоря или продолженная ось держателя плотно входит в демпфер.
Во внутренней полости П-образных полюсных наконечников распола-
гается катушка, окружающая якорь, по которой проходит ток звуковой
частоты.
Частотная характеристика записывателя обычно приближается к тре-
буемой частотной характеристике записи. Лучшие записыватели обеспе-
чивают передачу частотного диапазона от 50 до 10 000 гц.
Резец записывателя выбирается в зависимости от типа звуконоси-
теля. Для воска и лаковых дисков (пластинки прямого воспроизведения)
обычно используются сапфировые резцы (рис. 5796), а для децилитовых
тондисков и пленки—стальные резцы (рис. 579в)195.
Сапфировый резец для лаковых дисков имеет отличительную особен-
ность в виде полирующей грани шириной примерно 10—12 р, располо-
женной за режущей кромкой (см. рис. 5796). Эта грань полирует в процессе
записи стенки вырезанной канавки до зеркального блеска, что способ-
ствует понижению шума прп воспроизведении. На рпс. 579 г пока-
зана правильная установка сапфировых а и стальных б резцов при
записп.
Сапфировые резцы имеют срок службы до 15—20 час. (воск). Для ла-
ковых тондисков срок службы сапфировых резцов равен примерно 8 час.,
стальной резец при записи на децилитовых тондисках характеризуется сро-
ком службы не более 15—20 мйп.
634
II р и м е р.
В качестве примера иа рис. 580а показано устройство электромагнитного запп-
сывателя Р-83 (разработанного BIIIIII3) для любительской звукозаписи на целлуло-
идных дисках195. Он также пригоден и для записи на лаковых и децилитовых топ-
дисках.
К постоянному магниту 1 (пз ннкельалюминисвого сплава) примыкают П-образ-
ные полюсные наконечники (пз мягкой стали) 2, которые образуют верхний (1,2 мм)
п нижний (4 мм) зазоры. В верхнем зазоре (точно в середине) располагается свободный
конец якоря о (пз мягкой стали), а в нижнем зазоре — его вращающийся горизонталь-
ный вал, который зажат в резиновых подшипниках между обоймой 1 и стяжкой (обе
из латуни). В переднюю часть горизонталь-
Постоянный ного вала якоря входит зажимной винт 5,
Рис. 579а. Схема электромаг-
нитного заппсывателя
а в другой его конец—пружина 6 (пз фосфори-
стой бронзы), работающая на скручивание.
Внутри полюсных наконечников располагает-
ся катушка 7. В данном заппсывателе упру-
гость закрепления якоря определяется пру-
жиной 6 п резиновыми подшипниками. Но
с.гедние вместе с активным механическим со-
противлением материала (пленка) играют
роль демпфера.
Полирующий
край
Режущий
край
ДюралеВая
опраВка
Сапфир
Полирующая
грань
Рис. 5796. Сапфировый резец
для воска п лаковых дисков
Рис. 579в. Стальной
резец для децплпто-
вых дисков и пленки
Рис. 579г. Правильная установка
сапфировых а и стальных б резцов при
записи
Частотные характеристики (колебательной скорости) заппсывателя Р-83 при при-
менении различных звукоснимателей приведены на рис. 5806. Как видно из данного
рисунка, передаваемая полоса частот имеет значение от 50 до 4500 гц.
Прп записи па пленке последовательно с записывателем включается компенсиру-
ющий контур, состоящий из сопротивления (10 ом) и параллельно присоединенной
к нему емкости (4 мкф). Наличие этого контура дает возможность приблизить частот-
ную характеристику заппсывателя в области низких частот к принятой частотной
характеристике записи.
Полное сопротивление (с компенсирующим контуром) заппсывателя на частоте
1000 гц равно 15,5 ом, которое на частоте 5000 гц возрастает до 19 ом (катушка имеет
160 витков провода ПЭШО 0,3 и характеризуется индуктивностью, равной 850 мкгн).
Чувствительность заппсывателя равна 2 в на 1 см блика при частоте 1000 гц (прп
записи на пленке). Вес заппсывателя 290 г.
G35
Наряду с электромагнитными иногда используются пьезоэлектриче-
ские записыватели. В этих записывателях приводом резца является кри-
сталл, состоящий из отдельных пластинок, зажатый одним своим концом.
При приложении напряжения между пластинками кристалл совер-
шает колебания вокруг зажатого конца и приводит в движение резец.
Рис. 580а. Электромагнитный записыватель
Р-83, разработанный ВНИПЗ
Рпс. 5806. Частотные характерпстикп заппсывателя Р-83
при применении различных звуконосителей
Специальный демпфирующий материал уменьшает резонансный пик колеб-
лющегося кристалла. Так как механическая сила, действующая на кри-
сталл, пропорциональна напряжению на его пластинках, то пьезоэлектри-
ческий записыватель без принятия специальных мер (например, включения
его через сопротивление) обусловливает одинаковую на всех частотах
амплитуду записп. (Частотная характеристика пьезоэлектрического за-
писывателя практически мало зависит от материала записи.) В этом слу-
чае необходимо использование в процессе воспроизведения прямолиней-
ной частотной характеристики колебательной скорости, параллельной
оси частот, спадающей по мере увеличения частоты. Такая звукопередача
является выгодной с точки зрения уменьшения шума пластинки (энергия
шума пмеет наибольшее значение в области высоких частот). Однако в
этом случае приходится считаться с эффектом «неогибания», поскольку
с увеличением амплитуды заппсп на высоких частотах возрастают нелиней-
ные искажения.
Интерес представляет электродинамический записыватель с подвижной катушкой
(разработанной в США телефонной лабораторией Белла196), в котором прямолинейная
частотная характеристика движения резца достигается с помощью обратной связи.
636
Данный заппсыватель, предназначенный для глубинной заппсп, имеет устройство, пока-
занное схематически (поперечный разрез) на рпс. 581а.
В радиальном магнитном поле кольцевого зазора, созданного постоянным магни-
том, центрирована подвижная катушка. Эта катушка жестко связана с диафрагмой, кон-
сольной пружиной (обусловливающей восстановительную силу при движении в верти-
кальном направлении) и резцом, т. е. она является приводом последнего.
Вблизи резца расположена катушка обратной связи. Прп колебаниях катушки
в катушке обратной связи индуктируется э.д.с., пропорциональная скорости резца
Рис. 581а. Электродинамический записыва-
аель с обратной связью
Рис. 5816. Частотные характеристики записывателя
с обратной связью 1 и без псе 2
(Медпый экран предохраняет от индуктивного влияния на катушку обратной связи
поля катушки.) Соответствующее напряжение через усилитель обратной связи подает-
ся па вход усилителя записи. В результате, как показано иа рис. 5816, достигается
практически прямолинейная частотная характеристика в широком диапазоне частот.
§ 153. ЗВУКОСНИМАТЕЛИ
Электрический звукосниматель, как электромеханический преобразо-
ватель типа генератора, может быть построен подобно записывателю па
электромагнитном или пьезоэлектрическом принципе.
Принципиальная схема электромагнитного звукоснимателя пред-
ставлена на рис. 582. Между двумя П-образными полюсными наконеч-
никами расположен ферромагнитный якорь, зажатый в верхней своей
части резиновыми подушками 7. Якорь окружает катушка. Нижний
конец якоря жестко соединен с иглой 2. При скольжении иглы по канавке
637
Рис. 582. Схема электромаг-
нитного звукоснимателя
Рис. 583. Колебания якоря
Частота "
Рис. 586. Взаимная коррекция частотных
характеристик записи и воспроизведения
638
вращающейся пластинки извилистые стенки канавки сдвигают иглу в ту
пли иную сторону, что приводит к соответствующему изменению положе-
ния якоря относительно осп его вращения (рис. 583).
Подобные колебания якоря вызывают изменение проходящего вдоль
него магнитного потока и индуктирование в катушке э.д.с.
На рпс. 584 приведена эквивалентная электрическая схема данного
звукоснимателя, па основании которой может быть найдена зависимость
э.д.с. от колебательной скорости пглы. В данной электрической схеме:
Е—генератор звукового тока с бесконечно большим внутренним сопротив-
лением R (принудительное движение пглы в канавке эквивалентно дей-
ствию генератора с большим внутренним сопротивлением). Самоиндукция
L представляет массу звукоснимателя.
Самоиндукция ЬА п емкость Cs эквивалентны массе якоря п гибкости
иглы; Ср и Rd—соответствуют гибкости и активному механическому со-
противлению резиновых подушек (демпфера).
Определенная согласно данной схеме теоретическая частотная ха-
рактеристика звукоснимателя (в виде зависимости величины тока, экви-
валентного скоростп пглы, от частоты) приведена на рпс. 585197. Как видно
из данного рисунка, частотная характеристика звукоснимателя имеет
два пика: один па низкой, другой—на высокой частоте. Область частот,
находящаяся между этими двумя пиками, и является собственно частот-
ным диапазоном, воспроизводимым звукоснимателем.
Как показано на рис. 586, применительно к частотной характеристике
записп 1 необходимо получить частотную характеристику воспроизведе-
ния, выражаемую кривой 2. Именно к последней кривой должна прибли-
зиться практическая частотная характеристика звукоснимателя.
Иглы звукоснимателей могут быть изготовлены пз различных материа-
лов: стали, сплавов, твердых металлов, сапфира, алмаза, стекла, дерева.
В настоящее время наибольшее применение имеют стальные и сапфи-
ровые пглы. В частности, используются хромированные стальные пглы,
имеющие большую твердость и допускающие большое количество проиг-
рываний (до 10—15 сторон граммпластпнкн). Формы п основные размеры
отечественных стальных игл подчинены стандарту. Они указаны па
рис. 587185 и в табл. XXVII.
Основными качествами игл с точки зрения износа пластинок являются
их твердость и стпраемость. Так как важнее иметь меньший износ пла-
стинки, чем пглы, то твердость последней не должна быть по отношению
к твердости пластинки чрезмерно большой. Но в то же время с износом
иглы связано ухудшение передачи высоких частот. Поэтому идут при
установлении соотношения твердостей пглы п пластинки на компромисс.
Для получения наилучшего результата при воспропзведенпп необ-
ходимо, чтобы игла велась боковыми стенками канавки, соприкасаясь
с ними на некоторой глубине от краев канавки, но не касаясь дна канавки,
изменяя свое положеипе соответственно всем извилинам последней.
Как показывает рпс. 588, степень приближения к выполнению этого
требования зависит от соотношения форм и относительного расположения
кончика пглы и канавки. Стальная игла на протяжении нескольких де-
сятков сантиметров длины канавки обычно притирается к канавке и да-
лее изменяет свое положение соответственно извилинам последней. Но
с течением времени она постепенно стирается (притупляется) и уже те-
ряет возможность точно следовать за извплпнами канавки при высоких
частотах заппси. По указанным соображениям стальная игла может хо-
рошо воспроизводить лишь одну сторону граммофонной пластинки. После
проигрывания этой одной стороны граммофонной пластинки, строго го-
воря, опа должпа быть заменена новой иглой.
639
Таблица XXVII
Основные размеры стальных пгл
Обозначе- ния на ристине 587 Тип Размеры (мм)
d 1 г а разные
1 Громкие 1)6-0,08 16±0'5 От 0,03 до 0,06 3,5-°-2
2 Средние (нормальные) 1,4—°’06 16±°>5 От 0,03 до 0,06 3,О-012
3 Средние (типа «Кондор») 1,4-0,06 16±0’5 От 0,03 до 0,06 з,о-0,2 ГТ n N Г о ю о N3 СП >0» СП СП О СП Сл||+4- -h о о о о о - - - * * со О ЬЭ О’
4 Тпхпе 0>8-°>°5 16+°>5 От 0,03 до 0,06 9 2—0»
5 Универсаль- ные 1,4—°’06 16±0,6 От 0,03 до 0,06 1,5—0,2 г>=б>5±0’05 d1=o,7±0’05 /=3,0-°’4 h=0,5+°'1
Клиновидная форма сечения канавки применяется для поддержания
постоянного контакта воспроизводящей иглы с боковыми стенками ка-
навки в целях обеспечения иаилучшего воспроизведения самых малых
амплитуд записи, в особенности имеющих место на высоких частотах.
Но в то же время дно канавки несколько закруглено, так как необ-
ходимо, чтобы записывающий резец мог иметь достаточно прочный
конец. Следовательно, воспроизводящая игла будет только тогда иметь
постоянный контакт с обеими боковыми стенками канавки, когда радиус
ее конца будет больше радиуса дна канавки. Отсюда для данного угла
канавки максимально допустимый радиус конца записывающего резца
определяется радиусом конца иглы звукоснимателя. (Поворачивание
иглы недопустимо ввиду того, что в этом случае последняя первое время
начинает проявлять себя как резец, частично разрушающий запись пла-
стинки.) Радиус закругления иглы, в общем случае зависящий от шири-
ны канавки, для обычной записи чаще всего имеет значение 60 р.
Как показано на рпс. 587, иглы бывают громкого тона, среднего тона
и тихого тона. Громкость иглы зависит от ее гибкости, которая в свою
очередь является функцией не только материала иглы, но и ее формы
и расположения по отношению к пластинке. С уменьшением гибкости или
увеличением жесткости иглы обусловливаемая ею громкость возрастает,
т. е. увеличивается чувствительность звукоснимателя. Жесткость иглы
640
Рпс. 587. Формы и основные
размеры (см. табл. XXVII)
стальных^ игл (ОСТ)
Рис. 588. Формы концов’пгл
и канавок: а—правильное
соотношение иглы и канав-
ки; б— неправильное
а
Рис. 589. Микрофотографии игл среднего
тона: а—после воспроизведения одной сте-
роны пластинки jzf 30 см звукоснимател{ м
3-94; б—то же звукоснимателем 3-96; в—
то же механическим звукоснимателем
Рис. 590. Частотные характеристики звукосни-
мателя (3-94) с различными иглами
Правильно
Неправильно
Рис. 591. Расположе-
ние иглы звукоснимате-
ля относительно направ-
ления канавкп
В. А. Бургов
641
повышается, когда ее ось составляет больший угол с поверхностью пла-
стинки, п, наоборот, понижается, когда указанный угол уменьшается.
Чем больше гибкость иглы, тем меньше она изнашивает пластинку,
но тем самым больше она изнашивается сама и тем хуже передаются вы-
сокие частоты. Громкие (или универсальные) иглы, имеющие сравни-
тельно большую жесткость и вызывающие наибольший износ пластинок,
предназначены главным образом для воспроизведения звука механиче-
ским звукоснимателем (мембраной). Для электрических звукоснимателей
с соответствующим усилением более выгодным является применение тихих
игл, имеющих большую гибкость и мало изнашивающих пластинки. Но
в этом случае имеет место и большой износ самой иглы и, следовательно,
спад на высоких частотах наряду с уменьшением чувствительности зву-
коснимателя.
На рис. 589 приведены микрофотографии концов игл среднего тона
при воспроизведении одной стороны обычной шеллачной граммофонной
пластинки различными звукоснимателями198. При большом притуплении
иглы образуются заплечики, задевающие верхнюю плоскую часть пла-
стинки (поскольку сечение иглы в этом месте превышает ширину ка-
навки).
Частотные характеристики звукоснимателя (3-94) с различными иг-
лами показаны на рис. 590198. Из рпс. 590 видно, что тихие стальные иглы
в звукоснимателе (3-94) обусловливают достаточно хорошую частотную
характеристику, не вызывая в то же время большого износа и соответст-
венно шума пластинки.
Применение сапфировых игл, отличающихся очень большой твердостью,
целесообразно только в специальных звукоснимателях, характеризую-
щихся малым весом, приведенным к концу иглы. В противном случае с пх
использованием связан большой износ и сильный шум пластинок. Сапфи-
ровые иглы в тяжелых звукоснимателях хотя и обусловливают по сравне-
нию со стальными иглами меньший начальный шум повой пластинки, но
со временем пх шум начинает превышать шум, имеющий место при ис-
пользовании стальных игл.
Большее притупление стальной иглы хотя и вызывает ухудше-
ние передачи высоких частот, по одновременно и уменьшает шум пла-
стинки.
Деревянные пглы, отличающиеся большей мягкостью (и худшей:
передачей высоких частот), чем стальные, еще в меньшей степени изна-
шивают пластинки.
Изнашиваемость пластинки обусловливается большими давлениями,
которые возникают при соприкосновении конца иглы с боковыми стенками
канавки. Основными факторами, вызывающими возникновение больших
давлений, являются:
1. Сравнительно большой вес звукоснимателя вместе с тонармом,
приведенный к концу иглы. Обычно вертикальное давление на пластинку
составляет 3000—4000 кг/см2.
Наибольшее давление па пластинку имеет место при применении но-
вой еще не притупившейся пглы, т. е. вначале проигрывания, на краю-
пластинки.
2. Сравнительно большое механическое сопротивление звукоснима-
теля, приведенное к концу пглы.
Данное механическое сопротивление определяется силой, действую-
щей на стенки канавки, необходимой для получения определенной вели-^
чины скорости иглы, т. е. оно выражает реакцию иглы (которая должна
следовать за всеми извилинами канавки) на давящие на нее боковые стенки
канавки. Чем больше это сопротивление, тем больше износ пластинок.
642
Как показывает теоретическая частотная характеристика механического
сопротивления звукоснимателя, приведенная на рис. 585, наибольшее
механическое сопротивление имеет место на низкой частоте (частоте пер-
вого пика), т. е. участки заппсп колебаний данной низкой частоты с мак-
симальными амплитудами записи подвержены наибольшему износу.
Таким образом, в отношении износа пластинок большое значение имеет
снижение веса звукоснимателя и уменьшение жесткости якоря, поскольку
это имеет следствием понижение вертикального и бокового давлений иглы
на пластинку (данные факторы в наибольшей мере могут быть использо-
ваны при глубинной заппсп звука).
3. Неправильное положение оси иглы по отношению к направлению
канавки.
Для получения минимального износа пластинки необходимо, чтобы
вертикальная плоскость, проведенная через ось иглы и перпендпкуляр-
Звукоснимателъ
Рис. 592. Расположение звуко- Рис. 593. Звукосниматель 3-94
енпмателя (в вертикальной пло-
скости)
ная к поверхности пластинки, была касательной к среднему направлению
канавки (по спирали); неправильное в этом отношении положение иглы
(рпс. 591) приводит к одностороннему скашиванию канавки и к образова-
нию нелинейных искажений109. Данный перекос сводится до минимума
установлением соответствующего угла между вертикальной плоскостью
иглы и вертикальной осью вращения тонарма (держателя звукоснима-
теля, см. рис. 592).
Поскольку резец заппсывателя при записи смещается по радиусу
диска, а звукосниматель—по дуге окружности, вертикальная плоскость
иглы может быть касательной к направлению канавки только в одной
точке. Во всех остальных точках эта плоскость составляет некоторый угол
с касательной плоскостью, и направление движения иглы не совпадает
с направлением движения резца, в результате чего имеет место указанный
выше эффект. Путем установления определенного угла между вертикаль-
ными плоскостями иглы (звукоснимателя) и тонарма создаются средние
наиболее благоприятные условия для конечных и начальных участков
пластинки в отношении перекоса иглы.
На рис. 593 показан отечественный звукосниматель 3-94, составляющий одно
целое с тонармом193.
Данный звукосниматель применяется в радиолах и электропроигрывателях. Он
имеет следующее устройство: якорь 1 крестообразной формы; горизонтальный вал
якоря, в передней части которого находится зажимной винт 5, зажат в резиновых
подшипниках 2 между латунной рамкой 4 и алюминиевым корпусом 5. В выгну-
тую часть рамки 4 упираются полюсные наконечники 6. Верхний свободный
конец якоря входит в отверстие укрепленной на полюсных наконечниках демпфирую-
щей подушки, которая одновременно центрирует конец якоря в зазоре. В качестве
материала демпфирующей подушки используется карамит или резина. Якорь окру-
жает закрепленная (с помощью деталей 7 и 8) в полюсных наконечниках катушка 9.
Частотные характеристики данного звукоснимателя приведены на рис. 594.
41* 643
Основные показатели его следующие: частотный диапазон передачи от 74 до
6500 гц; чувствительность 0,2 е/см; вес, приведенный к концу иглы, 60 г; сопротпвле-
ние катушки постоянному току 1600 ом; полное электрическое сопротивление на час-
тоте 1000 гц 3000 ом.
Наряду с электромагнитными большое практическое значение имеют
также пьезоэлектрические звукосниматели. Звукосниматели данного типа
получают все большее применение, во-первых, в связи с широким исполь-
зованном долгоиграющих пластинок (малый вес), а, во-вторых, в силу
Рис. 594. Частотные характеристики звукоснимателя 3-94
появлеппя вместо сегнетовой соли новых высококачественных кристал-
лов., обладающих пьезоэлектрическими свойствами.
Пьезоэлектрические звукосниматели по сравнению с электромагнит-
ными звукоснимателями имеют более высокую чувствительность и спадаю-
щую частотную характеристику, приближающуюся к требуемой коррек-
ционной частотной характеристике процесса воспроизведения. (Отдача
пьезоэлектрического звукоснимателя пропорциональна смещению вос-
производящей иглы.)
Новые открытые пьезокристаллы, как, например, фосфат-аммония,
и в особенности керамика титаната бария (открыт и исследован отечествен-
ными учеными Вулом и Гольдман), но имеют той хрупкости, гигроскопич-
ности и зависимости пьезоэлектрических свойств от температуры, которые
свойственны сегнетовой соли, поэтому они могут быть весьма выгодно
использованы для пьезоэлектрических звукоснимателей.
Таблица XXVIII
Универсальные пьезоэлектрические звукосниматели
Тип звукоснимателя Чувстви- тельность ' см/сек 1 Коэффи- циент гармоник на частоте 400 гц (%) Нормальное нагрузочное сопротивле- ние (лгго.и) Вес, приведенный к концу иглы при воспроизведении
долгоиг- рающих пласти- нок обычных пласти- нок
С керамическими пьезо- элементами , с менные головки 80 • 3 0,5 7 12
С фосфатным пьезоэле- ментом, сменные иглы 300 3 1,0 15 30
G фосфатным пьезоэле- ментом, сменные иглы (завода «Эльфа») . . . 200 4 1,0 16 30
£44
В настоящее время разработаны универсальные звукосниматели
для долгоиграющих и обычных пластинок с применением данных кристал-
лов. Подобные универсальные звукосниматели представляют собой тон-
арм с двумя сменными головками, из которых одна предназначена для
долгоиграющих, а другая—для обычных пластинок или тонарм с одной
легкой головкой, но со сменными иглами и регулируемым противовесом
(внутри тонарма) для долгоиграющих и обычных пластпнок.
В первом случае для обоих видов пластинок используются сапфиро-
вые пглы, а во втором для долгоиграющих пластпнок—сапфировые,
а для обычных—стальные (тихого тона) иглы.
Основные свойства универсальных пьезоэлектрических звукоснима-
телей приведены в табл. XXVIII, а пх частотные характеристики представ-
лены на рпс. 595а, 5956 и 595в200.
§ 154. МЕХАНООПТИЧЕСКПЙ МЕТОД ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
Прп применении фотографических методов звукопередачи основные
их недостатки падают на процесс записп. К ним относятся: необхо-
димость фотографической обработки заппсп, заплывание фонограммы,
имеющее следствием образование частотных и нелинейных искажений,
и сравнительно высокий шум. Все эти факторы приводят к сужению ча-
стотного и динамического диапазонов звукопередачи.
При использовании методов звукопередачи с механической записью
недостатки последних приходятся главным образом на процесс воспроиз-
ведения. Основным недостатком является непосредственное воздействие
воспроизводящего устройства на звуконоситель, имеющее следствием
быстрый износ данных элементов и образование искажений и помех.
Стремление освободиться от недостатков данных методов звукопере-
дачп и сохранить лишь их достоинства (малые искажения и шум механи-
ческой заппси при применении высококачественных звуконосителей и за-
писывателей и отсутствие непосредственного воздействия на фотографи-
ческую фонограмму со стороны воспроизводящего устройства и, следова-
тельно, меньшие износ фонограммы и искажения прп воспроизведении)
получило свое выражение в виде так называемого механооптического
метода звукопередачи.
Данный метод звукопередачи сочетает в себе механическую запись
и воспроизведение с помощью фотоэлемента, присущее фотографической
фонограмме. (Идея механооптической записи высказана в 1891 г., совре-
менный механооптический метод звукопередачи разработан Миллером2Г1.)
Запись осуществляется специальным записывателем с сапфировым
резцом на особой пленке, имеющей прозрачную (нитроцеллюлозную или
ацетилцеллюлозную) основу, желатиновый слой толщиной 60 [i и поверх-
ностное покрытие в виде тонкого непрозрачного слоя черной краски (тол-
щиной 2—3 р). Резец заппсывателя под влиянием тока звуковой
частоты совершает соответствующие вертикальные колебания (пер-
пендикулярно поверхности пленки) и прорезает прозрачную модули-
рованную канавку на пленке.
Боковые края резца заппсывателя образуют малые углы с поверх-
ностью пленки, так что незначительная уже амплитуда вертикальных ко-
лебаний резца обусловливает требуемую амплитуду записи (амплитуду
ширины прозрачной части пленки, освобожденной от лакового покрытия)
на пленке (рис. 596а).
Это важно с точки зрения мощности, потребляемой записывателем,
которая пропорциональна квадрату амплитуды колебаний резца.
645
Рис. 595а. Частотные характеристики звукосни-
мателя с керамическим иьсзоэлсмснтом: а—при
воспроизведении обычных граммофонных пла-
стинок; б—при воспроизведении долгоиграю-
щих пластинок
Рис. 5956. Частотные характеристики фосфатного звуко-
снимателя завода «Эльфа»: а—при восп| оизведенип обыч-
ных пластинок; б—при воспроизведении долгоиграющих
пластинок
Рил. 595в. Частотные характеристики нового
фосфатного звукоснимателя. а—прп воспроизве-
дении обычных граммофонных пластинок; б—
прп воспроизведении долгоиграющих пластинок
646
Если пишущий угол резца имеет значение а = 174°, а /г = 50 р.
(см. рис. 596а), то согласно формуле ^-=tg а/2 найдем, что Ь = 2 мм.
Для получения максимального пропускания мест пленкп, пз которых
в процессе записи удален слой краски, используется химически обработан-
ная желатина.
Черная краска (коллоидальный раствор сульфида ртути в желатине)
обеспечивает получение больших оптических плотностей (рис. 5966) и в то же
Ряс 596а. Механооптпческая фонограмма-
1 —непрозрачный слой краски; 2—желати-
новый слой; 3—прозрачная основа
Рис. 5966. Зависимость
плотности мехаиоолтичс-
ской фонограммы от длины
волны монохроматического
света читающего штриха
Рпс. 596в. Частотные характеристики за-
писыватсля для мехапооптической записи:
Л—без демпфирования механической коле-
бательной системы; Б—с демпфированием
время не имеет зернистого строения, обусловливая тем самым высокую
резко сть поперечно й фо но гр аммы.
Пленка применяется неперфорированная шириной 7 мм (скорость
движения 320 мм/сек) пли перфорированная шириной 17,5 мм (скорость
456 MMfcwt), причем к ней предъявляются высокие требования в отно-
шении постоянства ее толщины.
Частотная характеристика звукопередачи определяется (ограничи-
вается) записывателем.
На рис. 596в приведены частотные характеристики записывателя для
мехапооптической записи. Как видно из данного рисунка, при проведе-
нии надлежащей частотной коррекции обеспечивается практически непска-
617
женная передача частотного диапазона от 30 до 8000 аг/. Примененный за-
писыватель потребляет мощность порядка 2 вт.
Для уменьшения шума, возникающего вследствие механических
повреждении и загрязнений прозрачных участков фонограммы прп ее
эксплуатации, в процессе записи осуществляется шумопонижение по ме-
тоду смещения резца заппсывателя.
Основным недостатком механооптпческой записи является то, что она
не допускает размножения плп, точнее, при ее размножении утрачиваются
указанные выше достоинства описываемого метода звукопередачи.
Действительно, оригинальная поперечная механооптпческая фоно-
грамма в отличие от фотографической фонограммы свободна от заплыва-
ния, поэтому напечатанная с нее копия имеет максимальное фотогра-
фическое заплывание и практически не может быть использована. Если
последнюю в свою очередь оппонировать на кинопленку, добиваясь необхо-
димой компенсации шума заплывания, то по существу теряется уже зна-
чение собственно механооптпческой фонограммы. Таким образом, механо-
оптпческая фонограмма с успехом может быть попользована лишь для
первичных записей. Высокое качество и эксплуатационные достоинства
механооптического метода звукопередачи (может быть, за исключением
лишь возможности визуального контроля фонограммы) присущи также
более простому в осуществлении методу звукопередачи с магнитной за-
писью, поэтому в настоящее время он практически но применяется.
ЧАСТЬ V
МЕТОДЫ
МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
ГЛАВА XV
ОСНОВЫ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОЙ
И МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
§ 155. ОСНОВЫ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОЙ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ202
Под стереофонической звукопередачей понимается такая звукопере-
дача, йрп которой, так же как и при непосредственном слуховом восприя-
тии естественных источников звука, человек может различить направле-
ние прихода звуковых волн и до некоторой степени локализовать источ-
ник звука в пространстве. Данная способность человека (присущая также
высшим животным) носит название биноурального эффекта.
Биноуральный эффект обусловлен неодинаковым расположением
в пространстве двух воспринимающих органов—ушей человека по отно-
шению к источнику звука. Следствием этого является различие звуко-
вых полей, воспринимаемых (левым и правым) ушами человека, и неоди-
наковое раздражение двух данных слуховых аппаратов, в результате чего
в центральной нервной системе возникает психофизиологическое сужде-
ние о направлении звука.
Для объяснения сущности биноурального эффекта были предложены
различные теории; наплучшее совпадение с экспериментальными данными
имеет теория, в основу которой положено следующее предположение:
на низких звуковых частотах (до 1000 гц) суждение о направлении (субъ-
ективно наиболее точное в горизонтальной плоскости) возникает благо-
даря способности человека воспринимать промежуток времени между
приходом к ушам одинаковых фаз звуковых волн, а на высоких звуковых
частотах—вследствие разницы в спле звука, приходящего к левому уху
и правому уху (то ухо, которое находится ближе к источнику звука,
ощущает звук более громким, нежели другое ухо) (рпс. 597а).
Указанное предположение хорошо согласуется со следующими экс-
периментальными фактами: на низких частотах разница в интенсивности
звуковых волн спереди и сзади головы человека с понижением частоты
быстро уменьшается (вследствие дифракции), но биноуральный эффект
весьма заметен. С другой стороны, разность времени прихода одинаковых
фаз звуковых волн к ушам для частот выше 800—1000 гц быстро умень-
шает ся с возрастанием частоты; тем не менее отчетливость суждения о на-
правлении имеет место (хотя и в меньшей мере) и па высоких частотах.
На рпс. 5976 приведены кривые, показывающие влияние азимута
источника звука на порог слышимости в свободном звуковом поле прп
различных частотах звуковых колебаний (по Сивпану и Уайту203). Изме-
нение уровня порога слышимости в децибелах в зависимости от угла по-
651
Рпс. 597а. Схема азимутного
перемещения звукового образа
Рис. 5976. Кривые, пока-
зывающие влияние1 азимута
источника звука на порог
слышимости в свободном
звуковом поле прп различ-
ных частотах звуковых ко-
лебании
Рпс. 597в. Разность
уровнен силы звука
в двух ушах при бо-
ковом положении ис-
точника (азимут 90°)
при различных ча-
стотах
652
ворота головы при приближении уха к источнику звука показывают кри-
вые А, а для уха, удаляющегося от источника,—кривые Б. Пунктирные
кривые показывают разность значений кривых А и Б, т. е. выражают то
ослабление силы звука, которое имеет место при огибании звуком головы
(в частности, вследствие дифракции). Определенная из данных кривых
разность уровней порога в азимутах-]-90° и — 90° выражает разницу в уров-
нях силы звука прп боковом положении источника. Подобная разность
уровней силы звука (в децибелах) в двух ушах при боковом положении
источника звука (азимут 90°) для частот от 100 до 15 000 гц представляется
кривой, приведенной на рпс. 597в. Эта кривая показывает, что разность
уровней становится большой лишь на высоких частотах. На низких ча-
стотах (<1000 гц) между временным промежутком It и азимутом звуко-
вого образа а (рис. 597а) существует связь, определяемая (по Горпбостелю
и Вертгеймеру2С4а) выражением:
= Sin
где постоянная &=21 см (к равна разности хода при сдвиге звукового
образа на 90°). Минимально ощутимое смещение звукового образа равно
примерно 3°, что соответствует разности времени AZ=3-10 5 сек.2046.
Как показывает опыт, острота восприятия направления зависит от
характера звуковых сигналов. Так, например, она больше для шумов и
меньше для чистых тонов. Длительные звуки локализуются хуже, чем им-
пульсы. Суждение о направлении звуков, идущих сзади, является менее
острым по сравнению со звуками, идущими спереди.
Человек различает, откуда идет звук—спереди или сзади благодаря
экранирующему действию ушных раковин. Последние позволяют также
определить местоположение источника звука в вертикальной плоскости,
т. о. по углам высоты (по Ржевкпну).
Восприятие местоположения источника звука в пространстве свя-
зано как с оценкой направления и силы звука, так и с познавательным
опытом человека. Для знакомых источников звука острота их локализа-
ции в пространстве всегда больше. Повышение остроты восприятия на-
правления источника звука (низкие и средние частоты) может быть до-
стигнуто применением двух удаленных друг от друга приемных рупоров,
соединенных с ушами слушателя, илп двух избирательно воспринимающих
микрофонов с усиленными электрическими выходами в телефонные трубки,
которые надеты на уши слушателя.
В звуковой кинематографии стоит задача создания стереофониче-
ского эффекта не для одного человека, а для целой аудитории. Идеаль-
ная передача звуковой перспективы требует, чтобы в пространстве, где
воспроизводится звук, были такие же количества и такое размещение
источников звука, как и в пространстве, где расположены оригинальные
источники звука, кроме того, происходило бы такое же перемещение ис-
точников звука.
Осуществляя передачу движущегося звукового объекта с помощью
электрических каналов, содержащих основные звенья: микрофон—усили-
тель—громкоговоритель, идеальная звуковая перспектива может быть
передана только в случае очень большого количества отдельных каналов
при тесном расположении в первичном пространстве (акустическом поле)
микрофонов, а во вторичном пространстве—громкоговорителей (рис.598).
Причем каждый канал звукопередачи должен быть независим от другого
канала, т. е. каждый источник звука (громкоговоритель) при воспроиз-
ведении должен получать сигнал только от соответствующего источника
звука в первичном акустическом поле, и, кроме того, акустика обоих про-
653
странств должна быть одинакова. Практическое осуществление такой си-
стемы пространственной звукопередачи для многих слушателей весьма
затруднительно, поэтому естественно стали изыскивать приближенные
способы решения проблемы.
Как показали опыты (прове-
денные в США Стоковским и
Флетчером205, а в СССР Коно-
плевым206 и Гороном), хороший
стереофонический эффект дости-
гается уже прп наличии трех
и даже двух каналов звукопе-
редачи.
Н а и л у чш а я стер ео фо ниче-
ская зву ко передача получается
при применении двух микрофо-
нов, выходы которых идут
Рис. 598. Принципиальная схема мпотока- к ДВУМ телефонным трубкам, на-
нальной звукопередачи (связи помещений деваемым на уши слушателя,
I п II): М—микрофоны; У—усилители; (Как показали опыты, проведен-
Г—громкоговорители ыые под руководством Тагера
в НПКФИ, в этом случае до-
стигается стереофонический эффект исключительной сплы.) Очевидно,
что подобная система стереофонической звукопередачи может быть при-
менена и для многих слушателей. В этом случае выходы двух микро-
фонов должны быть связаны с большим количеством параллельно при-
соединенных пар телефонных трубок.
§ 15G. МЕТОДЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЗАПИСИ
И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА
Для возможности стереофонического воспроизведения звука с со-
хранением пространственной перспективы в любое время независимо от
оригинального звука производится предварительно многоканальная за-
пись звука.
Многоканальная запись звука строится по принципу записи звукового
спгнала одновременно па трех пли двух дорожках звуконосителя, каждой
из которых соответствует свой канал звукопередачи. Запись может осу-
ществляться по тому или иному методу, определяя тем самым тот или иной
метод многоканальной записи и воспроизведения звука.
Если стереофоническая звукопередача не связана с передачей изо-
бражения, то для этой цели наиболее удобно использовать магнитный
метод записи звука с применением в качестве звуконосителя феррома-
гнитной лепты.
На рпс. 599 приведена схема расположения нескольких звуковых
дорожек на ферромагнитной ленте, каждая пз которых отвечает отдель-
ному каналу звукопередачи, а на рис. 600 показана общая схема стерео-
фонической звукопередачи с помощью магнитной записи. Как видно пз
схемы, три отдельные магнитные записи на трех звуковых дорожках по-
лучаются в результате применения трех самостоятельных записывающих
каналов, в частности трех записывающих звуковых головок.
Пространственное воспроизведение осуществляется тремя головками
воспроизведения и тремя раздельными воспроизводящими каналами
(трехканальная магнитная запись и воспроизведение звука впервые были
осуществлены в СССР Гороном). Аналогичным, хотя и более сложным об-
654
разом можно осуществить многоканальную звукопередачу с применением
фотографической записи звука на кинопленку.
Для двухканальной фотографической записи (Ленинградским заво-
дом Кинап) разработана специальная светомодулирующая система СМ-10,
оптическая схема которой представлена на рис. 601.
Збухо6ые магнитные дорожки
А —
Рис. 599. Схема рас-
положения трех зву-
ковых дорожек на
ферромагнитной
ленте
Три головки
стирания
Три головки
записи
Три головки
воспроизведения
Рис. 600. Общая схема стереофоппчсской'зву-
копередачи при помощи маги твой записи:
—микрофоны; У—усилители, Гр—громко-
говорители
Рис. 601. Оптическая схема стерео-
записывателя СМ-10, разработанного
Ленинградским заводом Кинан
Как видно из схемы, оптическая система имеет две симметричные
ветви. В качестве осветителя используется одна лампа 1, свет которой,
проходя через конденсор 2, составленный из двух половин, и диафрагму
с двумя треугольными вырезами 3, направляется в отдельные ветви с
помощью призмы 4. Ахроматические линзы 5 дают изображение соответ-
ствующих вырезов диафрагмы через модуляционные зеркальца 6 и би-
призму в плоскости механической щели 8, которая фокусируется микро-
объективом 9 на кинопленке 10. На кинопленке образуются два пишу-
щих штриха с максимальной длиной 0,9 мм, разделенных промежутком
в 0,15 мм.
655
Для воспроизведения сигнала с двухканальной фотографической
фонограммы требуется оптическая система, обеспечивающая направле-
ние света, проходящего через каждую из записей, на отдельный фото-
элемент, т. е. аналогичная устройству для воспроизведения сигнала с про-
тивофазной фонограммы.
(Многоканальная запись п воспроизведение звука в СССР была пред-
ложена в 1928 г. Экало.)
§ 157. МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЗВУКОПЕРЕДАЧА В КП НЕМ АТО ГРАФИН
В звуковом кино прп обычной одноканалыюй звукопередаче пе пе-
редается пространственная звуковая перспектива, ибо в этом случае
звук исходит пз одного локального участка, представляющего местопо-
ложение громкоговорителя. Тем
Рпс. 602.. Скелетная схема двухканальной
звукопередачи
не менее наличие воспроизведе-
ния изображения и совместное
органически слитное восприятие
звука и изображения в кино-
фильме подчеркивает важность
пространственного воспроизве-
дения звука, которое может весь-
ма усилить впечатление от кино-
картины. Учитывая сложность
и технические затруднения, свя-
занные с применением большого
количества каналов, были сде-
ланы попытки использовать
в кинематографии двухканаль-
ную звукопередачу.
Двухканальная запись и
воспроизведение звука в отече-
ственной кинематографии впер-
вые были осуществлены в 1936 г.
(в киностудии Союздетфильм
Ко но плевым20 6).
Двухканальная запись про-
изводилась по фотографическо-
му методу на кинопленке; копия
на кинопленке использовалась
Рис. 603. Схема фильтрацпп фонограмм, рас- как оез изображения, так и с
положенных в различных слоях многослой- изображением. Скелетная схема
ной кинопленки произведенной двухканальной
звукопередачи изображена па
рис. 602. Двухканальная запись велась на двух отдельных кинопленках
(ввиду эксплуатационных трудностей осуществления многоканальной за-
ппсп на двух дорожках одной кинопленки п их последующего воспроиз-
ведения), для чего в процессе записи были использованы два отдельных
комплекта звукозаписывающей аппаратуры, а в процессе воспроизведе-
ния был применен кинопроекционный аппарат для синхронного воспро-
изведения звука с двух отдельных кинопленок. Объектами стереофони-
ческой звукопередачи были музыкальный ансамбль, пение и речь. Кроме
того, синхронно со звуком передавалось изображение движущегося че-
ловека.
Данные опыты показали, что проблема стереофонической звукопе-
редачи в звуковом кино достаточно хорошо решается при использовании
656
только двух каналов звукопередачи. Этому способствует наличие изо-
бражения. Благодаря зрительному восприятию последнего улучшается
локализация видимого источника звука (например, в виде говорящего
и движущегося по экрану изображения человека).
Опыты по двухканальной стереофонической звукопередаче синхрон-
но с изображением в отечественной кинематографии в дальнейшем были
продолжены (в 1937 г. Высоцким). В результате этих опытов, произведен-
ных по схеме рис. 602, были выяснены многие специфические особенности
стереофонической двухканальной звукопередачи, в частности, влияние
на характер звукопередачи характеристик направленности микрофонов,
нарушения идентичности различных характеристик аппаратуры отдель-
ных каналов звукопередачи, фазового сдвига отдельных записей на двух
звуковых дорожках и др.
Применительно к цветным кинофильмам следует отметить способ
двухканальной звукопередачи посредством расположения фонограмм
в различных слоях многослойной кинопленки (предложено Баташевым207).
Это достигается путем печати черно-белых негативов с фильтрами (напри-
мер, с красным и синим) на позитивную многослойную кинопленку так,
чтобы изображения помещались в отдельных слоях позитивной кино-
пленки. Путем применения соответствующих фильтров (синего п крас-
ного) происходит разделение каналов в форме цветовых пучков света
прп воспроизведении, которые направляются на отдельные фотоэлементы.
Схема подобной фильтрации фонограмм показана на рис. 603. Данный
способ позволяет совмещать две фонограммы с одинаковой шириной зву-
ковой дорожки в пределах последней путем наложения их (в слоях) друг
на друга.
Многоканальная, стереофоническая звукопередача в кинематогра-
фии, связанная с записью, приобретает большое значение при кино-
проекции на широком экране.
42 В. А. Бургов
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. РЯД ФУРЬЕ, ИНТЕГРАЛ ФУРЬЕ II ЛИНЕЙНЫЕ
(ЧАСТОТНЫЕ) ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВЕНЬЕВ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
В КОМПЛЕКСНОЙ ФОРМЕ
В том случае когда сигнал описывается периодической функцией, он может быть
представлен рядом Фурье. С математической точки зрения периодической функцией
вещественной переменной t необходимо считать такую функцию / (Z), которая удо-
влетворяет условию / (t + пТ) = / (z), где Т — некоторая постоянная величина, назы-
ваемая периодом, а п—положительное или отрицательное целое число при всех
значениях г, находящихся в интервале —со < t <4-00.
В том случае когда функция /(z) не удовлетворяет указанному условию, опа
является непериодической функцией.
Из сказанного следует, что косинусоидальная функция времени t
,, . _ 2rcz . 2tcz / 2nz \
/(z) = bcos-^- + csin —= acos( —+ ,
где
b = a cos <f>; c =—a sin cp; a = j/’d2 4- с2 и ср = arc tg—|- ,
2?c
будет периодической функцией с периодом Т и угловой частотой = ю только тог-
да, когда данное ее значение имеет место в пределах всего интервала от —со < t <
+со.
Если функция / (Z) сохраняет значение, выраженное приведенной формулой
лишь в некотором участке указанного интервала, например, если
/ (Z) = О при z < 0 и / (/) = Ь cos 4- с sin = Ь cos <oZ 4- с sin o>z
прп t > 0, то она является непериодической функцией.
Всякая периодическая функция / (Z), имеющая конечное число разрывов (с ко-
нечным скачком) или максимумов и минимумов в интервале периода, может быть
представлена рядом Фурье в виде суммы синусоидальных и косинусоидальных колеба-
ний с угловыми частотами <о, 2<о, Зю ...
Данные условия возможности выражения периодической функции рядом Фурье
настолько широки, что им практически удовлетворяет любая интересующая нас
функция, отвечающая периодическим беспредельно длительным звукам.
Данные звуки представляются рядом Фурье в виде суммы отдельных обертонов
или гармоник, т. е. в виде:
/ (0 = ^-4-ti cos wZ -р b2 cos 2cdz 4-... 4- сг sin <dz 4- с2 sin 2u>* +•••=-
n=oo n=oo
= ^-4- bncosniot 4- cnsinna)Z. (П-1>
n=i n=l
Умножая последовательно обе части (П-1) на cos п o>z rfz, sin nu>t dt и dt и иптегри-
T Т
руя в предэлах от---до 4—9- , получим следующие значения для коэффициен-
658
гов ряда Фурье:
2 Г
у \ /(0 cos nW dt — bn,
2
+ 2
2 C
\ / (t) sin na>Z dt = cn,
_T
2
T
+2
T
2
(П-2)
(П-3)
(П-4)
(остальные члены, кроме приведенных, равны нулю).
Постоянный член разложения -$ , как это видно из формулы (П-4),
ляет собой среднее значение функции / (г) за период. В том случае когда
/(г) четная, т. е. / (г) — / (—t):
представ-
функция
^2
_п А — 4 С
сп — 0 и оп — — \
о
cos nut dt (n = 0, 1, 2, 3...).
Для нечетной функции / (г), когда /(—г) =—f(t),
т
+ 2
4 С
сп—~ \ f (t) sin nut dt и bn = Q (n = 0, 1, 2, 3 ...)
0
Для четной функции /(/), симметричной относительно оси г, имеем
4
сп = 0 и Ь2п = 0, т. е. &2Т1+1 = \ / (О cos (2п4-1) ut dt (n = 0, 1, 2, 3 ...),
о
а для нечетной функции /(г), симметричной относительно оси t
8 С
Ъп = 0 и с2п = 0, т. е. c2n+i=jr \ /(0 s*n (2п +1) ut dt (л = 0, 1, 2, 3 ...).
0
Учитывая, что
bn cos nut + сп sin nut — ап cos (nut + ?n) = sin (nut 4- фп)
и полагая b0 == a0, ряд Фурье можно написать еще в следующей тригонометрической
форме:
п=со
Z = "У" + У ап COS (nu>t + <Рп), (П-5)
n=l
где
«п = Vьг + С2 И <Pn = arc tg—~
°п
(bn = anws<fn, cn=—ansin<pn),
или
71=00
/(0=4г+ У an sin (пш« + фп), (П-6)
71=1
42* 659
где
®n=V^2 + c2 и 4»n=arctg —
сп
(&n = ап sin <pn, cn = an cos фп).
Так как в первом случае
т
+ 2
2 С
- bn cos <рп=— \ / (t) cos nut cos <?ndt=ап cos2 <pn,
_T
2
т
+Т
2 С
г г* — Cnsin<pn=— — \ f (z) sinnut sin yndt=ansin2?n,
TO
4-Z-
. 2
к an=^n cos c?n—cn sin cpn=— f (t) cos (nut+ yn)dt.
2
(П-7)
Во втором случае
«и=bn sin фп + cn cos фп=
/ (t) sin (nut + фп) dt.
(П-8)
Ряд Фурье может иметь то или иное число (как конечное, так и бесконечное)
составляющих гармоник, но частоты последних всегда кратны основной частоте
/=-у, т. е. fn=nh или ип = пи.
Такой спектр называется линейчатым. Графически он изображается в виде
отдельных вертикальных линий, расположенных на горизонтальной линии, явля-
ющейся ось'ю Частот, причем длина этих вертикальных линий пропорциональна ам-
плитудам соответствующих гармоник. Одна такая диаграмма строится для косину-
соидальных членов разложения, а другая — для синусоидальных членов разложения.
С рядами Фурье, которые равномерно сходятся, можно производить почленно
действия умножения, дифференцирования и интегрирования.
В том случае когда имеют дело с непериодической функцией (кривой) /Дгг), удо-
влетворяющей в пределах —1^ х < 4-1 вышеуказанным условиям (Дирихле),, ряд
Фурье для периодической функции j(x) (с периодом Т=2/), совпадающей в этом
промежутке с функцией Л(х), может быть написан в виде:
п=оо П=оп
, . . Ьо , _ ПКХ , XI . пттх
/(^)= 2 + X Ь”С08“/—h Z, ^nsm-зу-,
п=1 п=1
+1
l>n=-j- / (l) COS dy,
-i
—I
(П-9)
(П-10)
SCO
или
/(а:)=у+ У, «„cos~ + <Р„ ,
п=1
где
4-1
«п=у /(7)cos^^ + <pn^d7,
-I
или
/(»)=!
4-1 со 4-1
[4 f d">+у. / w c°s
-I n=t —I
у (7—«)<*?] •
(П-11)
На основе приведенных формул разработан целый ряд приближенных методов
графоаналитического анализа периодических кривых, имеющих своей целью опре-
деление линейчатых спектров сигналов, представленных данными кривыми.
Тот или иной сигнал, выражаемый рядом Фурье, можно представить также
в комплексной форме, которая выгодно отличается от тригонометрической формы
простотой и удобством математических операций.
Представим предварительно в комплексной форме простое гармоническое коле-
бание. Выражая то или иное комплексное число
7V1 = a + p/=r (cos v -f- / sin v) (П-12)
через экспоненциальную функцию с мнимым показателем, имеем:
2Vj = г (cos v + / sin л/) — ге*\ (П-13)
где г—так называемый модуль комплексного числа, который обозначается через | TVj |,
а >—его аргумент пли фаза.
Заменяя в формулах (П-12) и (П-13) / на —/, найдем:
7V_1==a—p/ = r (cos v—/ sin v) = re~;X (П-14)
и 2V-! являются взаимно сопряженными комплексными числами и их произведе-
ние равно квадрату их общего модуля.
Действительно, на основании (П-13) и (П-14):
7V1.JZV_1=reyv.re“^=±=r2 = | TVi |2 = | |2. (П-15)
Из этих же формул следует, что
cos V =-1 (e3V + е~^), (П-16)
sin^=4(^—e-3V). (П-17)
Исходя из данных математических предпосылок, простое гармоническое коле-
бание, представленное формулой ,
F(0 = acos( -у- 4-<р J=6cos —+ csin-^- ,
в комплексной форме получит выражение: 1 л • .
. 2izt . 2-х t 2-r.t 2^t
F(0=4(ae^e T + ae~» • e~^)=-l (A.e+А_ге~ T ), (П-18)
A L
где множители
Л1=в^?=Ь+/с (П-19)
И ,
= = й—]'с (П-20)
являются так называемыми взаимно сопряженными комплексными амплитудами
соответствующих комплексных экспоненциальных функций А±е т и Л_хе т , вы-
661
ражающих f(t). Квадрат действительной амплитуды сигнала равен произведению
данных комплексных амплитуд, так как
А • Л_х = ае3?. ае~3* = а2 = | А |2 = | Ах |2. (П-21)
На основании (П-16) п (П-17)
. 2те<
а cos ( "уг + 'Р ) +/asin f —-4- <р J = Ae
— • 2тЛ
aC0S(^F+ /asin 3 Т ' (П-22)
Функция F(t) = a cos может быть определена одной из комплексных экс-
.2itt .2izt
поненциальных функций Ахе т илп А_хе т , если в окончательном результате
ограничиваться только действительной частью комплексного числа. Модуль каждой
из данных функций равен действительной амплитуде сигнала а, а комплексные
амплитуды включают в себя начальную фазу <р. Комплексные экспоненциальные
.2itt —
функции Ахе т и А_хе т , взятые в отдельности, не имеют физического смысла,
однако их использование сильно упрощает математические операции.
Таким образом, соответственно обозначая действительную часть комплексного
числа JV1 = a4-/p символом a = Re(N}) (мнимая часть комплексного числа 2VX обо-
значается символом р = /т (А)), можно написать, что
j 2nt — $2тЛ
F {i)=acos(J^--lr<f^=Re~A1e Т =ReA^e Т .
Подобное комплексное представление простых гармонических колебаний теряет
свою силу в тех случаях, когда косинусоидальная пли периодическая функция воз-
водится в степень пли умножается на подобную же функцию, т. е. когда мы имеем
дело с нелинейными зависимостями.
Для того чтобы и в этпх случаях можно было пользоваться экспоненциаль-
ными комплексными функциями, необходимо выразить косинусоидальную функцию
полусуммой взаимно сопряженных комплексных функций согласно формуле (П-16)
пли (П-18).
Имея ряд Фурье, выраженный формулой (П-5), т. е.
/ (£) = 4~ #х cos (<i>z 4“ ^1) 4~ ^2 cos (2о)? 4“ ¥2) 4* • • • »
п производя замену вида
ap cos (put4-9р)=4- [Арезр1зЛ 4- A_pe~3pi£>t]t
л*
где комплексные амплитуды
yip == ар J -Р ,
А_р = о.'рР $ &
и
А___Ор
2 ~ 2 ’
получаем ряд Фурье в комплексной форме:
/(t) = ^+yZie>“'+4-АеУ2о>г + ••• +|Х1е->“‘ +
П=+СО
+-1 A^e~’2at + ... =1 У (n=0, 1, 2, 3 ...),
п=—оо
или, вводя частоту /=^
71=4-00
до=4 2 ^еУ2яп/' («=°> 2> з •••)
?г=—оо
(П-23)
(П-24)
(П-25)
(П-26)
(П-27)
(П-28)
662
множая последовательно обе части (П-28) на е dt и е3~^ ** dt и инте-
Т Т
грпруя в пределах от —у- до 4--н-, находим коэффициенты ряда Фурье:
Л
+Т/2
Y \ f{t)e~i2™Ildt=An, (П-29)
-Т/2
+Т/2
у \ f(t)ei2nnft dt=A_n (П-30)
—Т/2
(остальные члены, кроме указанных, равны пулю); в частности, полагая п = 0, по-
лучаем для постоянного коэффициента Ао значение:
+т/2
Д) = ^- \ f(t)dt = A0. (П-31)
—Т/2
Коэффициенты ряда Фурье Ап и Л_п являются взаимно сопряженными ком-
плексными числами. Выражение (П-29) можно считать наиболее общим. Полагая
в нем п отрицательным и равным нулю, получаем выражения (П-30) и (П-31). Та-
ким образом, каждые два слагаемых ряда Фурье в комплексной форме, соответ-
ствующих значениям -4-л и —п, определяют косинусоидальное (плп синусоидальное)
колебание (n-ю гармонику), имеющее
частоту
/п="/=у, (П-32)
амплитуду
Л._п (П-33)
и фазовый угол
<п-34)
(это следует из (П-24) и (П-25) с учетом (П-16) и (П-17)).
Периодическая функция / (t) в целом, будучи представлена рядом Фурье в вице
суммы гармонических составляющих, определяет линейчатый спектр, состоящий из
отдельных линий, частоты которых равны /, 2/, 3/ ...
Вводя комплексный коэффициент
Оп=~2 Ап=—Ап = —апс3^ = gne3', (П-35)
имеющий такой же аргумент, как п комплексный коэффициент Ап, перепишем
(П-28) и (П-29) в виде:
п=+с»
/«=£- 2 (П'36)
п=--со
+Т/2
Gn = f (/) e~]n,ot dt=G(f<o). (П-37)
—Т/2
Комплексный коэффициент Gn, характеризующий амплитуду и фазу каждого
гармонического колебания, называется спектральной плотностью или комплексным
спектром периодической функции f (t). Как следует пз (П-35), удвоенное произведе-
ние комплексного коэффициента Gn па выражает собой комплексную амплитуду
Ап гармоники помер п. Амплитуда n-й гармоники аа равна удвоенному модулю ком-
G о
плексной величины—22— (см. П-35). Таким образом, комплексный спектр непосред-
2 л:
ственно выражает пе амплитуды слагающих колебаний, а величины, пм пропорцио-
нальные. Пусть мы имеем периодическую функцию—кривую в виде серии прямо-
угольных импульсов с периодом Т и величиной каждого импульса Q (рис. П-1).
€63
В данном конкретном случае функция q (t) в пределах изменения t от____х-
, Т
до 4--£- имеет значения:
Т
Для —2- < t < 0 ^ (/) = 0,
для о<г<+-^ g («) = <?;
поэтому
Т/2
Ап=^- Qe~3nwt dt= -5- (1—е~зпп),
1 J inn 7
0
и ряд Фурье примет вид:
П=4-СО 72=4-00
72=—СО П——СО
_ Этот ряд состоит из бесконечной суммы составляющих — гармоник,
и фазы которых определяются спектральной
плотностью: \f(t)
амплитуды
Gn=-$-(l—e~3nn)-
/ПИ)
Как видно из последней формулы, для дан-
ной периодической кривой прямоугольной формы
спектральная плотность является чисто мнимой
Рис. П-1. Периодическая функция (кривая)
в виде серии прямоугольных импульсов
Рис. П-2. Рисунок к выводу инте-
грала Фурье
величиной и определяется только целыми значениями п (линейчатый спектр). По-
скольку е~зп‘* = (— 1 )п, то для всех четных значений п Gn = 0. Следовательно, спект-
ральная плотность Gn приобретает отдельные значения прп нечетных п, изменяющи-
еся в зависимости от п по гиперболическому закону.
Когда им еют место непериодические процессы, действующие в течение корот-
кого времени, например в форме отдельных временных импульсов, соответствующие
им функции представляются уже не рядом, а интегралом Фурье.
Допустим, что мы имеем дело с непериодическим процессом в форме кратко-
временного импульса, которому отвечает функция, показанная на рис. П-2.
Как видно из рисунка, данная функция / (z) имеет конечное значение лишь
в пределах изменения t от до i2. При t < z1 и t > t2 — В пределах интер-
вала t2—функцию / (t) можно разложить в ряд Фурье, если принять этот интер-
вал за период. Такое разложение будет правильно представлять ход функции только
в пределах интервала t2—tA. Впе этого интервала разложение в ряд Фурье не даст
правильной картины процесса, так как само применение этого разложения предпо-
лагает периодическое повторение кривой, изображающей импульс.
Можно принять за интервал разложения более широкий интервал, нежели
t2—tlt например t3—z0, полагая, что / (/) = 0 на участках — z0 и t3—t2. В этом
случае основным периодоАм разложения будет уже большая величина, а именно:
t3—t0. При безграничном расширении интервала разложения путем сдвига точек
t3 и z0 соответственно в 4- си п в — со основной период будет безгранично возра-
1
стать, а отвечающая ему основная частота / —безгранично убывать. Написав при-
менительно к ряду Фурье (представленному формулой (П-28)) разность между двумя
664
аргументами последовательных членов разложения в виде
2тс£
(±п+1)ш/^л<иг=ш«=—, (П-38)
а разность между последовательными комплексными амплитудами в форме
(ё±п+1 -S±n) £ . (П-39)
можно сказать, что при увеличении Т или уменьшении <и аргументы и комплексные
амплитуды последовательных членов разложения в ряд Фурье при увеличении п
будут отличаться друг от друга па все меныную величину, т. е. будут все ближе
друг к другу. В результате предельного перехода Z—->оо или —> 0 разложение
в ряд Фурье перейдет в интеграл Фурье.
Рассмотрим это математически.
Заменяя временно в формуле (П-29) г ла т п / на ~ и подставляя полученное
выражение Ап в формулу (П-27), найдем:
+ Т/2
t (о=2- {V(т) e~inwdx}е inwt ’ <п-40>
п —Т/2
где л со представляет собой угловую частоту той или иной гармоники.
Эти угловые частоты при последовательном изменении целого числа п изме-
няются конечными ступенями Дш = (л? 4-1) со—пш = и), поэтому (П-40) можно пере-
писать в виде:
+ Т/2
/ (о = 2 {к V(т) dz}eiMt д“ (П'41)
—Т/2
f 1 (О До) "\
=2х= "2я) '
ГТ Т Т
Полагая, что интервал от —до 4--^- расширяется до границ от —со до +<эог
правая часть (П-41) переходит в следующий интеграл:
4-со 4-оо
7(0=^ 5 eiwtdu>- (П-42)
—оо —со
Обозначая интегральное выражение, находящееся в скобках, через комплекс-
ную функцию F (/со) и заменяя в данном выражении т на f, получим:
4-со
/ (t) dt = F (/ш) (П-43)
—со
4-со
/ (:)=А F (/«) do>. (П-44)
— ОО
В частности, если функция /(0 = 0 прп t < О, (П-43) может быть переписано
в виде:
со
/ (z) e~iwt dt=F (/ш). (П-45)
О
Поясним общий вывод интеграла Фурье па конкретном примере. Допустим,
что продолжительность периода Т периодической кривой прямоугольной формы,
изображенной на рис. П-1, стремится к бесконечности. Это означает переход данной
периодической функции в функцию непериодическую или кривой прямоугольной
формы в толчкообразную кривую, определяемую условиями:
<7(0 = 0 прп г<0
и
<7(0=2
при t > 0.
665
Если cDn=n<D и Т —> со, то ю —> 0,---------> —- и е J 7Z —> С.
л 0>п
При таком граничном переходе ряд Фурье
п=4-со
9(0 = 2
1 £]TlTZ
П——ОО
переходит в интеграл Фурье
4-оо 4-со
?(0= 5 2^el“nt d“n= i \
—co —co
где
Q (/<Dn) = _5_ (см. Табл. T-l).
]шп
Как это видно пз приведенных выводов, интеграл Фурье представляет неперио-
дический процесс, происходящий в течение короткого времени в виде бесконечно
большого количества действующих в интервале времени t от — оо до Ч-оо (устано-
вившихся) гармонических колебаний со всеми частотами от — оо до 4-со (пли от О
до оо в случае если / (/) = 0 при t < 0).
Эти гармонические составляющие образуют сплошной спектр частот в пределах
изменения ш от — оо до + оо (илп от 0 до ос), так что между смежными гармони-
ческими колебаниями имеет место бесконечно малая разность частот.
Распределение амплптуд гармонических колебаний в сплошном спектре характе-
ризуется спектральной плотностью F (/ю), которая является функцией частоты
и выражается формулой (П-43) илп (П-45) (сравнить с формулой (11-37)). Комплекс-
ная амплитуда установившихся гармонических колебаний определяется данной
спектральной плотностью, взятой в пределах бесконечно узкой полосы сплошного
спектра, т. е. F (/ю) d^t а действительная амплитуда гармонических колебаний
в интервале сплошного спектра от ю до ю -|- Дю определяется равенством:
F (ю) d<o= F (—/\»)-F( + /ю)г/ю = | F (/ю) | с?ю. (П-46)
Путем использования формул (П-44) и (П-43) (или П-45) можпо производить
спектральное разложение различных непериодических процессов.
Интегралом Фурье может быть представлена любая функция / (0, которая имеет
во всяком промежутке конечное число максимумов и минимумов и, кроме того,
является абсолютно интегрируемой в бесконечных пределах, т. е. существует
интеграл
Ч-оо
$ f(t)e-Mdt,
—оо
что равносильно требованию:
4-со 4-со
| / (0 е~З‘юг | dt = [ / (0 1 dt = постоянной величине
—со —со
(|с->' 1=1),
плп, ограничиваясь t > 0, т. е. считая, что f (0 = 0 прп t < О
со оо
I / (0 | dt= | / (0 | dt = постоянной величине.
О и
Комплексные частотные спектры (спектральные плотности) различных неперио-
дических функций в виде импульсов приведены в табл. 11-1.
Из этой таблицы следует, что спектральная плотность сохраняет конечные
значения на тем большеАм диапазоне частот, чем быстрее, резче нарастает сигнал.
Длительные изменения спгнала характеризуются малой шириной частотного спектра.
В частности, спектральная плотность бесконечно узкого (во времени) импульса
не зависит от частоты и равна 1, т. е. физически можно считать, что такой импульс
содержит гармонические составляющие, которые в бесконечных пределах изменения
частоты имеют одинаковую амплитуду на всех частотах.
666
Как видно из формул (П-37) и (П-43), спектральные плотности для периодиче-
ской функции импульсного вида, представляемой рядом Фурье, и непериодической
функции в виде отдельного импульса, выражаемой интегралом Фурье, имеют то
отличие, что первая из них принимает лишь прерывные значения частот, соответ-
ствующие й)п = иш, где л = 1, 2, 3... (линейчатый спектр), а вторая—непрерывные
значения частоты <ип (сплошной спектр).
Поскольку (П-43) является общим выражением для обоих случаев, можно
считать, что характер спектральной плотности периодической функции импульсного
вида не зависит от угловой частоты ш, являющейся в данном случае угловой часто-
той повторения импульсов.
Определенное значение угловой частоты гармоник пси в данном случае определяет
всегда одну и ту же величину спектральной плотности независимо от частоты повто-
рения импульсов си. От пи) зависит лишь л, которое имеет тем большее значение,
чем меньше ш.
При уменьшении со или увеличении периода Т отдельные вертикальные линии
линейчатого спектра пропорционально изменяют свою длину и ближе располагаются
друг к другу, но поскольку данное уменьшение длины вертикальных линий одина-
ково для всех линий, то характер спектральной плотности действительно не меняется,
только сам линейчатый спектр более приближается к сплошному спектру.
При безграничном уменьшении ш пли увеличении периода Т. как это показано
выше, интервал Дсо между частотами двух смежных гармоник и амплитуды послед-
них становятся бесконечно малыми величинами, и прерывная величина <оп = п<л
(линейчатый спектр) переходит в непрерывную величину <оп (сплошной спектр).
Физически это означает, что при беспредельном увеличении периода периодической
импульсной функции происходит отодвигание соседних импульсов в бесконечность,
т. е. данная периодическая импульсная функция превращается в один импульс,
и спектральная плотность, отвечающая отдельному импульсу в виде сплошного
спектра, становится огибающей линейчатого спектра соответствующей периодиче-
ской импульсной функции.
Действие отдельных импульсов, отличающихся большой скважностью, дли-
тельность которых т & Т, можно рассматривать отдельно от действия периодически
повторяющихся импульсов.
Перейдем теперь к выражению в комплексной форме частотной характеристики
того или иного звена звукопередачи. Пусть его поведение определяется дифферен-
циальным уравнением (12), приведенным на стр. 22. Тогда при возмущении, опре-
деляемом косинусоидальной функцией
q = qi COS cof,
которая, пользуясь комплексным методом, может быть представлена вещественной
частью показательной функции с мнимым аргументом g = <7ieJ<o/; результат воздей-
ствия по истечении достаточно большого времени (вынужденные колебания) будет
определяться косинусоидальной функцией в комплексной форме:
где комплексная амплитуда
(комплексные амплитуды обозначаем большой буквой и линией сверху).
Производные данной функции будут равны:
p^ = {lu>)2pz^tt
Производя подстановку значений pz и ее производных в дифференциальное
уравнение (12), получим:
Bm М'п PZ1 + Bm-i (/“Г1"1 PZ1 + • • • + B0PZ1 = Я1.
Тот факт, что функция прп указанной подстановке сокращается, показы-
вает правильность выражения предполагаемого решения. Из последнего равенства
следует:
^1= в,п (/<*>)«+вт_х (/ш) +... + (/ш) + в~0 =qik (П‘47)
667
Символическое отображение отдельных частных функции / (/)
Таблица П-1
Функция / (/) Спектральная функция ОО F(ju>)=J / (() е~i'at dt б Модуль функции F (до)
1 1 /(0=| 0 при t < т м0 прп т < t < т а 0 при с > т + а fit) Т" __t t F (j^} = “° (1 - е->') /ш . . 2п0 . СО 7 |^(7«>)|=—Ssin у
2 | 0 при t Ф 0 Н ео пр.?Хо Импульсивная функция X пвисай да-Ди рака fft) 1Г L Г(/ш) = 1 И (/“>)! = !
3 /(0= (при и0 = ( 0 прп t < 0 1 и0 при 0 < t < со = 1 единичная функция) / W 1 L-J И" (/<01=5
4 J 0 при t < 0 ( иое“"^ прп t > 0 и, 1 т t У о)*5
Функция /</)
Спектральная функция
ио
F(»=J fWe~^ot dt
О
Модуль функции F G*u>)
n J ц,л — при 0 < t < 'с
1 •; х
/(/)={ «о прит<«<т + р
— прп т + р< t < 2т + р
fit)
x(l-e-/u>^+₽))(l-e->’)
. „, ., 4и0 . ш (т + р) . <от
6 /(0=. и0 прп п (а 4- т) < t и прп (п+?1)т4- па > t 0 при (п + l)i 4- па < t и прп (п + 1) t + (п 4-1) а > t f(t -1 7 t
7 1 /(«)= где я = а = I U при .1 < 0 ~с° [ 1— <Г’Х5П1 («Х+ <f)j 1 при t > 0, :woz, /? = —]/"1— а2, w0 = COS ср, 0)! = — h2 / t
8 — с2/2 / (/)==е прп 1 > 0 fit)
vf- ,-u* * 1 — . 0)Т Sin X- 1 ^(/u>)l = ^ — ’ со . ш (а + т) sin 2
Up c F f/co) = — r-—T — -TT r- Цр 1 F Г/со) 1 = С
/ш Кшо—ш2) "t” 2/г/со] IV / 1 / _ „ 1/ + Г \ / ш0
to2 p,, Л У* ~4T2 С0) = “2Г <1)2
Так как комплексная величина PZ1=pZ1-e7?, то модуль ее pz^=qx | к (jv) |,
. 7т/с(/а>)
а аргумент © = arc tg-77-7-7—7- .
r J Y 6 Век</ы)
Вынужденные колебания представятся выражением:
Pz=9ik(/‘»)ei'°t,
которое является символическим отображением вещественной величины
Pz= BePZJeM=BegJ< (/Ш) = BePzie^t+ >=
=?1 !*(/“) ey(u>,+f)|=51 | к (/ш) | cos (u>«4-<f)=pZi cos(<ot + ?).
При сложном воздействии на линейную систему, определяемом рядом Фурье
(в комплексной форме)
п=+оо t
V п ejnu**
9 = 2j <?”
n=—00
результат воздействия па основании принципа наложения (в результате суммиро-
вания решений для простых колебаний) будет равен (в комплексной форме):
71=4-00 _
Pzi= 2 (/no>)"‘ + B^r + ... + Bi (/ПШ) + Bo ‘ e>nW‘- (П"48)
тг=—оо
Формула (П-47) определяет установившийся процесс в колебательной системе
при косинусоидальном на нее воздействии и при представлении последнего ком-
плексным выражением
g=gieiW+^==Q1eiv>t
может быть переписана в следующем виде:
р 1 1
+ (/«>) +Л?о=5"(7^) = *(П’49)
Данпое отношение комплексных амплитуд выходного и входного сигналов
(косинусоидальных колебаний), являющееся функцией угловой частоты о>
и постоянных системы Вт, В ... Во, называется комплексной частотной характе-
ристикой передающей системы.
Комплексная частотная характеристика равна обратной величине полинома
характеристической функции однородного линейного* дифференциального уравнения
BmDm -j-Bm-iD'71'14- ... -f- B\D 4- B0 = z (D), если вместо D подставить /cd.
Как всякая комплексная величина, к (/со) может быть представлена в форме:
где
и, следовательно
к еЗГ(ш)=а <ш),
а (со) = к (cd) cos 7 (со),
Ь (cd)=Л (cd) sin 7 (w)
к (си) = “j/-а (со)2 -4- о (ш)2,
b (со)
ТГ(ш) = агс^^-
(П-50)
(П-51)
(П-52)
(П-53)
(П-54)
Таким образом, комплексная частотная характеристика выражается с помощью
A (cd) и 7 (cd)—некоторых функций частоты cd.
Функция к (cd) называется амплитудно-частотной или просто частотной характе-
ристикой, а функция 7 (cd) — фазо-частотной или просто фазовой характеристикой.
Данные характеристики взаимно связаны друг с другом так, что одна из них
определяет другую.
670
Связь между частотной и фазовой характеристиками может быть найдена
исходя из следующих формул (по Титчмаршу):
1па(ш)=_А
</<!>'
(П-55)
1 С In a (<dz) ,
— \ —-—-—-dm.
К ' U) --CD
(П-56)
Следовательно, линейные свойства каждого звена могут быть полностью
охарактеризованы одной из указанных характеристик.
Как видно из (П-50), частотная характеристика определяется модулем, а фазо-
вая характеристика—аргументом выражения комплексной частотной характеристики.
Так как
=/с(<о), то амплитуда выходного сигнала равна произведению
амплитуды возмущающей косинусоидальной функции на частотную характеристику
звена. Следовательно, если амплитуды косинусоидальных колебаний на выходе
и входе того пли иного звена связаны отношением
Qi
р21 = Л(<о) qv
(П-57)
то зависимость коэффициента чувствительности от частоты к (<и) представляет собой
частотную характеристику данного звена.
Таким образом, модуль комплексной частотной характеристики (П-50) к (<и) для
данной си определяет амплитуду выходного косинусоидального колебания часто-
той ш, а его аргумент—фазу этого колебания.
Наличие в передающем звене (пли системе) функциональной зависимости к(т)
является признаком возникающих в нем частотных искажений, а функциональной
зависимости ср (ш)—фазовых искажений.
Пусть на ту или иную линейную систему с комплексной частотной характери-
стикой к (/ш) действует периодический сигнал, выражаемый рядом Фурье (в ком-
плексной форме):
71=4-00
71=—ОО
где Gn = gne3 —комплексная спектральная плотность функции / (г), зависящая от
частоты ш.
Элементарное косинусоидальное воздействие с частотой пт (п—некоторое целое
число), выраженное комплексной амплитудой -^-5П, обусловит результат:
-k(jnm)Gne3n^.
тс
(П-58)
Отсюда на основании принципа наложения результат от суммы элементарных
воздействий будет равен:
71=4-00 71=4-00
2 Gnk^)^=-^ £ gnk(n<o)e^.e^=
7l=—ОО 7l=—CO
71=4-00
= " у м^е3^1,
Alt
7l=—CO
(П-59)
(k (fnm)=к (nm) e3^),
M — gnk (пт) = M (nm)t
e = ? + !=? + 1 (nm) = e (nm).
(П-60)
(П-61)
и
где
671
В том случае когда ряд, выражаемый формулой (П-59), быстро сходится,
т. е. существует конечное число наиболее значимых членов ряда, он может быть
приближенно подсчитан.
Это имеет место во всех случаях, когда воздействие характеризуется наиболее
сильно действующими колебаниями в узком диапазоне частот пли частотная характе-
ристика имеет узкую полосу максимального пропускания (например, характеристика
резонансной системы).
При очень густом спектре частот приближенно в выражении (П-59) можно
заменить знак суммы интегралом (т. е. линейчатый спектр—сплошным спектром)
и считать, что
п=+со 4-00
Л(0=-£- 2 (П’62)
П=—ОО —ОО
Данное выражение точно отвечает результату воздействия в виде одиночного
пмпульса. Это становится понятным, если учесть, что именно при переходе от
периодического воздействия к одиночному импульсу густота частотного спектра
повышается.
При импульснОхМ воздействии, представляемом в общем виде интегралом
Фурье
4-оо
N (ju) с?<о,
°° з
где комплексная спектральная плотность
со
7V (/«) = п (z) e~]mt dt (П-63)
О
(п (0 = 0 при t < 0),
комплексную амплитуду входного элементарного колебания можно представить
в виде:
2V (/со) б?СО,
а результат воздействия для установившегося состояния — полагать в форме умно-
жения этой величины на комплексную частотную характеристику, т. е.
М (/со) = N (/со) 6?C0-Zc(/C0) = 7V (/со) dco
1
z(/co)
(П-64)
отсюда
М(/ш)=Л(/<О)Л(7ш) = 7У(/<») -А-, (П-65)
и результат импульсного воздействия (выходной сигнал)
4-со 4-со 4-оо
—оо —оо —оо
где
оо
М (/си) = т («) dt.
о
(П-67)
Из (П-64), (П-67) и (П-63) следует, что комплексная частотная характеристика,
равная отношению комплексных амплитуд выходного и входного сигналов в преде-
лах бесконечно узкой полосы частотного спектра пли отношению спектральных
функций выходного и входного сигналов, может быть представлена в виде:
j т (t) dt
к (ju) = ±---------— (П-68)
J пще-’"* dt
О .. ч
(при n(t) заданной в промежутке от г = 0 до £ = эо), ...
672
Пользуясь данным выражением, можно определить комплексную частотную
характеристику, когда известны выходной и входной сигналы.
Тракт звукопередачи представляется в виде ряда звеньев, каждый из которых
может иметь свою частотную характеристику.
Считая, что выходной сигнал того или иного звена является входным сигна-
лом последующего звена, найдем, что комплексные частотные характеристики вы-
ходного и входного сигналов тракта в целом будут связаны следующей зависимостью:
М (/<d) = N (/ш). к (/ш), (П-69)
где
к (/w) = kY (/<d)./c2 (/cd) ... km (/“>)— (П-70)
комплексная частотная характеристика всего тракта звукопередачи, а кг (/<и),
(/<о) ••• ^т(/ш)—комплексные частотные характеристики отдельных звеньев.
Так как
М/“’)=М“)е,ТЬ
к2 (/си) = к2 (ш) eJT2,
Лт(/о>)=Лт{ш)/Ч
то выражение (П-69) можно переписать в виде:
Ж(/ш)=2У(/ш)А1(/ш)/с2(/ш) ... km(/w)e1 (Y1+T2+”’+Tm> = 2V(/<»)A(<0)^\ (П-71)
где
к (и>)=кх (ш) к2 (ш) .. кт (ш),
а
7 = 71 + 7г+ ••• +7т-
Следовательно, выходной сигнал
4-со 4-оо
(/U>) da> = -^- \ N (/ш) к (со) еп е
= j п (т) е~,'£>т л) Л (ш) eyu>'<Zco. (П-72)
—оо О
При входном воздействии в форме бесконечно узкого импульса, комплексный
спектр которого
/V (/<п) = 1,
имеем
М (/ш) = Л(/<1)),
т. е. в этом случае комплексный спектр выходного сигнала является непосред-
ственно комплексной частотной характеристикой и выходной сигнал равен:
4-со
?n(Z) = -^~ к (/си) с?ю.
—оо
Формулы (П-66) и (П-67), представляющие сигнал и его комплексный спектр,
являются взаимообратными формулами Фурье. Они выражают символическое соот-
ветствие функции вещественной переменной—некоторой функции мнимой переменной
и. наоборот, в виде двух взаимосвязанных интегральных уравнений, каждое из
которых является решением другого. Соответствующие значения данных функций
указаны в табл. П-1.
Целый ряд задач процессов звукопередачи, относящихся, например, к фотогра-
фической записи и воспроизведению сигнала оптическим штрихом, к . воспроизве-
дению сигнала с магнитной фонограммы воспроизводящей магнитной головкой, к про-
цессу рассеяния света в фотослое и др., сводится к нахождению интеграла вида45:
4-оо
m(t)= (т) п (t +:т) (П-73)
—со
43 в. А. Бургов
673
При известных функциях: п (t), обычно представляющей входной передаваемый
сигнал, и ф (т), определяющей физические свойства (физическую характеристику)
звена, заданной в определенном, конечном промежутке (в пределах от —оо<т< -t со),
определение линейных (частотных) свойств этих отдельных звеньев сводится
к нахождению их частотной характеристики. Так как последняя связана с элемен-
тарным воздействием в виде косинусоидальной слагающей, то, полагая
72 G i т)=т?ое;1й
находим, что частотные характеристики этих звеньев будут выражаться интегралом
вида:
4-со
А (/ш)= (П-74)
—СО
«Этот интеграл представляет собой комплексный спектр функции ф(т), следо-
вательно, применяя метод интеграла Фурье в виде взаимообратных формул Фурье,
определяющих собой сигнал и его комплексный спектр (в виде двух взаимосвязан-
ных интегральных уравнений, каждое из которых является решением другого),
функция ф(т) будет равна
4-0°
ф(т) = -^- k(f«>)e±i,ozd<i>. (П-75)
—ОО
Прп входном воздействии, выраженном импульсивной функцией Хпвисайда-
Дирака (бесконечно узкий импульс), частотная характеристика представляется
комплексным спектром выходного сигнала, т. е. к (/<»>) = М (/ш), поэтому функция,
определяющая физические свойства звена, выражается непосредственно выходным
сигналом, т. е. ф(т) = ?п(0.
Интеграл (П-73) существует, если функция ф(т) удовлетворяет условию Ди-
рихле в каждом конечном промежутке; кроме того, также существует интеграл
вида
4-с°
\ I ф СО
Так как в большинстве случаев не условие Дирихле, а условие абсолютной
интегрируемости препятствует (плп затрудняет) применению метода интеграла
Фурье, выгодным является использование функции ф (т) в пределах изменения пе-
ременной т от 0 до со (расширение возможностей применения интегральных фор-
мул Фурье). Это, в частности, имеет место, когда функция ф(т) является четной
или нечетной функцией, т. е. когда ф(т) = ф(—т) пли ф(—т)=—ф(т).
В первом случае
4-со ео оо
к (/ш) = ф (т) dx = ф (т) dx 4- ф (т) dx =
—оо О *0
оо оо
= 2 ф (т) ch fwxdx = 2 ф (т) cos сот dx = k (ш), (П-76)
О О
т. е. получаем четную функцию к (и), которая является вещественной частью
комплексной величины Л(/ш).
Подставляя четную функцию Л(<о) в выражение (П-75) и заменяя его
значением cos <dt ±/ sir! <от, найдем
+°°
ф(т) = -т^- Л(и>) e±Juyz =
—оо
4-оо 4-со
=-^- к (<о) cos шт du>4- j к (<о) sin m с?ш. (П-77)
—оо —ос
674
Первый интеграл выражения (П 77) представляет собой четную функцию со,
а второй — нечетную функцию w, следовательно
со
1 С
ф (т)='2“ \ &(ш)cos (П-78)
—со
илп, поскольку Л (со) четная функция со, то
со
ф(^)= — Л (со) cos СОТ t/co.
и
Таким образом, в данном случае (четной функции ф (т)) взапмообратные фор-
мулы Фурье, выражающие физические свойства звена ф(т) и соответствующую
частотную характеристику звукопередачи, определяются выражениями (П-78) и (П-76).
Примеры
1. Экспозиция кинопленки прп интенсивной заппсп звука пишущим штрихом
переменной освещенности определяется интегралом:
+оо
HN= \ EN(a)g(t)dt,
—оо
где En (а)—функция, выражающая освещенность пишущего штрпха по его ширине;
g(f)—функция, определяющая освещенность каждой точки пишущего штрпха
в зависимости от времени (например, функция поведения модулирующего механи-
ческого элемента).
Для определения экспозиционного изображения на движущейся с равномерной
скоростью кинопленке в данную формулу необходимо подставить t=x~a, где х
и а—координаты систем, связанных с кинопленкой и пишущим штрихом, а V —
скорость кинопленки, т. е. имеем:
4-со
^=4-
—со
(знак перед интегралом опускаем).
Для косинусоидального сигнала, представленного в комплексной форуме
получим:
= 14- те
1 +°° т +со /••>(—)
\ EN(a)da + — EN(a)e V da=
—со —оо
4-со . tox 4-°° <oot
EN(a.)da + ^-e " EN(a)e ® da.
—со —оо
4-со .<ott
\ EN(a)e ®
— СО
представляет собой комплексную частотную характеристику процесса интенсивной
заппсп пишущим штрихом неравномерной освещенности по его ширине. Если
43* 675
ширина штриха Ъ, то данный интеграл может быть переписан в виде:
4-b/2 - __ .toa
*(/«>) = $ EN(a)e
— Ь/2
На основании вышеизложенного
4-оо . сиа
EN^a')=-^ \ *(/“)« 1<ZV’
—ОО
Согласно данному выражению, зная частотную характеристику процесса разверт-
ки сигнала пишущим штрихом, можно определить функцию распределения осве-
щенности пишущего штриха.
В частности, при входном записываемом сигнале в виде импульсивной функ-
ции имеем;
4-со
Л(/Ш) = Я(/Ш) (h(J<*)= HN(a)e-iaMda'}
—оо
И
4-оо
en 5 н (/ш) е"ю d ^=HN (о)’
—оо
т. е. функция распределения освещенности пишущего штриха является непосред-
ственно функцией распределения экспозиции на кинопленке прп заппсп данным
штрихом входного сигнала. При четной функции EN(a} (и соответственно четной
функции к (св)) выражения к(<л) и EN (а) приобретают вид:
А(<»)=2 £w(a)cos-?^~
о
п
оо
1 С ша
Еы (а) = —\ A* (cd) cos-d — .
™ ' тс J V V
0
2. Магнитный поток, проникающий в обмотку воспроизводящей головки, вы-
ражается формулой (см. стр. 566):
4-00
ф = f (г) В£ (х) dx, (полагаем 2 а = 1)
—со
где f (х)—«функция влияния»; В£(х)— поверхностная остаточная индукция магнит-
ной фонограммы.
При движении магнитной фонограммы х=а—vt п
4-оо
Чг= f (a) B£(a — vt) da.
—оо
. 2тс (g—V/)
—3 т-----
Полагая Bs (a—zt)'—e л , получим выражение для частотной характери-
стики магнитного потока внутри сердечника воспроизводящей головки:
4-00 _ .2тса
А (/(!))= /(а)е Л da
—оо
676
и формулу для «функции влияния»:
. »иа
> / • ч 3~v dm
(7°) е --------
' V
Эти формулы, представляющие физическую характеристику / (а) и частотную
характеристику указанного звена передачи Л(/о>), взаимно между собой связа-
ны (см. 45).
3. Экспозиционное изображение при наличии рассеяния света в фотослое во
внутренней своей части определяется формулой вида:
О о
где а (с)—функция рассеяния.
Полагая первоначальное экспозиционное изображение, упавщее на фотослой
—з— *1
в виде Нц (х^ — е v (для первого интеграла х1 — х—В, а для второго я:1 = х-|-В)>
получим:
оо . <0 , оо . to ,
HJj(x) = k\e v aftdt + kXe v а(6)<Й=
o 6
co co to co
= 2^6 v { a (B) ch / — B-^-=2/cjC v f о (В) cos— В — .
j v v j v v
о о
Четная функция Л(/со)
В -^-—к (<о) представляет собой частотную
характеристику процесса рассеяния света в фотослое, а четная фунция а (В) =
со
1 С , . . О) Л dm „
= — \ k(<d)cos — В------характеристику (функцию) рассеяния света в фотослое.
о
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ
ПЕРЕДАЧИ ДВУХ КОСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИИ92
Нелинейные характеристики отдельных звеньев звукопередачи, выраженные
определенной функциональной зависимостью между выходным и входным сигналом
р = / (д), в общем случае могут быть представлены рядом Тейлора:
Р==7 (0) +-fj- / (0) + -g- / (0) + -g- 7(0) + -^- 7”(0)+-g-7‘(0) + ... (П-79)
или, обозначая
/<0)=*0, 7(0)=л2> 7’(0) = *4,
7 (0)=*!, 7 (0)=*з, ’7’(0) = к6,
рядом вида:
Р — к0 + kxq + к2д* 4- k3q3 + *4<?4 + k3q3 + • • •
677
Пусть передаваемый сигнал представлен суммой- двух- косинусоидальных ко^
лебаний cos Wj/cos Тогда при наличии нелинейности звена, определен-
ной первыми пятью членами разложения, выходной сигнал будет равен:
р = { + A Gf+<?i) + -A (?i++-A g2. q2 J +
выпрямляющий эффект
\___________________________________'
постоянная слагающая, измененная в силу выпрямляющего эффекта
+si(*i +-^si+^+—+-^51M + -^4?)cos<m +
/ 3/С3 2 ЗА3 2 1 13^501 , 2 *> , ЗА’6^\
+ ?2^1+ 2^ ?1 + —8^ + —4-Ч1<72 + —cosa)2« +
основные колебания
+ Si (-у + yr Si + -ф- 32 ) cos 2а>!t + si (-у- + -у- з! + -у*- 31^ cos 2u2t +
+si + уу si + уу- 30 cos 3«M + ( А- + -А з! + 4 *sSi) cos 3o>2« +
a4k к к кг
+ COS + q$ ZQS 4ш2г + ql —COS SwjZ 4- q:> COS 5o)2£ 4~
o о lo Jo
гармоники
+ gi?2 Q*2 + -y1 q\ + —J COS (<1)!t + (D20 4-
комбинационные тона первого порядка
+ 3132 (+ -Г- 91 + -«Г *5?! COS (2о>!t ± о>20 +
\ <t <£ О у
+ 3132 52 + -у- *»30 cos (2<огг ± «о^) +
ЗА’
+ ?1?2 cos (2^11 ± 2ш2*) +
второго порядка
+ Я1Я2 cos (Зш^ J- <d2z) 4- cos (3<о2г J- 4-
+ £122 COS (Зш2г i 2<d1£) 4- qfql COS (3^ -I- 2(D20 4-
o о
третьего порядка
+ S4S2 COS (Awj? -f- <02«) + ?1g£ -^A cos (4o>2« ± »j«) (П-80)
четвертого порядка
Выпрямляющий эффект, коэффициенты гармоник и комбинационных тонов,
обусловленные членами ряда g, ^2, q3, q4 и q5, даны в табл. П-2.
Таблица П -2
Выпрямляющий эффект, гармоники и комбинационные тона, обусловленные членами ряда q, д2, </3, q4, Q5
Частота кос пну со- идальных коле- баний । Члены 0 выпрямляющий эффект ш2 2Ш1 2сс>2 <т>1 1 <Т>2 Зим 3<Т>2 о>1 ± 2сО2 «2Й 2им 4 сот 4(02 <х>1 i 3tO2 iO2±3wi 2ю 1 ± 2со2 5o>i 5w2 Ю] ± 4102 а>2± 4.СО1 1 2coj ± 3 <jl>2 2<jl>2 i 3101
д 71 72
?2 2 /7 2 71- . 72 2^2 ql 2 72 2 7172
! ?3 3?1 ,'iqlqi 4 + 2 3<?2 . 3?‘^2 ~г+~ ?1 4 ?2 4 j 4142 3 2 Т?!?2
4 41 + £ q'lql + ~ $1 1 А ^2 2 2 । р 7172 ?2 3 2 2 у- + 3 3 2-?i?2 + 2"9i?2 </х 8 ?2 8 1 2 (M i 1 3 2?Ь 4
q5 5 30 2 , 15 4 8 ?i + ~8 4^1^-^4142 5 5 , 30 3 2 , 15 4 у 4г + g- ?2<71 + ~8 ?2 <71 5 , , 10 3 2 Yg ?1+ g-?l?2 5 10 „ 2 5 4 , 15 3 2 ^7172 + -g 7172 | ?1?2 +у?1?2 ?1 16 <12 16 4 5 16^ 15 4 Гб^2 5 2 3 "8 9i?2 7172
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Акустический метод воспроизведения
звука —34
Ампли1уда колебания—18
условие правильной передачи с по-
мощью фонограммы переменной плот-
ности— 52
Амплитудная модуляция—48
коэффициент—48
Анализатор —222
Апертурное число (апертура)—117
Б
Бесщелевые оптические записывающие
и воспроизводящие системы—118
Бинауральный эффект—651
В
Взаимная модуляция—367
метод—366
Взаимной модуляции коэффициент—367
красочпо-серебряной фонограммы пе-
ременной плотности—499
серебряной фонограммы переменной
плотности—372
Воспроизведение звукового сигнала
с магнитной фонограммы—32
с механической записи—34
с фотографической фонограммы—32
Воспроизводящая магнитная головка—32
кольцевого типа—536
зазор—598
магнитная проницаемость сердеч-
ника—518
функция влияния—566
электрические параметры—598
Выборочный метод контроля плотности
фонограммы—315
Г
Гармонические нелинейные искажения—
19
Гармонический анализ—5
Гис тер езис н есимметрпчпый—553
Гистерезиса петля—185
рабочая точка при магнитной записи-
526
Гистограмма распределения плотностей
фонограммы массовых фильмокопий—
317
Граммофонная пластипка
в и пи литов ая—619
долгоиграющая—632
максимальное время звучания—620
прямого воспроизведения—629
стандартные размеры и вес—619
хлорвпнилпековая—619
шеллачная—619
Громкости равной кривые—12
д
Двухполоспая запись колебаний низ-
ких и высоких частот—460
в слоях многослойной кинопленки—
657
Двухполосная звуковоспроизводящая
система—459
Двухтональное испытание качества фо-
нограммы —298
Демпфер
механический—212
электрический—211
Демпфирование—208
критическое—210
Денситометр
визуальный—84
фотоэлектрический—465
Детонация
коэффициент—102, 577
первого рода—102
второго рода—102
Динамическая характеристика звуко-
передачи—15
прп магнитной заппси—544
Диафрагма
ограничитель уровней—453
угол модулирующий—145
число модулирующих краев выреза—
145
Динамический диапазон
красочной фонограммы—480
красочно-серебряной фонограммы—
488
магнитной фонограммы—576
методы расширения—443
метод сжатия—451
механической заппсп—627
многозубчиковой фонограммы—442
поперечной фонограммы—81
фонограммы па узкой кинопленке—
679
фонограммы переменной плотности—
79
фонограммы с шумопонижением—388
Диск
восковой—617
децилитовый—630
лаковый—630
размеры—618
угловая скорость вращенпя—617
целлулоидный—630
Дисперсия плотностей поперечных фоно-
грамм массовых фильмокопий—317
Дифракционный модулятор света на
ультразвуковых колебаниях—237
3
Записп амплитуда—49
Записи длина волны—49
Записыватель
пьезоэлектрический—636
электродинамический с обратной
связью—636
электромагнитный—635
Записывающая магнитная головка коль-
цевого тина—519
пзпос—600
зазор—598
магнитная проницаемость сердечни-
ка—518
радиус закругления ребер—522
сбегающее и набегающее ребра—522
статическое магнитное поле—521
электрические параметры—598
Запись звука многоканальная—654
на ферромагнитной ленте—654
Заполнители немагнитные—595
Защиты коэффициент—106
Звуковая магнитная головка
двухполюсная—519
проводниковая—601
противофазная—602
трехполюсная—601
универсальная—600
Звуковая дорожка (нормы располо-
жения и размеров)
магнитная—614
фотографическая—501
Звуковая перспектива—653
Звуковой объект
” восп р и яти е местоп ол ожеппя—653
Звуковоспроизводящая светомодулпру-
ющая система—43
Звукозаписывающая система Тагера—227
Звукозаписывающая система Шорина—
156
Звуконоситель
для магнитной записп—583
для механической записи—617
Звукоперсдача многоканальная
методы—654
применение в кинематографии—656
Звукоперсдача с предварительной за-
писью
методы (классификация)—31
с магнитной записью—515
с механической записью—615
с фотографической записью—43 •
Звукопередачи
тракты—33
Звукосниматель
механический—623
электрический—637
Звукосниматель пьезоэлектрический—
Звукосниматель универсальный—645
Звукосниматель электромагнитный—637
Зеркальный гальванометр
петлевой—196
с колеблющимся стержнем—178
Зеркальный осциллограф—199
Зеркальце модуляционное—159
Зернистость проявленного фотографи-
ческого изображения—73
Зубчатый барабан—104
«бей» —105
непостоянство угловой скорости—104
число оборотов—104
шаг—105
эксцентриситет—105
И
Игла звукоснимателя
деревянная—642
износ—642
радиус кривизны—640
сапфировая—642
стальная—639
формы и размеры (стандарт)—640
Измеритель колебаний скорости кино-
пленки—108
по интегральному методу—108
по спектральному методу—ПО
Износ
механической заппси—639
фотографической фонограммы—278
Индукция остаточная магнитной фоно-
граммы—531
Интенсивная фотографическая запись—
333
дифракционным модулятором света—
241
электромеханическими модулятора-
ми света—143
электроннолучевым модулятором
света—243
Интенсивно-поперечная противофазная
фонограмма—433
Испытательный (тест) фильм—108 •
Искажения
виды—13
К
Кал лье коэффициент—92
у кинопленок для интенсивной за-
писи—92
у кинопленок для поперечной запи-
сп—92
Канавка
выдавливания метод—629
вырезания метод—629
глубинная—621
поперечная—618
при мпкрозаписи—633
радиус кривизны—625
Катушка модуляционная—178
Кинопленка многослойная—461
680
без фильтрового слоя—479
противоореольный слой—461
фильтровый слой—461
« формирование фонограммы в отдель-
ных слоях—468
эффективный коэффициент контра-
стности—494
Кинопленки
ацетатные—612
время освещения прп записи—86
вуаль —54
для интенсивной и продольной за-
писи—368
для магнитной записи—612
для поперечной записи—319
лаковый слой—73
позитивные—319
коэффициент контрастности—54
подложка—73
размеры—55
сенсибилизация—371
скольжение—105, 303
скорость при записи и воспроизве-
дении—55
усадка—105
эмульсионный слой—73
Колебательная механическая система—
173
Комбинационные нелинейные искаже-
ния (тона)—19
коэффициент—21
Компенсационный метод печати фоно-
грамм—301
Конденсатор Керра—222
трехэлектродный—229
Константа Керра—224
Контратипирование фотографических
фонограмм—319
Копия фотографической фонограммы—51
Копии характеристическая кривая—343
Копирэффект—579
Костипского эффект—71
Коэрцитивная сила—189,190
Краскообразующпе компоненты много-
слойной кинопленки—461
Л
Лампа накаливания
испускательная способность нити на-
кала—132
размеры светящейся нити—130
светоотдача—130
спектральная характеристика излу-
чения—130
срок службы—130
электрические показатели—130
эффективная площадь тела накала—
131
Лампа тлеющего разряда—230
аномальный режим—232
п отев ци ал зажи га п 11 я—231
световая характеристика—233
электрпческая характсристика—231
Лампа^ тлеющего затрудненного разря-
для записи ультрафиолетовым све-
том—235
Лентопротяжный механизм—104
Ленточка осциллографа—175
зеркальная—433
материал—181
размеры—175
характеристика—181
Ленточный осциллограф—173
Шорина—175
амплитудная характерпстика—182
материал и параметры ленточки—175
Лимитирующая характеристика—452
Линейные искажения—22
Лучистый поток
модуляции коэффициент при запи-
си—47
модуляции коэффициент при вос-
произведении—55
монохроматический—265
Люминофоры—243
М
Магнитная запись—32
перпендикулярная—604
поперечная—604
продольная—518
применение в кинематографии—611
саморазмагпичиваппе—561
с перемещаемой границей—606
со смещением постоянным током—523
с ультразвуковым смещением—537
Магнитная липа—517
параметры, подлежащие контролю—
589
перфорированная—611
размагничивающий фактор—562
размагничивание ультразвуковым
полехМ—537
технология изготовления—587
типы для синхронной магнитной за-
писи—612
толщина ферромагнитного слоя—587
характеристики—591
электроакустические показатели—591
Магнитная проницаемость—189
циклическое изменение—182
эффективная—561
Магнитная система
дифференциальная—183
простая—182
Магнитная фонограмма—530
внешнее поле—531
Магнитное поле воспроизводящей го-
ловкп—566
Магнитное поле записывающей голов-
кп—521
кривые изменения напряженности—
521
крутизна спада напряженности—550
эффект размагничивания нолем спа-
дающей напряженности—550
Магнитный метод звукопередачи—515
характеристики системы магнитной
заппсп и воспроизведения—549
Магнптожесткпе сплавы—190
Магнитомягкие сплавы—189
Магнито-фотографическая фонограмма—
613
Макрозерннстость фотографического по-
чернения—90
Матрица для прессования пластинок—34
681
Метод звукопередачи с механической
записью—615
характеристики системы механиче-
ской записи и воспроизведения—624
Механическая запись звука—34
амплитуда максимальная—621
гарантийный промежуток—620
глубинная—621
микрозаппсь—632
плотность—620
поперечная—621
с постоянной амплитудой—625
с постоянной скоростью—623
чпсло канавок—620
шаг спирали пли шаг записи—619
эффект «неогпбания»—627
Механическая колебательная система-
173
механическое сопротивление—198
переходное отклонение—214
с распределенными параметрами—192
с сосредоточенными параметрами—192
частотной коррекции способы—205
эквивалентные параметры—193, 196
Механическая щель—46
Механический фильтр- -106
ведомый кинопленкой—107
ведущий кинопленку—107
Механооптическпй метод звукопереда-
чи—645
Микроденситограмма— 85
Мпкрозернистость фотографического по-
чернения—90
Мпкрообъектив—125
кратность—156
Микрофотометр регистрирующий—293
Модуляторы света
классификация—141
сравнительная характеристика—253
Модуляторы света магнито-электриче-
ского типа—138
с зеркальцем—174, 196
с подвижной заслонкой—175
характеристики—221
Модуляторы света электромагнитного
типа—138
магнитная система—178
механическая система—178
общие схемы—173
с подвижной заслонкой—295
с подвижным зеркальцем—178
электрическая система—178
эффект понижения чувствительности
на малых уровнях—221
Модуляторы света электромеханиче-
ские—172
критерий добротности конструкции-
179
тппы—138
Модуляторы света электроннолучевые—
250, 251
Модуляторы света электрооптические—
138
с твердыми кристаллами—228
Монохроматическая испускательпая спо-
собность—132
Музыкальные звуки
физическая характеристика- 10
Н
Н амагничиванпе
интенсивность в звуконосителе при
магнитной записи—554
поверхностный эффект в звуконо-
сителе—559
прп ультразвуковом смещении—559
Напряженность магнитного поля
кривая изменения в звуконосителе—
494
Негатив фотографической фонограммы—
50
Нелинейная характеристика
многозначная—22
модулятора света—180
несимметричная—19
полутени—150
световая—146
симметричная—19
фотографического процесса звукопе-
редачи—344
Нелинейной характеристики коррекция
модулятора сьета—364
сжатия и расширения динамического
диапазона (регулировочных харак-
теристик)—444
фотографического процесса звуко-
передачи—343
Нелинейность—16
линеаризации условия—180
магнитная—17
механическая—17
световая—17
скоростная—17
фотографическая—17
электрическая—16
Нелинейные искажения—15
вносимые неравномерной освещен-
ностью пишущего и читающего
штрихов при поперечной записи—324
коэффициент— 21
магнитной записи со смещением по-
стоянным током—575
магнитной записи с ультразвуковым
смещением—575
механической записи—628
при насыщении сердечника магнит-
ной головки—576
создаваемые несимметричностью вол-
ны ультразвукового смещения—575
создаваемые фотографической обра-
боткой фонограммы переменной
плотности—350
субъективная оценка—320
ячейки Керра—224
электромагнитного модулятора све-
та—182
Нелинейно-частотные искажения—28
при колебаниях скорости киноплен-
ки—100
при продольной фотографической за-
писи—339
при фотографической печати негатива
поперечной фонограммы—302
создаваемые относительным переко-
сом пишущего и читающего штри-
хов при поперечной записи—327
создаваемые рассеянием света в фо-
682
тослое при поперечной записи—288
циклические при магнитной записи—
555
Нить накала лампы
вибрация—129
провис ание— 129
размеры—129
О
Объектив
коррекция—126
светосила—125
фокусное расстояние—125
Ограничитель уровней звукопередачи—
452
Онтико-механическая связь—141
коэффици ент—141
Олтикоосветительная система
аноморфотная—118
для воспроизведения сигнала с про-
тивофазной фонограммы—413
проекционного типа—120
съемочного типа—120
Оптическая записывающая система
автоколлпматорная—159
зеркального модулятора света для
поперечной записи—165
зеркального модулятора света для
интенсивной записп—166
ленточного осциллографа—156
на узкую кинопленку—512
светового клапана—157
стереофонического светомодулпрую-
щего устройства—655
Оптическая неоднородность фотографи-
ческого изображения—73
Оптическая печать—507
Оптический клин—148
Оптический коэффициент—145
Оптический рычаг—145
Оптический «удвоитель»—157
Оптическое «выпрямление»—400
Оптическое уменьшение фонограммы—
Ореол
диффузный—89
отражения—89
Осветление фотографической фонограм-
мы—374
Освещенность
испытуемого фотослоя в сенсито-
метре—86
кинопленки прп заппсп—149
фонограммы при воспроизведении—
261
Освещенность энергетическая—44
Останавливающая ванна—479
Остаточная индукция магнитной фоно-
граммы—530
поверхностная—531
Осциллограмма фотографическая—58
Отбеливание—483
методы—484
Отдача магнитной фонограммы—526
Отдача фотографической фонограммы
красочной прп использовании ЦГ—
477
красочной прп использовании СЦВ—
480
красочно-серебрянсй при использо-
вании ЦГ и СЦВ—488
многозубчиковой—58
переменной плотности—56
поперечной—56
Относительный наклон (перекос) пи-
шущего и читающего штрихов—326, 376
П
Паста вязкая
защитная—482
отбеливающая—481
проявляющая—482
Паузы освещенность—49
Перезапись
влияние па качество звукопередачи—
454
выбор фонограмм—453
магнитной фонограммы—613
на узкую кинопленку—502
коррекция частотной характеристи-
ки—504
позитивным методом—504
со сжатием—504
Перекрестная модуляция—490
магнитных записей—582
метод—299
П ер емодул я ци я
и с каженп я—329
прп интенсивной записи—350, 378
прп продольной записи—339
прп поперечной записи—329
Переходные процессы
в механической колебательной си-
стеме—212
в речи—9
Перфорации
влияние при магнитной заппси и вос-
произведении—613
шаг на кинопленке—304
шаг расхождения с шагом зубчатого
барабана—104
эффект—78
Печать фотографическая
массовых копий поперечных фоно-
грамм—313
Пишущий штрих—46
влияние формы па качество звукопе-
редачи—282
освещенность—49
размеры для фонограммы на 35-лелс
кинопленке—49
размеры для фонограммы на 16-лш
кинопленке—512
расположение—46
рассеянный—287
резкость—290
способы модуляции длины п шири-
ны—153
способы модуляции освещенности—
143
эквивалентный—291
Пишущих краев число—145
Плотности неравномерной зоны—287
Плотность оптическая
балансная—306
диффузная—92
копировальная— 466
прп воспроизведении—92
683
при отсутствии модуляции—348
прозрачной части поперечной фоно-
граммы—54
регулярная—92
серая эквивалентная красителя—466
средняя фонограммы переменной
плотности—372
темной части поперечной фоно-
граммы—54
цветного поля негатива—466
эффективная—464
Плотность оптическая компенсационная
(оптимальная)—308
контратипа—315
кривая нормального распределения
у массовых фильмокопий—316
массовых фильмокопий—315
негатива перезаписи—321
первичного негатива—321
первичного позитива—320
позитива красочио-серебряной фоно-
граммы—485
промежуточного позитива—321
Поглощение
коэффициент—236
Пограничный эффект рассеяния—64
Пограничные эффекты проявления—71
Позитив фотографической фонограммы—
51
Позитивная запись
многозубчиковая—442
противс фазная интенсивная или про-
дольна я—431
противофазная интенсивная электро-
механическими модуляторами света—
432
противофазная поперечная—427
с ультразвуковым смещением—512
устранепиесрезания начала звука—
430
Полутень—146
световая характеристика—147
способы получения—148
Поляр и з атор—222
Поляроиды—426
Полюсные наконечники
магнитной головки—519
магнитной системы модулятора све-
та—183
требования к материалу—188
Поперечная фотографическая запись—45
дифракционным модулятором света—
241
электроннолучевым модулятором
сьета—250
Порог фотографического почерненпя—
289
Потери
па отражение света—125
на поглощение и рассеяние света—125
светового потока—261
Проволока для магнитной записи—585
Продольная фотографическая запись—48
Проекционная контрастность
коэффи ни опт—92
Пропускание оптической системы
коэффициент—92
Пропускания коэффициент—45
амплитудное значение—56
на малом участке—94
Пропускания спектральный коэффици-
ент—463
стекла—165
Пропускания фотографической фоно-
граммы
коэффициент—52
коэффициент модуляции—52
мгновенное значение—52
среднее значение—52
Пропускания фонограммы переменной
плотности кривые
копии—342
негатива—341
позитива—341
при различных типах фотографиче-
ского процесса—359
Пропускания эффективный коэффици-
ент—465
Пропускания эффективного модуляция
коэффициент для красочной фоно-
граммы—472
коэффициент для красочно-серобря-
ной фонограммы—472
«Просветление» оптических элементов—
125
Просвечивающая лампа—259
параметры—261
питание переменным и постоянным
током—262
электрические показатели—261
Противофазная магнитная головка—603
Противофазная фотографическая за-
пись—403
интенсивная электромеханическими
модуляторами света—408
интенсивная электрооптическими и
электроннолучевыми модуляторами
света—411
по классу АБ с криволинейными
диафрагмами—412
поперечная—406
продольная—157
Проявочные системы с циркуляцией
проявителя—73
Пьезокристаллы—644
Р
Разбалансировка—467
Развертка сигнала пишущим штрихом
прямоугольной формы—282
трапецоида ль ной формы—285
Развертка сигнала при воспроизведе
пии—37
Раздельная обработка цветной много-
слойной кинопленки—481
Разностного тона коэффициент—310
красочной поперечной фонограммы -
477
красочио-серебряной поперечной фо-
нограммы—486
серебряной поперечной фонограммы—
311
Разрешающая способность—88
кинопленок для записи—54
определение в условиях записи—8 »
позитивной кинопленки—54
слоев многослойной кинопленки—46 *
факторы определяющие—89
684
Рассеяние света в фотослое—63
влияние на качество фонограммы
переменной плотности—360
влияние на многозубчиковую фоно-
грамму—437
влияние на характер экспозицион-
ного изображения—63
негативной кинопленки при попереч-
ной записи—290
влияние при копировании негатива
поперечной фонограммы—302
коэффициент (включая поглощение)—
69
Регистрограмма—506
Регулировка уровней звукопередачи
автоматическая оптическим путем—446
ручная—445
Регулировочная характеристика
изменения ширины фонограммы не
ременной плотности—445
передаваемого динамического диапа-
зона—444
Резец
амплитуда смещеппя при записи—621
сапфировый—634
стальной—634
срок службы—634
установка при заппсп—635
Резкость
оптического изображения—115
фотографического изображения—290
Резольвометр—89
Речь
акустическая мощность—9
несимметричность кривой—10
разборчивость—8
тембр—9
физическая характеристика гласных
и согласных—7
форманты русской речи—8
Ртутная лампа—471
С
Световая модуляция
глубина—254
классификация способов—138
с помощью электромеханических мо-
дуляторов света—140
Световая характеристика—115
разностная при противофазной за-
писи—411
Световой клапан—157
Световой поток
монохроматический—134
падающий на фонограмму при вос-
произведении—261
Светомодулирующее устройство для -
в осп р он введения—43
Полякова—39
Светомодулирующее устройство для фо-
тографической записи—114
Викшсмского—38
Кинан—165
ЛИКИ—166
на узкой кинопленке—512
световая характеристика—115
светосила—115
Тагора—227
требования, предъявляемые—-115
чувствительность—115
Шорина—156
Сенситограмма—84
Сенситометр ГОИ—84
Сенситометрии система для цветных
многослойных кино-фотоматериалов—466
Сенситометрические показ ателп
поперечной фонограммы—320
фонограммы переменной плотности—
371
Сенситометрическое испытание фотогра-
фических материалов
на прозрачной подложке—84
метод—84
Сжатие—451
величина—451
Сжиматель—451
время установления и восстановле-
ния—452
характеристики—452
Синхронизация—611
Скорость звуконосителя
влияние на величину нелинейных
искажений при фотографической за-
писи—294
влияние на частотную характеристи-
ку звукопередачи—300, 570
стандартная кинопленки при фото-
графической записи и воспроизве-
дении звука—55
узкой кинопленки—55
Скорости кинопленки колебания—96
амплитуда—99
восприятие—102
методы измерения—108
факторы вызывающие—104
Скорости звуконосителя колебания
допустимая величина—103, 577
при магнитной записи и воспроиз-
ведении—577
Скорости непостоянства коэффициент—
102
Слухового восприятия область—12
Слышимости порог—12
Сопротпвление механическое—199
Сопротивление электрическое—199
нагрузочное—220
Спектр
комбинационных тонов—100
линейчатый—6
результирующего колебания ско-
рости—104
сплошной—6
топов рояля и кларпета—10
Спектральная энергетическая свети-
мость
абсолютно черного тела—132
вольфрамовой нити—132
Спектральная функция
прямоугольного и треугольного им-
пульсов—26
Спектральная чувствительность
глаза—134
кинопленки—134
кпслородно-цезиевого фотокатода—
265
слоев многослойной кинопленки—462
сурьмяно-цезиевого фотокатода—265
Спектральное поглощение
685
красителей—462
оптической системы—126
красочной фонограммы—470
красочно-ссребрянсй фонограммы-
470
серебряной фонограммы—464
фильтра—469
Спектральный состав световой энергии
(лучистого потока)
излучаемой вольфрамом при раз-
личных температурах—132
при записи—90
прн сенситометрическом испытании—
90
Стабилизаторы скоростп—106
Статистический метод испытания—318
Стереофоническая запись звука
на ферромагнитной ленте—654, 657
светомодулпрующее устройство для
двухканальной записи—655
Стереофоническая звукопередачэ—651
Стержня
поперечные колебания—193
Стирание магнитной записи-32
с помощью ультразвукового тока—537
частота ультразвукового тока—538
Стирающая магнитная головка—597
Струны
поперечные колебания—194
Субтрактивный синтез—461
Сульфитная ванна—482
Т
Тагефон—227
Температура
внешней и внутренней поверхности
витков нити лампы—129
накала вольфрамовой нити—127
истинная—133
цветовая—133
яркостная—133
Тонарм—643
Тракт воспроизведения с фотографиче-
ской фонограммы—37
Трак гы звукопередачи с магнитной за*
писью
классификация—30
Тракт фотографической заппси—37
Тракт фотографической обработки за-
писи—37
У
Узкая кинопленка—500
способы получения копий фоно-
граммы—502
технология получения многозубчп-
ковой фонограммы и фонограммы
переменной плотности—507
фотографические показатели серебря-
ных фонограмм—509
фотографические* показатели фоно-
грамм на цветной многослойной ки-
нопленке—510
характеристики звукопередачи—510
Ультразвуковой ток смещения
влияние па отдачу и нелинейные
искажения—575
оптимальная величина—593
частота—576
Управляющая дорожка—447
амплитудно-модулированная—448
частотно-модулпровапная—450
Уравнение электрического равновесия—
Уровень звукопередачи
средний статистический—21
усиление—34
Условия эквивалентности механичес-
ких колебательных систем
с распределенными и сосредоточен-
ными постоянными—192
Установившийся процесс—22
при магнитной записи—556
Установка поляризатора и анализатора
параллельная— 223
скрещенная—223
Ф
Фаза записи—49
Фазовая модуляция—112
Фазовая характеристика—24
Фазового сдвига метод—112
Фазовые искажения—14
Фильтр оптический
синезелсиый—469
цветней корректирующий—469
Фильтр электрический
полосовой—8
резонансный—459
режущий—459
речевой—459
Флуктуация
спектрального пропускания—499
среднего пропускания—74
среднего эффективного пропуска-
ния—499
Фонограмма
в различных слоях позитивной мно-
гослойной кинопленки—468
Фонограф—413
Фотоактпнпчный поток лучпетой энер-
гии— 471
амплитуда при использовании кра-
сочной фонограммы— 477
мои охр оматически й—473
Фотографическая дифракция—290
Фотографическая запись звук i—31
двусторонняя поперечная—157
интенсивная—48
максимальная ширина прп попереч-
ной заппси на 35- и 16-лш кино-
пленках—501
максимальная шприна прп продоль-
ной п интенсивной записи на
35- и 16-мм кинопленках—501
на узкой кинопленке—501
односторонняя поперечная—45
пр сдельная—48
ультрафиолетовым светом—309
электронным пучком—250
Фотографическая красочно-серебряная
поперечная фонограмма—481
износ—490
оптимальная визуальная плотность—
485
с повышенным количеством серебра—
481
686
технологические способы получения—
481
характеристики процесса воспроиз-
ведения прп использовании кисло-
родно-цезиевого фотоэлемента—486
характеристики процесса воспроиз-
ведения при использовании сурь-
мяпо-цезиевого фотоэлемента—488
Фотографическая красочно-серебряная
фонограмма переменной плотности—494
износ—499
оптимальная визуальная плотность—
498
с повышенным количеством серебра—
499
технологические способы получения—
499
характеристики процесса воспроиз-
ведения прп использовании кпсло-
родно-цезпсвого фотоэлемента—498
характеристики процесса воспроиз-
ведения прп использовании сурь-
мяно-цезиевого фотоэлемента—496
Фот< .графическая многозубчпковая фоно-
грамма—434
динамический диапазон—442
искажения—437
на узкой кинопленке—507
оптимальное количество дорожек—
439
способы получения—434
способы шумопонижения—441
уровень шума—442
Фотографическая многозубчпковая про*
тивофазная фонограмма—436
Фотографическая многократная фоно-
грамма—436
Фотографическая нейтральная фоно-
грамма на многослойной пленке—468
Фотографическая обработка
поперечной фонограммы—287
фонограммы переменной плотности—
Фотографическая обработка фонограм-
мы на многослойной кинопленке
красочной—461
красочно-серебряной—481
раздельная фонограммы и изобра-
жения—481
Фотографической обработки оптималь-
ный режим
для красочной поперечной фоно-
граммы—480
для красочно-серебряной попереч-
ной фонограммы—485
для красочно-серебряной фонограм-
мы переменной плотности—497
для серебряной поперечной фоно-
граммы —320
для серебряной фонограммы пере-
менной плотности—372
допуски—372
Фотографическая характеристика излу-
чения вольфрамовой нити—134
Фотографическая поперечная фоно-
грамма—45
износ—278
классификация—153
контроль качества коппи—315
коэффициент разностного топа—31ф
на узкой кинопленке—507
сенситометрические показатели—320
с записью биений—310
Фотографическая противофазная фоно-
грамма—403
классификация— 403
способы получения
по классу А—406
по классу Б—407
по классу А Б—407
сравнительная характеристика раз
личных классов—419
условия неискаженного воспроизве-
дения
по классу А—415
по классу Б—414
по классу АБ—417
Фотографическая противофазная попе-
речная фонограмма (по классу А) двой-
ной ширины—425
Фотографическая серебряная фоно-
грамма на цветной многослойной кино-
пленке—178
технологические способы получения
характеристики—499
Фотографическая фонограмма
действующие параметры—45
основные типы—45
шум при эксплуааации—279
Фотографическая фонограмма на цвет-
ной многослойной кинопленке—4’ 5
методы повышения качества—478
на 16-лш пленке—510
общие характеристики—484
Фотографическая фонограмма перемен-
ной плотности—45
износ—377
контроль качества—365
коэффициент взаимной модуляции —
367
на узкой кинопленке—507
сенситометрические показатели—371
с регулируемой шириной—445
Фотографическая эмульсия
кристаллов средние размеры—63
негативная—63
ортохроматическая—95
панхроматическая—95
позитивная—63
сенсибилизация—461, 469
Фотографический процесс звукопер е-
дачп
графическое представление при ин-
тенсивной плп продольной записи—
340
качество на узкой кинопленке—510
с помощью поперечной фонограммы—
282
типы при интенсивной или продоль-
ной записи—345
характеристика—374
Фотографическое изображение—286
Фотографической поперечной фоно-
граммы заплывание—290
коэффициент—291
поперечное у многозубчиковой фо-
нограммы—437
687
продольное у многозубчнковой фо-
нограммы—438
Фототок—37
Фотоусилительный каскад—275
с комплексной обратной связью—276
Фотоэлектрическая система для вос-
произведения сигнала с противофаз-
ной фонограммы—414
Фотоэлектронная эмиссия—263
Фотоэлектронный умножитель—280
однокаскадный с сурьмяно-цезие-
вым фотокатодом—280
Фотоэлемент—37
дифференциальная проводимость—
274
иптегр аль ная чу ветвите ль ность—266
методика расчета схем включения—
273
нелинейные искажения—277
спектральная чувствительность—264
темновой ток—270
типы, применяемые в кинематогра-
фии—269
уровень помех—271
усталость—272
электрическая характеристика—269
эталонная чувствительность—268
Фотоэлемент кислородно-цезиевый газо-
наполненный ЦГ—264
промышленных типов данные—270
Фотоэлемент сурьяно-цезиовый вакуум-
ный СЦВ—264
пр омышленных типов данные—270
ФЭУ—281
ФЭУМ—281
Фотоэлементов ЦГ п СЦВ сравнитель-
ная характеристика—273
Фурье
‘ интеграл—655
ряд—658
X
Характеристические кривые
кинопленок для записп—354
кинопленки при различной ширине
пишущего штриха—86
кинопленки при ультракоротком
времени освещения (экспозиции)—87
копии—354
крутизна прямолинейного участка—
349
многослойной [позитивной кино-
пленки—467
отдельных слоев многослойной кино-
пленки—440
то же несбалансированных по вуали
и контрасту—441
позитивной кинопленки—371
эффективные многослойной кино-
пленки—493
Ц
Цветное проявление—461
Цветной фильтр—469
Цветовой баланс—467
Цветовой клин—467
Циклические искажения при магнитной
записи
при прямоугольной характеристике
напряженности магнитного поля
головки—555
Циклическое перемагничивание
элемента звуконосителя прп ма-
гнитной заппсп с ультразвуковым
смещением—539
Циклическое изменение отдачи
при прямоугольной характеристике
напряженности магнитного поля го-
ловки—555
Цилиндрические линзы
меридиональная апертура—118
сагиттальная апертура—118
Ч
Частота
спада частотной характеристики
электромагнитного модулятора све-
та—207
ультразвуковых колебаний для сме-
щения—576
ультразвуковых колебаний для сти-
рания—576
условия правильной передачи—55
эквивалентная—503
электромеханического резонанса—207
Частотная модуляция—99
коэффи цпеит—102
Частотная характеристика
влияние па нее степени компенсации
нелинейных искажений—309
з аписыв ател я электр омагнптпого
типа—635
звукопередачи—568
звукоснимателя пьезоэлектрического
типа—645
звукоснимателя электромагнитного
типа—638
контратипа поперечной серебряной
фонограммы—314
массовой копии поперечной красочпо-
серебряной фонограммы—486
массовой копии поперечной сереб-
ряной фонограммы—285
механической записи поперечной—626
механической записи глубинной—626
механической колебательной систе-
мы—197
мпкр озаппсп—633
пегатпва и копии на узкой кино-
пленке—508
негатива поперечной серебряной фо-
нограммы—300
негатива серебряной фонограммы пе-
ременной плотности—95
неравномерности допустимая вели-
чина—27
обусловленная зазором воспроизво-
дящей головки—567
поверхностного эффекта при магнит-
ной записи— 561
позитива поперечной красочной фо-
нограммы—480
позптива поперечной красочно-се-
ребрянэй фонограммы—486
позитива поперечной серебряной фо-
нограммы—308
позитива красочио-серебряной фоно-
граммы переменной плотности—498
688
позитива серебряной фонограммы пе-
ременной плотности—374
при записп музыки оптимальная—455
при записи речи оптимальная—455
протяженного магнитного поля за-
писывающей головкп—549
процесса воспроизведения сигнала
читающим световым штрихом конеч-
ной ширины—58
системы магнитной заппсп п вос-
произведения—570
электромеханического модулятора
света—205
эффекта относительного наклона за-
писывающей и воспроизводящей го-
ловок—569
эффекта относительного наклона пи-
шущего и читающего штрихов прп
интенсивной заппси—376
эффекта саморазмагничпваппя—564
Частотной характеристики коррекция
обратной связью—208
прп магнитной заппси и воспроизве-
дении—571
прп механической записп и воспро-
изведении—638
температурная—214
электромеханического модулятора
света—205
Частотные искажения—16
влияние ультразвукового смещения
при магнитной заппсп—560
восприятие—27
компенсация—457
основные источники—27
создаваемые неравномерной освещен-
ностью пишущего и читающего штри-
хов прп использовании фонограммы
переменной плотности—375
Частотный диапазон
высококачественной передачи му-
зыки—10
высококачественной передачи речп—
10
музыкальных инструментов—11
музыки—10
речи—11
фонограммы па узкой кинопленке—
510
Частотный коэффициент
процесса воспроизведения сигнала
с магнитной фонограммы—567
процесса воспроизведения сигнала
с фотографической фонограммы чи-
тающим штрихом конечной ширины-
60
Частотный множитель
коэффициента модуляции экспози-
ции—335
Читающий штрих—44
освещенность—261
размеры для фонограммы па 35-лш
кинопленке—261
размеры для фонограммы па 16-льи
кинопленке—261
расфокусировки влияние—60
Чувствительность—13
звукоснимателя— 643
кинопленок для заппси—54
44 в. А. Бургов
позитивной кинопленки—54
светохмодулирующей записывающей
системы—115
электромеханического модулятора
света к постоянному току—178
Чувствительность уха—12
к детонациям—103
Ш
Шум—12
граммофонной пластинки—626
маскирующий в кинотеатре—450
общая характеристика—13
уровень в трактах звукопередачи—
30, 609
ферромагнитной лепты, предвари-
тельно намагниченной постоянным
током—578
Шум заплывания—293
относительный уровень—293
Шум структурный магнитной фоно-
граммы—578
уровень —578
физическая природа—578
Шум модуляционный магнитной фоно-
граммы—578
Шум модуляционный фотографической
фонограммы—396
Шум фотографической фонограммы
обусловливаемый зернистостью для
глубинного фотографического изо-
бражения—77
обусловливаемый зернистостью для
поверхностного фотографического
изображения—75
обусловливаемый механическими по-
вреждениями н загрязнениями—77
многозубчиковой фонограммы—441
поперечной красочной фонограммы—
477, 480
поперечной красочпо-серебряной фо-
нограммы—488
поперечной серебряпой фонограммы-
78
противофазной фонограммы—405
серебряной фонограммы перемен-
ной плотности—77
спектральный состав—78
субъективное прослушивание—78
фонограммы переменной плотности
красочной—499
фонограммы леременпой плотности
на многослойной кинопленке—499
Шумоподавптель динамический
с ограничением частотной характе-
ристики звукопередачи —630
с пороговым ограничением сигнала—
630
Шумопонижающее устройство—389, 393
вносимые искажения—395
время открытия и закрытия (постоя
ные времени)—393
типы—393
фазировка входного сигнала—396
Шумопонижение поперечной фотографи-
ческой фонограммы
величина—381, 388
в процессе воспроизведения—397
в процессе записи—заслонкой-381
689
в процессе записи—смещением—382
двойное—426
«запас»—395
многозубчиковой—441
при противофазной заппсп по клас-
су А—406
смещающего тока величина—389
Шумопонижение фотографической фо-
нограммы переменной плотности
автоматическим оптическим спосо-
бом—399
коэффициент—381
при использовании светового кла-
пана—387
при использовании электроннолуче-
вых модуляторов света—388
при использовании зеркального мо-
дулятора света—383
при использовании лампы тлеющего
разряда—388
прп использовании ячейки Керра-
388
при различных типах фотографиче-
ского процесса звукопередачи—380
прп ультразвуковом смещении—514
путем изменения ширины—445
путем сопряженных частотных ха-
рактеристик прп записи и воспро-
изведении—399
Э
Эбсргарда эффект—71
Экспозиция—67
внешняя 67
внутренняя—67
кинопленки прп записи—54
перераспределение—66
поверхностное распределение—66
Экспозиции неравномерной зоны—282
Экспозиции модуляция
коэффициент—357
Экспозиции шпрота
кинопленок для интенсивной и про-
дольной записи—54
кинопленок для поперечной записи—
54
позитивной кинопленки—54
Экспозиционное изображение—66
контраст—72
прп развертке прямоугольным пи-
шущим штрихом—282
при развертке сигнала пишущим
штрихом переменной освещенности—
333
прп развертке спгнала пишущим
штрихом переменной ширины—336
при развертке трапецеидальным
пишущим штрихом—285
прямое—66
распространенное—67
Экспонирующие лампы накаливания—
126
вакуумные—127
газонаполненные—127
исиусказельная способность тела
накала—132
параметры—130
спектральная характеристика—130
электрические показатели—130
Э лсктри ческа я модуля ция
коэффициент— 224
Эл^н I родвижущая сила
ври воспроизведении сигнала с ма-
гнитной фонограммы—534, 568
Электромеханическая связь—199
коэффициент—178
Электромеханический резонанс—207
Электромеханические аналоги—203
Электромеханическое шумопонижаю-
щее устройство—393
для получения позитивных противо-
фазных фонограмм—427
Электронная головка для воспроизведе-
ния сигнала с магнитной ленты—533
Электроннолучевая трубка для фотогра-
фической записи—242
Электроннолучевое устройство для фо-
тографической записи —250
Электрооптическая постоянная—224
Электрооптический эффект Керра—221
Электрооптический эффект в твердых
кристаллах—228
Энергетическая светимость абсолютно
черного тела- 132
Энергии излучения лампы накаливания
колебания при питании переменным
током—262
Эффект «неогибания»4—627
Эффект саморазмагничиванпя—561
Эффект ультракороткого времени осве-
щения (экспозиции)—87
10
Юстировка оптических записывающих
и воспроизводящих систем
влияние на качество звукопередачи
при использовании фонограммы не-
мецкой плотности—377
Я
Якорь ферромагнитный—173
требования к материалу—188
Яркость
габаритная—258
поверхностная—129
Ячейка Керра—221
нелинейные искажения—224
световая характеристика—224
с улучшенной световой характери-
стикой—229
фотографическая характеристика—
226
ЛИТЕРАТУРА
1. Ржев кин С. Н. Слух и речь в свете современных физических исследований,
ОНТИ, М.—Л., 1936.
2. М я с н и к о в Л. Л. Физические исследования звуков русской речи, Изве-
стия Академии наук СССР, т. XIII, № 6, серия физическая, 1949.
3. Мясников Л. Л. Звуки речи и их объективное распознавание, Вестник
Ленинградского университета, № 3, 1946.
4. Snow W. В. Audible frequency ranges of music, speech and noise. The Journal
of the Acoustical Society of America, 3, July, 1931.
5. Sivian L. J., Dunn H. K. and WhiteS. D. Absolute Amplitudes
and Spectra of Musical Instruments and Orchestras. The Journal of the Acous-
tical Society of America, 2, January, 1931.
6. Fletcher H. and Munson W. Loudness, its Definition, Measurement and
Calculation. The Journal of the Acoustical Society of America, 5, October, 1933.
7. В r a u n m u hl H. J. und Weber W. Ober die Storfahigkeit nichtlinearer
Verzerrungen. «Akustische Zeitschrift», Heft 3, Mai, 1937.
8. R c i c h a r d t W. Grundlagen der Electroakustik., Leipzig, 1952.
9. T а г e p П. Г. Из истории развития советского звукового кино, Известия Ака-
демии наук СССР, серия физическая, т. XIII, № 6, 1949.
10. П1 о р и н А.‘ Ф. Приборы для заппсп п воспроизведения звука, Гпзлегпром,
1934.
11. Качерович А. И., Парфентьев А. И. и Хрущев А. А. Звукотехника
кинематографии, Госкпноиздат, 1950.
12. Мелик-Степанян А. М. Пути развития отечественной аппаратуры для
фотографической заппсп звука. Успехи научной фотографии, Академия наук
13. Т h е i s е n W. Е. Pioneering in the Talking Picture. Journal of the Society of
Motion Picture .Engineers. Vol. XXXVI, April, 1941.
14. Бургов В. А. Щель как источник искажений при поперечном способе заппсп
и воспроизведении звука, «Кпно-фотопромышленность», сборник 3, 1933.
15. D u п о у е г L. L’eclairage des films sonores. Revue d’Optique theorique et
instrumentale. Vol. 10, 1931.
16. G r e t c n e r E. Cbcr die Zusammcnharge zwischen der auszeren und inneren Exposi-
tion in photcgraphischen Schichtcn. Zeitschrift fiir wisscnschaftliche Photogra-
phic, Fhotophysik und Photochcmie, Band 38, Heft 11, 12, November—Dczcmber,
1939.
17. L i c h t e H. und N a r a t h A. Physik und Tcchnik des Tonfilms, Leipzig, 1943.
18. К остинекий С. К. Изв. Главной Пулковской обсерватории, т. 1,.№ 11; т. 2,
19. Eberhard G. Uber die gegenseitige Beeinflussung benachbartcr Felder auf einer
Bromsilberplatte, Physik, Z., 13, 1912.
20. В а л e п к о в H. Н. (V а 1 е n к о f f N. ) Cbcr den Eberhardcffckt und seine
Bedcutung fur die photcgraphische Photomctrie. Zeitschrift fiir wisscnschaftliche
Photographic, 27, 1929.
21. Букин IO. И. Исследование многократно-повторного контратпппрования,
«Кпно-фотопромышленность», №7, 1939.
22. А 1 b с г s h е i m W. J. Mathematical Relations between Grain, Background
Noise and characteristic Gurve of Sound-Film Emulsions. Journal of the Society
of Motion Picture Engineers. Vol. XXIX, October, № 4, 1937.
23. Kotowski P. Das Rauschen von Phonogrammlragern. „Die K.inotcchnik‘%
№ 13—14, 1934.
44* 691
24. Б р е й д о И. И. Микросенситометрпчсское исследование фотографических
материалов. Успехи научной фотографии, Академия наук СССР, т. I, М., 1951.
25. К а р т у ж а и с к и й А. Л. и М е й к л я р П. В. Свойства фотографического
слоя при различной длительности непрерывного освещения, Журнал экспери-
ментальной и теоретической физики, т. 21, вып. 4, 1951.
26. Гороховский Ю. II. Классификация структурных свойств фотографиче-
ских слоев. Успехи научной фотографии, Академия наук СССР, т. I, М., 1951.
27. Гороховский 10. И. п Л е в е п б е р г Т. М. Исследование зернистой
структуры проявленных фотографических слоев, ч. 1. Успехи научной фотогра-
фии, Академия паук СССР, т. I, М., 1951.
28. Ч е р н ы й И. А. Запись звука ультрафиолетовым пзлученпем, Журнал тех-
нической физики, т. XIV, вып. 4—5, 1944.
29. С а 1 I i е г A. The Absorption and Scatter of Light by Photographic Negatives
Measured by Means of the Martens Polarisation Photometer. Phot. J. 49, 1909;
Zeitschrift fiir wissenschaftliche Photographic, 7, 1909.
30. S t r e i f f e r t J. G. CallierQ of varies Motion Picture Emulsions. Journal of the
Society of Motion Picture Engineers, № 6, December. Vol. 49, 1947.
31. К о p ii д о p ф В. А. Рассеянно света фотографическими почернениями. Успехи
научной фотографии, Академия наук СССР, т. IV, 1954.
32. П р о в о р п о в С. М. Детали и механизмы киноаппаратуры, Госкпнопздат,
1947.
33. А 1 b е г s h е i m W. J. and Mac К e n z i e D. Analysis of Sound Film
Drives. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 37, November,
1941.
34. M e л и к - С т е п а н я н А. М. Стабилизаторы скорости кинофильма, «Искусство»,
1955.
35. Лауфер М. В. Периодические колсбаппя скоростп движения фонограмм и
некоторые методы измерения коэффициента неравномерности, Труды Киевского
института киноинженеров, выи.. 2, Гос. изд. техн, литер, УССР, Киев, 1954.
36. Shea Т. Е., Mac Nair W. A. and S u b г i z i V. Flutter in Sound Records.
Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 25, November, 1935.
37. Griitzmacher M. Eine neue Methode der Klanganalyse. Zeitschrift fur Te-
chnische Physik, 8, Helt 11, 1927.
38. S с о v i 1 I e R. R. A Laboratory Flutter Measuring Instrument. Journal of the
Society of Motion Picture Engineers. Vol. 25, November, 1935.
39. Miner C. R. A Wow-meter.. General Electric Review. Vol. 47, April, 1944.
40. Русинов M. M. Оптика приборов для заппсп колебаний, Обородгиз, 1939.
41а. Федоров Е. В. Осветительные лампы, Кубуч, 1934.
416. II в а п о в А. И. Электрические источники света, ч. 1. Лампы накаливания,
Гос. объедиц. паучно-техн. изд-во, М.—Л., 1938.
42. О г n s t е i n L. S. Tables of the Emissivity of tungsten as a function of wave-
length from 0,23—2,0 u in the region of temperature 1600°—3000° K. «Physica» 3,
6, June, 1936.
43. F о r s у t h e W. E. and W о r t h у n g. The properties of Tungsten and the cha-
racteristics of Tungsten Lamps. The Astrophysical Journal. Vol. 61, January—
June 1925.
44. T а г e p П. Г. Фотографическая запись электрических процессов. Успехи
научной фотографии, Академия наук СССР, т. II, М., 1954.
45. Бургов В. А. Интенсивный фотографический метод звукопередачи, Госки-
ноиздат, М., 1947.
46. Sachtleben L. Т. Characteristics of the Photophone Light-Modulatung
System. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 25, August, 1935.
47. D i m m i c k G. L. The RCA Recording System and its Adaptation to Various
Types of Sound Tracks. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 25,
August, 1935.
48. D i m m i c k G. L. Optical Control of Wave-Shape and Amplitude Characteristics
in Variable-Density Recording. Journal of the Society of Motion Picture Engi-
neers. Vol. 33, December, 1939.
49. Б у p г о в В. А. Оптическая запись звука, «Искусство», М.—Л., 1937.
50. F г а у n е J. G., Cunningham Т. В. and Pagliarulo V. An Impro-
ved 200 Mil Push-Pull Light Valve Modulator. Journal of the Society of ^Motion
Picture Engineers. Vol. 47, December, 1946.
51. Б у p г о в В. А. Светомодулирующая система с зеркальным гальванометром,
Госкпнопздат, М., 1947.
52. W е n t е Е. С. and Biddulph R. A Light for the Stereophonic SoundFilm
System. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 37, Oktober, 1941.
53. D i m m i c k G. L. A Newly Developed Light Modulator for Sound Recording.
Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 49, July, 1947.
692
54а. Бу р г о в В. А. Зеркальный гальванометр RCA, «Кпно-фотохпмпромышлен-
ность». № 8, 1938.
546. А р к а д ь е в В. К. Электромагнитные процессы в металлах, ч. 1. Постоянное
электрическое н магнитное поле, Гос. объеднн. научно-техн. пзд-во, М.—Л., 1935.
55. В о н с о в с к п й С. В. Современное учение о магнетизме, Гос. изд-во техни-
ко-тсор. литер., М.—Л., 1952.
56. X а р к с в п ч А. А. Теория электроакустических аппаратов, Связьиздат,
М., 1940.
57. Теория, расчет п конструирование электроизмерительных приборов. Под ред.
И. II. Пономарева, Л., 1943.
58. А I Ь е г s h е i m J. W. and В г о w n L. F. Stabilized Feedback Light Valve.
Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 38, March, 1942.
59. В 1 о n d e 1 A. Thcorie des oscillcgraphcs, «L’eclairage elcctriquc», 33, 1902.
60. G e r 1 a c h E. A New Dynamic Light Valve. Journal of the Society of
Motion Picture Engineers. Vol. XXIX, October, 1937.
61. Тимошенко С. H. Теория колебаний в инженерном деле, ГИТИ, 1931.
62. Kerr J. On a new relation between electricity and light. Phil. Mag., 4th Series,
50, November. 1875.
63. T а г e p П. Г. Ячейка Керра, «Искусство», 1937.
64. D r e s s 1 e r R. and Chesnes A. Sound on-Film Recording Using Electro-
optic Cristal Techniques. Journal of the Society of Motion Picture and Television
Engineers. Vol. 60, March, 1953.
65. Электро и л к а. Под общей редакцией А. А.Жигарева, Госэпергоиздат, 1951,
66. Яку п и п с к и й Е. А. Новый тип газосветной лампы для записи звука,
«Сов. кинофотопромышленность», № 7, 1936.
67. Я к у н и н с к и й Е. А. Газосветная лампа как модулятор ультрафиолето-
вых лучей, Труды лепингр. ин-та кинонпженеров, вып. 1, 1938.
68. Engl Jo. Dcr Tonende Film., Braunschweig, 1927 (русский перевод: Э н г л ь
Джо. Говорящая фильма, ГИЗ, 1928).
69. J. Tykocinski-Tykociner. Photographic Recording and Photo-
Electric Reproduction of Sound Transactions of the Society of Motion Picture Engi-
neers, № 16, May, 1923.
70. С о к о л о в С. Я. Современные проблемы применения ультразвука. Успехи
физических наук, т. XL, вып. 1, январь, 1950.
71. Raman С. V. Nagcndra-Nath N. S. The Diffraction of Light by High Fre-
quency Sound Waves, Proceedings of the Indian Academy ol Sciences. Vol. II,
October, № 4, Section A, 1935.
72. Тагор 11. Г. Световые реле, «Автоматика и телемеханика», № 2, 1941.
73а. X а р и з о м е н о в В. К. Модуляция света па ультразвуковых волнах,
Журнал технической физики, т. VII, вып. 8, 1937.
736. С т е к о л ь н и к о в И. С. Электронный осциллограф, Гостехиздат, 1947.
73в. С т о к о л ь н и к о в II. С. Импульсная осциллография и ее применение,
пзд-во Академии наук СССР, 1949.
74. М о с к в п н А. В. Катодолюминесценция, ч. 1, Гостехиздат, 1949.
75. N о t t i n g h a m W. B. Electrical and Luminescent Properties of Willemite
under Electron Bombardment. Journal Appl. Phys. 8, November, 1937.
76. M a r t i n S. T., Headrick L. B., Light Output and Secondary Emission
Charachtcristics of Luminescent Materials, Journal Appl. Phys. 10, February, 1939.
77. T а г e p П. Г. Элсктропнооптическое устройство для заппсп звуков, ДАН
СССР, 73, № 6, 1950.
78.
79.
Л а у ф е р М. В. Hoi ый метод получения фотографических фонограмм с помощью
электроннолучевых тр^Сск, Пруды* Кгстсксго института кпвсььжсьсров, вып. 2,
Гос. изд. техн, литер.. V ССР, Киев, 1SE4.
J. Potter Shields. New Sound Rccoi ding System Radio Electronics, April, N 7,
80. Kotowski P. Das Tonlampenbrummen in Lichttcnanlagen. Z. teebn. Physik,
14, 270—274, 1933.
81. Л у к п p с к и й П. 11. и Л у ш е в а Н. И. Фотоэлементы с большой селек-
тивной чувствительностью, Журнал технической физики, VII, 18—19, 1937.
82. Л у к ь я п о в С. 10. Фотоэлементы, изд-во Академии паук СССР, 1948.
83. Рейх Г. Дж. Теория п применения электронных приборов, Гос. энергоиздат.,
84. Г а л ь п с р ш т с й и Л. Я. и Хрущев А. Ф. Электрическая отдача
фонограммы, «Кинофототехнпка», № 6, 1941.
85. Чечи к Н. О., Файнштейн С. М., Лифшиц Т. М. Электронные умножи-
тели, Гос. пзд-во техн.-теор. лит., М., 1954.
86. К у б е ц к и й Л. А. Проблема каскадного вторпчпо-электронпого преобра-
зования, «Автоматика п телемеханика», № 1. 1936.
693
87. Foster D. The Effect of Exposure and Development on the Quality of Variable-
Width Photographic Sound Recording. Journal of the Society of Motion
Picture Engineers. Vol. 17, November, 1931.
88. Ц и p у л и н a 3. В. К вопросу о влпянпп формы светового штрпха на каче-
ство поперечной фонограммы, Труды Ленпнгр. ин-та кпноинжепсров, вып. 2, Гос-
киноиздат, 1949.
89. N а г a t h A. Entstehung und Beseitigung des Donnereffektes bei Zackentonfil-
men. Zeitschrift fiir technische Physik. 18, 1937.
90. Парфентьев А. И. Основы фотографической заппсп звука, Госкпнопздат,
1947.
91. N а г a th A. Zur theory des Donncreffectes und seiner Abhangigkeit vom
Gammawert. «Kinotechnik» 19, № 13, 1937.
92. N a r a t h A. Die Doppel Tonmetode und ihre Anwcndung im Tonfilm. Tcle-
funken-Ztg. 17, 1936.
93. В а к e r J. V. and Robinson D. H. Modulated High-Frequency Recording
as a Means of Determining Conditions for Optimal Processing. Journal of the
Society of Motion Picture Engineers. Vol. 30., January, 1938.
94. Г о л д о в с к п й Е. М. Частотная характеристика негатива трансверсальной
фонограммы и разрешающая способность кинопленки, «Кино-фотохимпромыш-
лснность», № 2, 1940.
95. G г a b t г е е J. Sound Film Printing. Journal of the Society of Motion Picture
Engineers. Vol. 22, Ferbruary, 1934.
96. Frayne J. G. Electrical Printing. Journal of the Society of Motion Picture
and Television Engineers. Vol. 55, December, 1950.
97a . D i m m i c k G. L. Improved Resolution in Sound Recording and Printing by
the use of ultraviolet Light. Journal of the Society of Motion Picture Engineers.
Vol. 27, August, 1936.
976. Бургов В. А. Запись звука ультрафиолетовыми лучами, «Кппо-фотохимпро-
мышленность», № 1, 1938.
98. N а ra th A. und Vox W. Mcthodcn zur Messung des photographischen Gleich-
richtcreffcktcs. «Kinotechnik» 20, 1938.
99. А н т о ii о в С. М., 3 е л п к м а н В. Л. п М а р х п л е в и ч К. И.,
Кинопленка п ее обработка, Госкпнопздат, М., 1950.
100. Бурмистров Ф. Л. Разрешающая способность фотографических слоев,
Труды Гос. оптич. пн-та, X, вып. 90, 1934.
101а . Лауфср М. В. К вопросу об искажениях прп воспроизведении записп
с пленки, Журнал технической физики, VI, 1, 1936.
1016. Л а у ф е р М. В. К вопросу об искажениях при воспроизведении звуковой
заппсп с пленки, Журнал технической физики, VI, 6, 1936.
102. В a Is е 1 С. N. and Cartwright С. Н. Effect of Uneven Slit Illumi-
nation upon Distortion in Several Types of Variable-Width Records. Journal of
the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 29, November, 1937.
103. Cook E. D. The Aperture Alignment Effect. Journal of the Society of Motion
Picture Engineers. Vol. 21, November, 1933.
104. Foster D. Effect of Orientation of the Scanning Image on the Quality of Sound
Reproduced from Variable-Width Records. Journal of the Society of Motion Picture
Engineers. Vol. 33, November, 1933.
105. Pictor W. und Friebel L. Untersuchungen uber die verzerrungen bei
uebersteuerung von Lichttonfilmen. «Kinotechnik», Helt 14, 1934.
106. Shea T. E., H e r r i о 11 W. and G о e h n e r W. R. The Principles of the
Light Valve. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 18, June,
1932.
107. Jones L. A. On the theory of Tone Reproduction, with a Graphic Method for
the Solution of Problems. Journal of the Optical Society of America. Vol. 5, 1921;
Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 16, May, 1931.
108. Goldberg E. Der Aufban des photographischen Bildes W. Knapp, Halle,
1922 (русский перевод: Гольдберг E. Построение фотографического изоб-
ражения, изд. «Огонек», М., 1929).
109. L i с h t е Н. und N а г a t h A. Das Klartonverfahren. «Kinotechnik» 17,
18, 20, 1932 (русский перевод: Лихте Г. п Н а р а т А. Бесшумная запись.
Физические проблемы техники звукового кино, сборник 2, Гос. тсхн.-теор. с
изд.-во, М.—Л., 1935).
110. Frayn с J. G. and Scoville R. R. Analysis and Measurement of
Distortion in Variable-Density Recording. Journal of the Society of Motion Picture
Engineers. Vol. 32, June, 1939.
ill. Townsend R., Clark L., D о w e 1 I H. Me. Ground Noise Reduction
RCA Photophone System. Academy of Motion Picture Arts, Hollywood,
1931.
694
112. Silent H. C. and F г а у n е, J. G. Western Electric Noiseless Recording.
Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 18, May, 1932.
113. Kellogg E. W. Ground-Noise Reduction Systems. Journal of the Society
of Motion Picture Engineers. Vol. 18, February, 1941.
114. JI а м а г и н К. А. К расчету постоянных времени в устройствах, работающих
с определенной задержкой, «Кипо-фотохимпромышленность», № 11—12, 1940.
115. Гальперин Б. С. Искажения переходного режима в обесшумлпва-
юших устройствах, «Кино-фотохпмпромышленпость», № 5, 1937.
116. Scoville R. R. and Bell W. S. Design and Use of Noise Reduction Bias
Systems. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 38, February, 1942.
117. Technical Bulletin. ResearchCouncil, Academy of Motion Picture Arts and Scien-
ces, October, 1938.
118. Ta rep П. Г. Новый технологический процесс звукозаписи. «Сов. кппо-фото-
промышленность», № 11, 1936.
119а. Mayer J. Die Gcgentakttonaufzeichnung mittels Sprossenschrift. «Kino-
technik», № 2, 1936.
1196. M а н ь к о в с к и й В. С. Теоретические основы пушпульной заппси звука,
«Кнно-фотохимпромышленность», № 5, 1940.
119в. М а н ь к о в с к и й В. С. Воспроизведение звука с пушпульных фонограмм,
«Кпно-фотохпмпромышленность», № 9, 1940.
120а. CeccariniO. О. Theoretical Notes on the Push-Pull Method of Recording
Sound. Journal of the Society of Alotion Picture Engineers. Vol. XXX, February,
1938.
1206. Cartwright С. H., Thompson W. S. The Class AB Push-Pull
Recording System. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. XXXI11,
September, 1939.
121. S t r e i f f e r t J. G. A System of Double Noise Reduction for Variable-Area
Recording for Direct-Playback Purposes. Journal of the Society of Motion Picture
and Television Engineers. Vol. 57, October, 1951.
122. D i m m i c k G. L., В 1 a n e у A. C. A Direct Positive System of Sound Recor-
ding. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. XXXIII, November,
1939.
123. В 1 a n e у A. C. Notes on Operating Experience Using the Direct-Positive Push-
Pull Method of Recording. Journal of the Society of Alotion Picture Engineers.
Vol. 42, Alay, 1944.
124. Browder L. B. Direct-Positive Variable-Area Recording with the Light
Valve. Journal of the Society of Alotion Picture Engineers. Vol. 53, August, 1949.
125. Narath A. Die Photcgraphischen Verhaltnissc der Vielzackcnschrift. «Kino-
technik», № 22, 23, 24, 1934.
126. Парфентьев A. И. Исследование многодорожечной заппси, Журнал тех-
нической физики, т. XVIII, вып. 9. 1948.
127. AI i 1 1 е г W. С. Volume Control by the Squeeze Track. Journal of the Society
of Alotion Picture Engineers. Vol. XV, № 1, 1930.
128. Narath A., Schwarz K. und U I n e r Al. Die Grundlagen dor Schniir-
schrift und none Vcrfahrcn zu ihrer Hcrstellung. «Kinotechnik», № 6, 7, 1940.
129. F г a у n e J. G. and Wolfe H. Elements of Sound Recording. Willey J., New
York, 1949.
130. F г a у n e J. G. and Herrnfeld F. A Frequency-Modulated Control-
Track for Vovictone Prints. Journal of the Society of Motion Picture Engineers.
Vol. 38, February, 1942.
131. Levinson N. and Goldsmith L. T. (Vitasound.) Journal of the Society
of Motion Picture Engineers. Vol. 45, November, 1945.
132. A a 1 b e r g J. O. and Stewart J. G. Application of Non-Linear Volume
Characteristics to Dialog Retarding. Journal of the Society of Alotion Picture Engi-
neers, Vol. XXXI, September, 1938.
133a. Al u e 1 I c r W. A. Audience Noise as a Limitation to the Permissible Volume
Range of Dialog in Sound Motion Pictures. Journal of the Society of Motion Picture
Engineers. Vol. 35, July, 1940.
1336. Горбачев И. А. и Жуковский С. P. Применение компрессора
в тракте звукозаписи, «К пне фототехника», № 4, 1941.
134. Ш у ш ар и и С. С. О перезаписи фонограмм, Труды НИКФИ, вып. 7, 1947.
135а. Высоцкий А1. 3. Фильтр для записи речи в звуковом кино, «Сов. кино-
фотопромышленность», № 10, 1936.
1356. Жуковский С. Р. Электрические фильтры в технике заппси на кино-
пленку, Кино-фотохимпромышленность, 4, 1938.
135в. Hopper F. L Electrical Networks for Recording. Journal of the Society of
Alotion Picture Engineers. Vol. 31, November, 1938
136. X p у щ e в А. А. Новая система воспроизведения звука, Госкпнопздат, AL, 1950.
695
137а. Гороховский 10. Н., Балабуха Д. К. и Л ев ев б ср г Т. М.
Исследования по сенситометрии многослойных цветографических материалов.
I. Основные положения и метод исследования. Успехи научной фотографии. Ака-
демия наук СССР. т. II, 1954.
1376. Гороховский 10. Н.» Балабуха Д. К. пПопомаренко О. М‘.
Исследования по сенситометрии многослойных цветографических материалов.
II. Специальные фотографические свойства цветографических материалов.
Успехи научной фотографии, Академия наук СССР, т. II, 1954.
137в. Гороховский IO. Н. и Л е в е н б е р г Т. М. Исследования по сенси-
тометрии многослойных цветографических материалов. IV. Разрешающая способ-
ность цветографических материалов. Успехи научной фотографии, Академия наук
СССР, т. II, М., 1954.
138. Парфентьев А. II. Физические основы оптической записп звука, Гос.
пзд-во техн.-теор. литер., М., 1953.
139. G б г i s с h R. und G б г 1 i с h Р. Zur Wiedcrgabc von Farbfilm—Tonaufzei-
chungen. «Kinotechnik», Heft 4, 1942 (см. также Journal of the Society of Motion
Picture Engineers, Vol. 43, September, 1944).
140. Forsythe W. E. and Adams E. Q. Radiating characteristics of Tungsten
and Tungsten Lamps. Journal of the Optical Society of America. Vol. 35, № 2,
February, 1945.
141. Brock er O.V. und Rower K. Aus der Praxis der Aufnahme und Wiedergabe
von Farbtonaufzeichn ungen nach dem Agfacolor-Verfahrcn. «Kinotechnik», Heft
6, 1942.
142. ForrestJ. L. Metallic-Salt Track on Ansco 16-mm Color Film, Journal of the
Society of Motion Picture Engineers. Vol. 53, July, 1949.
143. Me Kie R. V. Variable-Area Sound Track Requirements for Reduction Printing
Onto Kodachrome. Journal of the Society of Motion Picture and Television Engi-
neers. Vol. 55, July, 1950.
144a. Evans С. H. and Fincle J. F. Sound Track on Eastman Color Print
Film. Journal of the Society of Motion Picture and Television Engineers. Vol. 57,
August, 1951.
1446. H a n s о n W. T. and К i s n e r W. I. Improved Color Films for Color Motion
Picture Production. Journal cf the Society of Motion Picture and Television Engi-
neers. Vol. 61, December, 1953.
145. Голдовский E. M. Изготовление узких кинофильмов, Госкпнопздат, 1945.
146. К а р п п и д и С. Д. Фонограмма на узком фильме. Успехи научной фотогра-
фии, Академия паук СССР, т. II, М., 1954.
147. Keith С. К. and Pagliarulo V. Direct-Positive Variable-Density
Recording with the Light Valve. Journal of the Society of Motion Picture Engi-
neers. Vol. 52, June, 1949.
148a. Poulsen V. Annalen der Physik und Chemie, Leipzig, 3, 754—760, 1900.
I486. Г о p о н И. E. Отечественные конструкции аппаратов магнитной звукоза-
писи, Известия Академии наук СССР, т. XIII, № 6. серия физическая, 1949.
148в. Schuller Е. Magnetische Schallaufzeichnung. Electrotechnische Zeitschrift 56,
Heft 45, November, 1935.
149. Порто Д. H. Статические магнитные поля тороидальных записывающих
головок, «Радиотехника», т. 7, № 2, 1952.
150. W е s t m i j z e W. K. Studies on magnetic Recording, Philips Research Reports.
Vol. 8, № 3, 1953.
151. Begun S. J. Magnetic Recording, Murray Hill Books, Inc., New York, 1948.
152. W e s t m i j z e W. K. Studies on magnetic Recording, Philips Research
Reports. Vol. 8, As 4, 1953.
153a. Skellet A. M., Leve ridge L. E., Gratian J. W. Electron-Beam
Head for Magnetic Tape Playback. «Electronics», Oktober, 1953.
1536. Векслер Г. С. Осциллографическое изучение процесса размагничивания
переменным током, «Радиотехника», т. 7, № 2, 1952.
154. Holmes L. С. and Clark D. L. Supersonic bias for magnetic recording.
«Electronics». Vol. 18, 1945.
155. К г о n e s F. Die magnetische Schallaufzeichnung in Theorie und Praxis. Techn.
Zcitschrif ten verlag B. ERB, Wien, 1952.
156. C a m r a s M. Graphical analysis of linear magnetic recording using high frequen-
cy excitation. Proc. I.R.E. \ol. 37, May, 1949.
157. Schuh F., Mikhn ewitch N. L ’enregistrement Magnctique, Edition
Gead, Paris, 1952.
158. Векслер Г. С. О визуализации динамических процессов, происходящих
в ферромагнетике при магнитной записи, «Радиотехника», т. 7, № 1, 1952.
159. М и с k е n h i г п О. W. Recording Demagnetization in Magnetic Tape Recor-
ding. Proceedings of the I.R.E. Vol. 39, August, 1951.
69o
160. Axon P. E. An Investigation into the Mechanism of Magnetic Tape Recording.
Proc. Institution Electrical Engineers, London, Art 3. Vol. 99, № 59, May, 1952.
161. T о о m i n H. and Wildefeuer D. The mechanism of Supersonic frequen-
cies as applied to magnetic recording. Proc. I.R.E. Vol. 35, November. 1944.
162. Daniel E. D., The Influence of Some Head and Tape Constarts on the
Signal Pecorded on Magnetic Tape, The Proceedings of the Institution of Elec-
trical Engineers, Part III, № 65. Vol. 100, May, 1953.
163. Westmi jze W. K. Studies on magnetic Recording. Philips Research
Reports. Vol. 8, № 5, August, 1953.
164. Порто Д. H. Основные факторы, определяющие частотную характеристику
в магнитной записи звука. Труды комиссии по акустике, пзд-во Академии наук
СССР, сборник 6, 1951.
165. С е л и с с к и й Я. П., Матвеев Г. А. Магнитная проницаемость некото-
рых материалов в слабых полях звуковой и надзвуковой частоты, «Электриче-
ство», № 9, 1948.
166. Трахтенберг Ф. М. Влияние процесса саморазмагнпчивания на величину
остаточной индукции в ферромагнитном звуконосителе, синусоидально намагни-
ченном по длине. Труды комиссии по акустике, изд-во Академии паук СССР,
сборник 5, 1950.
167. Lubeck Н. Magnetische Schallaufzeichnung mit Filmen und Ringkopfen.
«Akustische Zeitschrift» 2, Heft 6, 1937.
168a. X a p к e в и ч А. А. К теории воспроизведения магнитной записи. Труды
комиссии по акустике, изд-во Академии паук СССР, сборник 7, 1953.
1686. Томашевский П. С. Исследование магнитной звукозаписи методом моду-
ляции, «Радиотехника», т. 7, № 2, 1950.
169. Б р а г и н с к и й В. Частотные искажения при магнитной заппсп, «Радио»,
№ 10, 1951.
170. L о v icb i A., Deriand J. Р. Structure Cristalline et Proprietes Electro-Acousti-
ques des Films Magnetiques, L Onde Electrique. Vol. 32, July, 1952.
171. Zenner R. E. Alagnetic Recording with AC Bias, Proc, of the I.R.E., Feb-
ruary, 1950.
172. Г о л ь д б е р г Г. А. Искажения детонацпи магнитной записи, «Радиотех-
ника», т. 7, № 2, 1952.
173. Wendt В. Zeitcffecte am Magnettonband, Veroffentlichungcn der Wissenschaftli-
chen Photo-Laboratorien «AGFA». Band VII, S. Hirzel Verlagsbuchhandlung,
Leipzig, 1951.
174. C a m r a s AL and Herr R. Duplicatung Alagnetic Tape by Contact Printing.
«Electronics», 22, December, 1949.
175. Корольков В. Г. А1агнптная запись звука, Госэнергоиздат, AI.—Л., 1949.
176. Rettinger AI. А—С Alagnetic Erase Heads. Journal of the Society of Motion
Picture and Television Engineers. Vol. 56, October, 1951.
177. Rettinger AL A., Alagnetic Record-Reproduce Head. Journal of the Society
of Alotion Picture and Television Engineers. Vol. 55, October, 1950.
178. Брагинский В. Типовые головкп для магнитофонов, «Радио», № 12,
1950.
179. Пархоменко В. И. Новые конструкции магнитных головок, «Радиотех-
ника», т. 7, № 2, 1952.
180. С a m г a s AL New Alagnetic—Recording Head. Journal of the Society of Alotion
Picture and Television Engineers. Vol. 58, January, 1952.
181. D a n i e 1 II. L. Boundaiy—Displacement Alagnetic Recording, Radio Electro-
nics, April, 1952.
182. Высоцкий AI. 3. Технология звукозаписи кинофильмов, «Искусство», 1954.
183. Ryder L. L. and Denney В. H. Alagnetic Sound- Track Placement.
Journal of the Society of Motion Picture and Television Engineers. Vol. 58,
February, 1952.
184. F г a у n e J. G. and Livadary J. P. Dual'Photomagnetic Intermediate
Studio Recording. Journal of the Society of Alotion Picture and Television Engi-
neers. Vol. 59, November, 1952.
185. P e г и p e p E. И. Граммофонная пластинка, Гос. научно-техн, изд-во хим. литер.
М.—Л., 1940.
186. Гор он И. Е. Радиовещание, Связьиздат, 1944.
187. Read О. The Recording and Reproduction of Sound, Howard W. Sams & Co,
Inc., Indianopolis, 1952.
188. Buchmann G. und AI e у e r E. Eine optische Alessmethode fur Grammophon-
platten ENT, 7, 4, 1930.
189. Buchmann G. und AI e у e r E. Ober den Frcquenzbereich des Nadelgcrau-
sches bei Schallplatten. ENT. Band 8, Heft 5, 1931.
190. Pierce J. A. and Hunt F. V. Distortion of Sound Reproduction from
697
Phonograph Records. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 31,
August, 1938.
191. Шорин А. Ф. Аппарат «Шоринофон» п его применение в кино, «Кпно-фото-
химпромышленность», № 6, 1935.
192. Scott Н. Н. Dynamic Noise Suppressor. «Electronics». Vol. 20, December, 1947.
193. Olson H. F. Audio Noise Reduction Circuits. «Electronics». Vol. 20, December,
1947.
194. Аполлонова Л. п Шумова H. Долгоиграющая пластинка, «Радио»,
№ И, 1952.
195. Б е к т а б е г о в А. К. и Жук М. С. Рекордер для заппси на диск, Гос-
эпергоиздат, М.—Л., 1951.
196. V е i t h L. and W i e b usch C. F. Recent Developments in Hill and Dale
Recorders. Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. 30, January,
1938.
197. Фурдуев В. В. Электроакустика, Гос. изд-во техн.-теор. литер. 1948.
198. Бектабегов А. К. и Жук М. С. Граммофонные звукосниматели, Гос-
энергопздат, М.—Л., 1950.
199. Остроумов Г. А. Электроакустика. Гос. изд-во по технике связи, М., 1936.
200. Бектабегов А. К. Универсальные пьезоэлектрические звукосниматели,
«Радио», № 10, 1953.
201. Miller J. A. Mechanographic Recording for Motion Picture Sound-Tracks.
Journal of the Society of Motion Picture Engineers. Vol. XXV, July, 1935.
202. Snow W. B. Basic Principles of Stereophonic Sound. Journal of the Society of
Motion Picture and Television Engineers. Vol. 61, November, 1953.
203. S i v i a n L. J. and White S. D. Minimum audible Sound fields.
J. Acoust. Soc. Am. 4, April, 1933.
204a. Hornbostel E. M. und Wertheimer M. Ober die Wahrnchmung
dor Schallrichtung. Gcsamtsitzung von 15 april 1920. Sitzungsbcrichte der Prcussi-
schen Academie der Wissenschaften, Verlag der Academie der Wisscnschaften,
Berlin, 1920.
2046. Stewart G. W. The function of intensity and phase in binaural location of
pure tones. Phys. Rev., May, 1920.
205. Fletcher H. Stereophonic Recording and ReproducingSistem. Developments in
Stereophony. Journal of the Society of Motion Picture and Television Engineers.
Vol. 61. September, Part II, 1953.
206. Высоцкий M. 3. и Коноплев Б. H. Пространственное воспроизве-
дение звука в широковещании и звуковом кино, Журнал технической физики,
т. 8, № 5, 1937.
207. Баташев В. В. «Проблемы стереозвука, «Киномеханик», ноябрь, 1937.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
От автора................................................................ 2
Часть I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
.Глава I. Звуковой сигнал, искажения и методы звукопередачи
§ 1. Звуковой сигнал п его характеристика......................... 5
§ 2 Искажения сигнала, возникающие в тракте звукопередачи ... 13
§ 3. Методы звукопередачи с предварительной записью.............. 31
5 4. Методы звукопередачи, применяемые в звуковой кинематографии 35
§ 5. Тракты передачи звука фотографическими методами в кинемато-
графии ..................................................... 36
§ 6. Роль отечественных ученых в становлении и развитии фотографи-
ческих методов заппсп и воспроизведения звука................... 38
Часть II
Фотографические методы звукопередачи
Глава II. Основы фотографической записи п воспроизведения
§ 7. Принцип заппсп и воспроизведения сигналов звуковой частоты . 43
3 8. Условия правильной передачи движущейся фотогра фической фоно-
граммой амплитуд и частот косинусоидальных слагающих сигнала 50
§ 9. Отдача фотографической фонограммы.......................... 55
§ 10. Влияние конечной ширины читающего штриха на передачу колеба-
ний звуковой частоты............................................. 58
И. Основные требования, предъявляемые к фотографической фоно-
грамме .................................................... 62
§ 12. Рассеяние света в фотографическом слое кинопленки и его влия-
ние на характер экспозиционного изображения...................... 63
$ 13. Пограничные эффекты проявления п их влияние на характер фото-
графического изображения в виде фонограммы................... 71
§ 14. Оптическая неоднородность проявленной кинопленки как источ-
ник шума при воспроизведении спгнала с фотографической фоно-
граммы ........................................................ 73
§ 15. Динамический диапазон фотографической фонограммы............ 78
§ 16. Применение основных положений фотографической сенситометрии
к передаче звука фотографической фонограммой................ 83
§ 17. Частотная характеристика фотографической фонограммы .... 94
§ 18. Колебания скорости движения кинопленок при записи и воспро-
изведении спгнала как источник искажений.................... 96
§ 19. Факторы, вызывающие колебания скорости движения кинопленок
в аппаратах записи п воспроизведения звука, и принцип стабили-
зации скорости.................................................. 104
§ 20. Методы измерения колебаний скорости движения фонограммы . . 108
Глава III. Светомодулпрующпе устройства для заппсп сигнала
§ 21. Общая схема п основные характеристики светомодулирующего
устройства для заппсп спгнала................................... 114
699-
§ 22. Требования, предъявляемые к светомодулпрующему устройству
для записи сигналов звуковой частоты............................ 115
§ 23. Освещенность пишущего штриха.............................. 116
§ 24. Оптические системы с механической щелью и бссщелсвые опти-
ческие системы.................................................. 118
§ 25. Экспонирующие лампы и их общая характеристика............. 126
§ 26. Непостоянство светового излучения лампы во времени как источ-
ник искажений................................................... 135
§ 27. Типы модуляторов света (классификация модуляторов света) . . . 136
§ 28. Общие принципы осуществления световой модуляции с помощью
электромеханических модуляторов света........................... 139
§ 29. Способ модуляции освещенности пишущего штрпха путем изме-
нения действующей длины механической щелп....................... 143
§ 30. Способ модуляции освещенности пишущего штрпха путем перекры-
тия механической щелп полутенью................................. 146
§ 31. Способ модуляции освещенности пишущего штрпха путем изме-
нения апертуры изображающей цилиндрической линзы плп изобра-
жающего объектива............................................... 151
§ 32. Способы модуляции длпны плп ширины пишущего штрпха . . . 153
§ 33. Светомодулпрующсе устройство с зеркальным модулятором света 158
§ 34. Построение оптической системы зеркального модулятора света . 164
§ 35. Общие схемы электромеханических модуляторов света......... 172
§ 36. Чувствительность модулятора света......................... 178
§ 37. Нелинейные искажения, вызываемые модуляторами света, и усло-
вия линеаризации................................................ 180
§ 38. Поведение линейной механической колебательной системы (пере-
ходной п установившийся процессы)............................... 192
§ 39. Частотная характеристика модулятора света и ее коррекция . . . 205
§ 40. Сравнительная характеристика электромагнитного и магнито-элек-
трического модуляторов света.................................... 221
§ 41. Ячейка Керра как модулятор света.......................... 221
§ 42. Газоразрядная лампа как модулятор света................... 230
§ 43. Дифракционный модулятор света на ультразвуковых колебаниях 237
§ 44. Электроннолучевой модулятор света и его использование для мо-
дуляции света................................................... 242
§ 45. Сравнительная характеристика светомодулпруюшпх устройств . . 253
§ 46. Основные требования, предъявляемые к оптпкоосвстптельной си-
стеме светомодулпрующего устройства для воспроизведения сигнала 257
§ 47. Типы оптпкоосветительных систем для воспроизведения сигнала . 258
§ 48. Просвечивающие лампы и питание их постоянным током .... 259
§ 49. Фотоэлементы и фотоусилительные каскады (основные схемы п
характеристики)................................................. 263
Глава IV. Фотографический метод звукопередачи с помощью поперечной
фонограммы
§ 50. Эк< позиционные изображения на кинопленке в результате раз-
вертки сигнала пишущими штрихами прямоугольной и трапеце-
идальной формы................................................ 282
§ 51. Влияние светочувствительного материала (кинопленки), условий
его проявления и рассеяния света в фотослое на характер фото-
графического изображения негатива фонограммы................... 286
§ 52. Заплывание фонограммы..................................... 290
§ 53. Шум заплывания и частотная характеристика негатива фоно-
граммы ......................................................... 292
§ 54. Компенсационный метод печати фонограммы................... 301
§ 55. Частотная характеристика позитива фонограммы............... 308
§ 56. Методы определения оптимальных условий поперечной заппсп и ее
фотографической обработки....................................... 309
§ 57. Контратипированпе и печать массовых копий поперечных фопо-
грамхм.......................................................... 313
§ 58. Промышленные кинопленки для поперечной фонограммы .... 319
§ 59. Сенситометрические показатели поперечных фонограмм и допуски
на фотообработку................................................ 320
§ 60. Частотный п динамический диапазоны поперечных фонограмм . . 321
§ 61. Влияние неравномерной освещенности пишущего и читающего
штрихов......................................................... 322
§ 62. Влияние относительного перекоса пишущего и читающего штрихов 326
§ 63. Искажения, возникающие прп перемодуляции................... 329
700
Глава V. Фотографический метод звукопередачи с помощью фонограммы
переменной плотности
§ 64. Экспозиционное изображение на кинопленке прп развертке сигнала
пишущим штрихом переменной освещенности (интенсивный метод
записи звука) .................................................. 333
§ 65. Распределение экспозиции на кинопленке в результате развертки
сигнала пишущим штрихом переменной ширины (продольный ме-
тод записи звука)............................................... 336
§ 66. Влияние характеристических кривых негативной и позитивной
кинопленок и условий экспозиции при записп и копировании
на характер фонограммы переменной плотности..................... 340
§ 67. Типы фотографических процессов звукопередачи и их характе-
ристики ........................................................ 345
§ 68. Частотная характеристика негатива и позитива фонограммы пере-
менной плотности................................................ 360
§ 69. Нелинейные искажения, вносимые в фонограмму переменной плот-
ности рассеянием света.......................................... 362
§ 70. Контратипирование и печать массовых копий фонограммы пере-
менной плотности................................................ 364
§ 71. Методы установления оптимальных условий фотографической
обработки фонограммы переменной плотности....................... 365
§ 72. Промышленные кинопленки для интенсивной записп............ 370
§ 73. Сенситометрические показатели фонограммы переменной плот-
ности и допуски на фотообработку................................ 371
§ 74. Частотный и динамический диапазоны фонограммы переменной
плотности....................................................... 374
§ 75. Влияние неравномерной освещенности пишущего п читающего
штрихов......................................................... 375
§ 76. Влияние относительного перекоса пишущего и читающего штри-
хов для фонограммы переменной плотности......................... 376
§ 77. Сравнительная характеристика фотографических методов звуко-
передачп с помощью поперечной фонограммы и фонограммы
переменной плотности............................................ 377
Глава VI. Специальные фотографические методы звукопередачи
§ 78. Принцип шумопонижения фонограммы......................... 379
§ 79. Способы шумопонижения поперечной фонограммы, осуществляе-
мые в процессе записп........................................... 381
§ 80. Способы шумопонижения фонограммы переменной плотности,
осуществляемые в процессе интенсивной пли продольной записи 386
§ 81. Динамический диапазон фонограммы с шумопонижением .... 388
§ 82. Электрическое шумопонижающее устройство и его характеристики 389
§ 83. Электромеханическое шумопонижающее устройство............. 393
§ 84. Искажения, вносимые шумопонижающими устройствами .... 395
§ 85. Способ шумопонижения поперечной фонограммы, осуществляемый
в процессе воспроизведения сигнала с фонограммы................. 397
§ 86. Шумопонижение путем применения сопряженных частотных харак-
теристик процессов записи и воспроизведения звука............... 399
§ 87. Способ оптического шумопонижения при интенсивной записп
электромеханическими модуляторами света......................... 399
§ 88. Противофазные фонограммы по классам Б, А и АБ и способы пх
получения (противофазные записп по классам Б, А п АБ) . . . 403
§ 89. Схемы оптикоосветительной и фотоэлектрической систем (частей)
устройства для воспроизведения сигнала с противофазной фоно-
граммы ......................................................... 413
§ 90. Воспроизведение сигнала с противофазной фонограммы по
классу Б . . . ............................................ 414
§ 91. Воспроизведение сигнала с противофазной фонограммы по
классу А................................................... 415
§ 92 Воспроизведение сигнала с противофазной фонограммы по
классу А Б................................................. 417
§ 93. Сравнительная характеристика методов звукопередачи с помощью
противофазных ф шограмм различных классов и шпрпны .... 419
§ 94. Позитивная противофазная запись звука...................... 426
§ 95. Метод звукопередачи с применением иптенспвпо-поперечпой про-
тивофазной фонограммы........................................... 433
701
§ 96 Многозубчпковая фонограмма, ее» способы получения и общая
характеристика.................................................... 434
§ 97. Влияние формы отдельных пишущих штрихов и величины моду-
ляции их длины на характер соответствующих экспозиционных
изображений на кинопленке.......................................... 437
§ 98. Поперечное заплывание прп применении многозубчиковой фоно-
граммы ............................................................ 437
§ 99. Оптимальное количество дорожек............................... 439
§ 100. Шумопонижение многозубчиковой фонограммы..................... 441
§ 101. Позитивная многозубчпковая запись............................ 442
§ 102. Общий принцип изменения динамического диапазона.............. 443
§ 103. Метод интенсивной плп многозубчиковой заппсп постоянной
(максимальной) модуляции с изменением ширины заппсп (фоно-
граммы) соответственно изменению уровней сигнала................... 445
§ 104. Метод интенсивной пли многозубчиковой записи с координирован-
ным изменением величины расширения (пли сжатия) п ширины
записи (фонограммы)............................................ 445
§ 105. Метод звукопередачи посредством фонограммы с управляющей
дорожкой................................................... 447
§ 106. Специфические особенности передачи речи в звуковой кинемато-
графии ............................................................ 450
§ 107. Сжиматели и пх характеристики............................. 451
§ 108. Ограничители уровней звукопередачи........................ 452
§ 109. Выбор вида фонограмм для первичной заппсп и перезаписи . . 453
§ 110. Перезапись и ее влияние на качество получаемых поперечной
фонограммы и фонограммы переменной плотности....................... 454
§ 111. Оптимальные частотные характеристики прп записи речп п музыки 454
§ 112. Речевые и режущие фильтры, пх характеристики и применение. 456
§ 113. Двухполосная звуковоспроизводящая система с раздельным усиле-
нием и воспроизведением колебаний верхних п нижппх частот . 459
Глава VII. Методы звукопередачи с применением коппп фонограммы на
цветной многослойной кинопленке
§ 114. Общая характеристика фотографического изображения на много-
слойной кинопленке................................................. 461
§ 115. Спектральные свойства фонограммы на многослойной кинопленке 468
§ 116. Сочетание спектральных характеристик просвечивающих ламп и
применяемых типов фотоэлементов.................................... 470
§ 117. Отдача фонограммы на многослойной кинопленке................. 471
§ 118. Поперечная фонограмма пз красителей (красочная фонограмма)
как модулятор света прп воспроизведении сигнала с помощью
кпслородно-цсзпевого фотоэлемента.................................. 473
§ 119. Методы повышения качества воспроизведения с помощью красоч-
ной фонограммы..................................................... 478
§ 120. Характеристики процесса воспроизведения сигнала поперечной
красочной фонограммой прп использовании сурьмяно-цезиевых
фотоэлементов...................................................... 479
§ 121. Красочно-серебряная фонограмма и технологические способы ее
получения в цветных многослойных кинофильмах....................... 481
§ 122. Характеристики процесса воспроизведения спгнала красочно-сере-
брянои поперечной фонограммой при использовании кислородно-
цезиевых и сурьмяно-цезиевых фотоэлементов......................... 484
§ 123. Технологические способы получения серебряной фонограммы в
цветных многослойных кинофильмах................................... 491
§ 124. Характеристики процесса воспроизведения спгнала фонограммой
переменной плотности на цветной многослойной кинопленке . . 492
Глава VIII. Методы звукопередачи с помощью фонограммы па узкой
кинопленке
§ 125. Влияние скорости движения кинопленки и ширины фонограммы
(записи) на качество звукопередачи................................. 500
§ 126. Способы получения коппп фонограммы на узкой кинопленке них
сравнительная характеристика....................................... 502
§ 127. Частотный и динамический диапазоны фонограммы на узкой
кинопленке......................................................... 507
§ 128. Запись звука на узкой кинопленке............................. 512
702
Часть III
МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С МАГНИТНОЙ ЗАПИСЬЮ
Глава IX. Основы магнитной заппсп и воспроизведения
§ 129. Принцип и методы магнитной записи........................ 517
§ 130. Типы записывающих головок и их статические магнитные поля . 519
§ 131. Метод магнитной записи со смещением постоянным током . . . 523
§ 132. Магнитная фонограмма и ее характеристика................. 530
$ 133. Воспроизведение сигнала с магнитной фонограммы . . • . . • . 533
§ 134. Метод магнитной записи с ультразвуковым смещением........ 537
Глава X. Характеристики систем магнитной запнеп п воспроизведения
§ 135. Эффект протяженного магнитного поля записывающей головки . . 549
§ 136. Поверхностный эффект намагничивания и эффект зависимости
эффективной магнитной проницаемости головок от частоты . . . 559
§ 137. Эффект саморазмагничивания............................... 561
§ 138. Эффект конечных размеров зазора воспроизводящей головкп . . 565
§ 139. Эффект относптельного наклона записывающей и воспроизводящей
головок......................................................... 569
§ 140. Суммарная частотная характеристика спстемы магнитной записи
и воспроизведения............................................... 570
§ 141. Нелинейные искажения прп магнитной записп и воспроизведении 572
§ 142. Помехи при магнитной записи и воспроизведении........ 577
Глава XI. Типы звуконосителей для магнитной записп и звуковые ма-
гнитные головкп
§ 143. Типы звуконосителей для магнитной записп................. 583
§ 144. Звуковые магнитные головки............................... 591
Глава XII. Методы намагничивания звуконосителей
§ 145. Магнитная запись звука по методу перпендикулярного или попе-
речного намагничивания.......................................... 604
§ 146. Магнитная запись с перемещаемой границей (зубчпковая магнит-
ная запись) •................................................... 606
Глава XIII. Общая характеристика и применение методов звукопередачи
с магнитной записью в кинематографии
§ 147. Общая характеристика методов звукопередачи с магнитной записью 608
§ 148. Применение магнитной записи в кинематографии............. 611
Часть IV
МЕТОДЫ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗАПИСЬЮ
Глава XIV. Основы механической заппсп п воспроизведет™
§ 149. Механическая фонограмма на диске, се получение и характе-
ристики ........................................................ 617
§ 150. Пластинки прямого воспроизведения........................ 629
§ 151. Долгоиграющая пластинка (мпкрозаппсь).................... 632
§ 152. Записыватели............................................ 634
§ 153. Звукосниматели........................................... 637
§ 154. Механооптический метод звукопередачи......:.............. 645
Часть V
МЕТОДЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЗВУКОПЕРЕДАЧИ
Глава XV. Основы стереофонической и многоканальной звукопередачи
§ 155. Основы стереофонической звукопередачи.................... 651
§ 156. Методы многоканальной записп и воспроизведения звука .... 654
§ 157. Многоканальная звукоперсдача в кинематографии............ 656
Приложения: Приложение 1............................................. 658
Приложение 2............................................ 677
Предметный указатель................................................. 679
Литература........................................................... 691
703
Вячеслав Алексеевич Бургов
«ОСНОВЫ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА»
Ответственный редакто𠧧 1—38 п 50—87
П. Г. Тагер
Редактор А. X. Якобсон
Оформление художника А. А. Медведева
Художественный редактор В. Д. Карандаше в
Технический редактор Е. II. Шилина
Корректор А. Л. Ратницкая
*
Сдано в набор 10/V 1954 г. Подписано в
печ. 29/Х 1954 г. Форм. бум. 70X1081/16*
Печ. л. 44,83 (условных 61,42) Уч.-изд.л.58.787
Тираж 5000 якз. П103669. «Искусство», Москва,
Цветной бульвар, 25. Изд. № 16004. Зак. 284.
*
16-я типография Главполиграфпрома
Министерства культуры СССР.
Москва, Трехирулный пер., д. 9.
Цена 22 р. 10 к.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Должно быть
203 24 сверху la -J- Ка -^Ga = p Ia + Ka + Ga = p
204 3 снизу Р%22 г , ,2 ’ 311022 012 & __ F$22 1 311322 — 3i2
246 5 снизу напряжения Z775 напряжения t/73B
573 22 сверху q = qr sin Qi Л = Лх sin Qi
573 25 сверху H + gi H+h^
573 26 сверху H-qi H — h!
610 6 сверху 80000 8000
670 1 сверху Pz, = FZ1'lif Ръ=Р^
В. А. Бургов Зак. 284