Началом электроники было радио, и полезно вспомнить, что первым применением радио была передача сообщений в коде Морзе. Сигнал передавался путем включения и выключения передатчика, который в те времена представлял собой искровой генератор, включенный между антенной и землей на больший (тире) и меньший (точка) интервал времени. Такая форма посылки - один из возможных вариантов цифрового сигнала. Сигналы в коде Морзе сегодня называются цифровыми широтно-импульсно модулированными сигналами (рис. 1.1). До изобретения лампы сигналы в коде Морзе были единственным видом модулированных сигналов. С изобретением лампы в 1920 г. стало возможным модулировать несущую частоту звуковым сигналом.

Пример формы звукового сигнала показан на рис. 1.2. Как видно, звуковой сигнал периодически изменяется, причем эти изменения происходят непрерьюно. Звуковой сигнал может быть преобразован в напряжение, как, например, это делается с помощью микрофона; напряжение можно записать или передать по радио. Важно, чтобы частота и характер изменения напряжения точно соответствовали частоте и характеру изменения звуковой волны. Амплитуда напряжения должна быть пропорциональна амплитуде звуковых колебаний и, таким образом, соответствовать громкости звука. Частота напряжения, так же как и частота звуковых колебаний, соответствует высоте воспроизводимого тона. Итак, форма электрического напряжения является точной копией формы звукового колебания и несет о ней полную информацию.

С отмеченным обстоятельством связан круг проблем, присушлх аналоговой технике записи звука. Характер звукового колебания весьма сложен и изначально несет в себе ряд тонких, порой чисто психологических особенностей восприятия звука. Например,. при всех огромных возможностях современной технологии мы сегодня не в состоянии воспроизвести характер звучания скрипки Страдивари. Никакие эксперименты с деревом и лаками ие позволяют создать инструмент, передающий неповторимое звучание оригинала. Характер звучания большого оркестра не поддается никакому прямому анализу, к тому же надо добавить особенности восприятия звука нашим собственным ухом. Человеческое ухо - уникальный приемник звука; оно воспринимает ничтожные уровни звука с такими нюансами, которые теоретически обнаружить невозможно. Вместе с тем история знает массу мнений о высоком качестве записи и воспроизведения звука как с помощью первых рупорных граммофонов, так и с применением электронных сис-

Вкл Выкл

ижгии

уровень 1 УровеньО

Рис. 1.1. Код Морзе: значашзя часяь сигнала - импульсы и длительность импульсов - составляющие двоичного кода:

а - запись кода; б - передача кода

гем. В прежние времена звукозапись считалась чудом и воспроизведение голоса Галли-Курчи казалось миражом. Позже восприятие звука ;тало более острым и строгим и дальнейшее развитие техники потребовало серьезных усовершенствований.

Техника записи и воспроизведения звука прошла длинный и сложный путь - от восковых до долгоиграющих дисков. На каждом этапе эазвития казалось, что возможности дальнейших усовершенствований 1счерпаны, а через несколько лет убеждались в том, что это не так. У1ножество проблем связано с носителем записи. Остановимся на труд-10СТЯХ, связанных с изготовлением первого металлического оригина-la фонограммы. Для записи используется миниатюрный резец, переме-цение которого должно строго соответствовать характеру изменения шектрического сигнала. Барабанная перепонка человеческого уха легка I иежна, а заставить резец с такой же легкостью резать металл, очевид-ш, невозможно. Для управления резцом требуются значительные мощ-юсти (от 500 до 1000 Вт) и все же не удается зафиксировать все тон-сости звукового сигнала. Изготовление копий также вносит дополни-ельные искажения.

При воспроизведении игла звукоснимателя перемещается в канав-:е пластинки. Сама по себе игла легка, но она механически связана с [реобразователем колебаний иглы в электрический сигнал и в целом то уже достаточно сложная и весомая конструкция. Звукосниматели вляются источником новых искажений.

Представляется, что магнитная запись звука устраняет отмеченные рудности. Однако проблема магнитной записи состоит в том, что роцесс записи по своей природе нелинеен. На рис. 1.3 показана зави-имость остаточной намагниченности магнитного материала от тока, ротекающего через катушку, намагничивающую материал (ленту).

При очень слабых токах через катушку лента вообще не намагничи-ается, а при больших токах наступает насыщение, ограничивающее

Амплитуда.

Период

(1С. 1.2. Типичная форма звукового колебания (упрощенно); реальное звуковое эяебание всегда более сложно; оно никогда не бывает чисто синусоидальным

Рис. 1.3. Типичная характеристика намагни- Остаточное

чивания ленты. В большей части она нелиней- намагничивание

на. Видна область, в которой слабые токи не оставляют следа на ленте (не намагничивают ленту)

Отсутствие намагничивания

амплитуды записываемых сигналов. Диапазон записываемых частот зависит от скорости движения ленты и параметров записывающей головки. Записанная лента имеет относительно высокий уровень шумов, которые хорошо прослушиваются при воспроизведении тихой и нежной музыки. Для решения перечисленных проблем можно использовать ультразвуковое смещение, широкие ленты, высокие скорости движения ленты.

Широко используемые для усиления транзисторы не являются линейными элементами, а история высококачественного звуковоспроизведения - это история развития схемотехники, попыток обойти природную нелинейность сначала ламп, а затем транзисторов. Установлено, что каждые 10 лет обнаруживаются новые виды искажений и свьпие 10 лет тратится на их устранение; инженеры звукозаписи хорошо знают, что многие критики, высоко оценивающие качество исходного звука, не могут дать такой же оценки звуку записанному. Вообще электрические искажения устранить проще, чем механические; в целом слабыми звеньями в звуковоспроизведении являются собственно процесс записи звука и громкоговорители.

Использование цифровой техники открывает возможность с новых позиций обозреть процесс звукозаписи.

ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ

Цифровой сигнал - это изменение напряжения, для которого время возникновения изменения более существенно, чем точностная характеристика самого изменения напряжения. В цифровой технике к форме и амплитуде цифрового сигнала не предъявляется жестких требований. Цифровые сигналы представляют собой импульсы прямоугольной формы. Цифровой сигнал характеризуется изменением напряжения от одного уровня к другому, обычно между О и 5 В, причем значения этих уровней точно не оговариваются. Например, за уровень 1 принимается напряжение в интервале от 2,4 до 5,2 В, а за уровень О - напряжение в интервале от О до 0,8 В. Цифровая электроника в отличие от аналоговой, оперирующей формой и напряжением сигнала, использует дискретные уровни напряжений, соответствующих О или 1. В дискретных схемах импульсы включают и выключают различные цепи с помощью