Par hasard, le tourne-disque stéréo Arcturus-006 est tombé entre mes mains. Il y avait donc un besoin urgent d’un étage phono. Sur Internet, je suis tombé sur schéma de A. Bokarev, pour lequel j'ai décidé de fabriquer un appareil indispensable.
A l'arrière du lecteur se trouvent deux connecteurs de sortie (SG-5/DIN) : un pour l'étage phono intégré (500 mV), le second le contourne pour se connecter à un étage externe (5 mV). Lors de l'utilisation de l'étage phono intégré, un cavalier est installé dans la deuxième sortie.
Je n'ai pas aimé les caractéristiques du correcteur intégré et lorsque je l'ai allumé, il s'est avéré qu'il était défectueux - je n'ai entendu qu'un bourdonnement de 50 Hz dans les haut-parleurs. Il n'y avait aucune envie de le restaurer, j'ai donc complètement déconnecté la carte correcteur intégrée.
Je vais écouter ma version.
Source photo : vega-brz.ru
Le lecteur électrique stéréo Arctur-006 du groupe le plus complexe est produit par l'usine radio de Berdsk depuis 1983. Le lecteur est fabriqué sur la base d'un EPU G-2021 à deux vitesses, avec un moteur électrique à ultra-basse vitesse et un entraînement direct. Il y a un régulateur de pression et un compensateur de force de roulis, un réglage de la vitesse de rotation du disque à l'aide d'une lumière stroboscopique, un arrêt automatique, un micro-lift, un interrupteur de vitesse et un retour automatique du bras de lecture en fin de disque.
Circuit correcteur de vinyle
Riz. 1
Le circuit est assez simple, ce qui est très bien pour un radioamateur débutant, mais en même temps il fait parfaitement son travail.
Citation : Bokarev Alexandre
J'utilise des amplificateurs opérationnels dans cette version : ampli-op d'entrée OPA2134. Ampli opérationnel de sortie NE5532. Une autre option est le TL082, mais il a une charge plus faible et un décalage plus important.
Riz. 2. Schéma correcteur original « WEEK-END »
Le circuit est alimenté selon un schéma extrêmement simple : un redresseur demi-onde bipolaire avec stabilisation paramétrique utilisant des diodes Zener 2C175A, on en place deux en série sur un bras. Des bouts magnifiques, peu répandus, non polaires.
Le redresseur utilise des diodes Schottky 1N5819 ou 1N5822, peu importe. La tâche est d'obtenir 25-27 Volts à l'entrée du stabilisateur.
J'ai essayé d'alimenter le circuit de manière effrontée, sans aucun stabilisateur, j'ai appliqué des alternances de 12 Volts, j'ai reçu deux 16 Volts, le circuit n'a pas remarqué une telle grossièreté et a joué comme avant.
Juste un conseil : veillez à shunter le primaire du transformateur réseau d'une capacité de 1 microfarad 600V, sinon lorsque vous l'éteignez, des clics terribles se produisent parfois.
Le circuit imprimé correcteur est réalisé sur la base du dessin M. Vasilieva. J'ai ajouté des trous pour des condensateurs de différentes tailles et ajusté le PCB pour l'adapter à mes pièces.
J'ai conçu moi-même la carte d'alimentation.
Riz. 3. Vue du poste de contrôle
La tâche principale pour moi était de réaliser l'alimentation électrique. Le circuit nécessite une tension bipolaire de ±15 Volts. Dans ma réserve, je n'ai trouvé qu'un transformateur avec un secondaire de 15 volts sous la forme d'une alimentation externe.
Riz. 4. Circuit d'alimentation sur puces 78/79
J'ai esquissé une carte dans Sprint Layout sur laquelle j'ai implémenté une alimentation bipolaire avec deux redresseurs demi-onde avec stabilisateurs 7815 et 7915 en sortie. J'ai utilisé des condensateurs d'un ordinateur SMPS démonté, des diodes 1n4007.
Riz. 5. Vue du PCB d'alimentation
Fabriquer les planches et sceller les pièces m'a pris environ 3 heures. Ensuite, je n'ai pas pu résister, j'ai soudé des fils temporaires et connecté le tout au lecteur.
À ma grande surprise, tout a fonctionné la première fois que je l'ai allumé ! Pas d'effets spéciaux ni d'arrière-plan. L'écoute de la musique était également agréable : le son était clair, transparent et aéré.
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Merci pour votre attention!
Igor Kotov, rédacteur en chef du magazine Datagor
Diagramme schématique et manuel d'utilisation pour "Arktur-006-stereo"
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Introduction
La courbe RIAA est la norme généralement acceptée pour les disques vinyles. Il est utilisé depuis longtemps depuis 1954. En 1956, la nouvelle norme, connue sous le nom de « courbe RIAA », avait supplanté les formats concurrents et conquis les marchés des États-Unis et de l’Europe occidentale. La courbe RIAA a été approuvée en 1959 et normalisée en 1964 par la Commission électrotechnique internationale. En 1976, la CEI a modifié la courbe de réponse des basses standard RIAA ; l'innovation a suscité de vives critiques et n'a pas été acceptée par l'industrie. Au 21ème siècle, la grande majorité des fabricants de préamplificateurs suivent la norme de courbe RIAA originale sans les changements introduits par la CEI en 1976.
La correction de fréquence selon la norme RIAA peut être mise en œuvre à la fois par des filtres actifs et passifs, ainsi que par des combinaisons de deux types de filtres. De nombreuses personnes utilisent des égaliseurs entièrement construits sur des filtres passifs, pensant qu'ils sonnent « mieux », mais le circuit présenté ici est implémenté en combinant deux types de filtres. Ce concept a été développé par moi bien avant Internet, et le circuit présenté (avec quelques modifications mineures) a été publié pour la première fois sur le site Web d'ESP en 1999.
Le graphique ci-dessus montre la réponse en fréquence théorique et réelle du RIAA normalisée à 0 dB à 1 kHz. La plupart des étages phono RIAA ont un zéro supplémentaire (et indésirable) à une fréquence supérieure à 20 kHz. Ce zéro supplémentaire est absent de cette conception car le circuit utilise un filtre passe-bas passif qui étend la courbe de réponse en fréquence au-dessus de 20 kHz, avec la limite finale bien au-dessus de 10 MHz (en fonction de la propre inductance du condensateur).
Les termes « pôle » et « zéro » nécessitent quelques explications (dans ce cas simplifiées). Un seul pôle fait chuter le signal à un taux de 6 dB/octave (20 dB/décennie), et un seul zéro fait monter le signal au même taux. Si un zéro est introduit après le pôle (comme indiqué ci-dessus), l'effet est de forcer la réponse en fréquence à prendre une forme horizontale. La réponse en fréquence horizontale est observée à des fréquences de 500 Hz à 2 100 Hz. Le pôle suivant (2 100 Hz) entraînera une nouvelle diminution du signal. Le zéro "indéfini" au-dessus de 20 kHz est dû au fait que de nombreux préamplis ne peuvent pas réduire leur gain en dessous d'une valeur fixe déterminée par le circuit. Cependant, tous les correcteurs n’ont pas ce problème, et il n’existe pas dans le schéma donné.
Il convient de noter que rechercher une précision « parfaite » est inutile, car beaucoup dépend du stylet, du bras de lecture et (bien sûr) de l'enregistrement. Lorsque vous achetez un vinyle, personne ne vous dira quel égaliseur a été appliqué lors du mastering, et la réponse en fréquence se détériore après des lectures répétées. En fin de compte, vous devez laisser vos oreilles juger en dernier ressort ce qui est le mieux pour vous.
Le préamplificateur phono présenté suit la courbe RIAA, est très silencieux et offre une bien meilleure efficacité sonore que la grande majorité des appareils cités dans divers magazines. Comme pour le reste des étages du préamplificateur, le circuit phono utilise un ampli opérationnel NE5532. Il a un faible bruit, une vitesse élevée et un prix raisonnable. Il est idéal pour ce type d'application. L’OPA2134 est un autre excellent ampli opérationnel.
Riz. 1. Circuit d'étage phono
Le condensateur d'entrée est marqué * (C LL, et son équivalent sur le canal droit est C LR) et est facultatif. Dans presque tous les cas, cela n'est pas nécessaire car la capacité du câble entre le micro et le préampli sera (plus que) suffisante. Certains fabricants précisent la capacité de charge requise, mais beaucoup ne le font pas. La grande majorité des micros sont conçus avec la capacité la plus faible possible, et il est peu probable que l’ajout d’un condensateur supplémentaire améliore la situation. Peu de personnes ont la capacité de mesurer la capacité des interconnexions ou des câbles internes d'un bras de lecture, mais elle se situe généralement dans les 100 pF avec des câbles standards. Si le fabricant du pick-up revendique une capacité plus élevée, n'hésitez pas à expérimenter la valeur C L. Il est préférable de connecter ces condensateurs directement aux connecteurs d'entrée plutôt que de les placer sur le PCB. Les condensateurs doivent être ajustés à 1% près afin que les canaux gauche et droit restent correctement équilibrés.
Les condensateurs à capacité élevée peuvent être électrolytiques apolaires, car aucun courant continu ne les traversera (pratiquement). Cependant, ils sont de taille assez grande et des condensateurs électrolytiques standards ou même au tantale peuvent être utilisés à la place. Les condensateurs polarisés fonctionneront correctement sans être affectés par la tension continue, mais le tantale est le type de condensateur que j'apprécie le moins et n'est donc pas recommandé. La tension alternative circulant dans C2L/R et C3R/L ne dépassera jamais ~5 mV à n'importe quelle fréquence jusqu'à 10 Hz, et ces condensateurs ne jouent aucun rôle dans la construction de la courbe RIAA. N'ayez pas peur d'augmenter la valeur si vous le souhaitez (100uF n'est pas un problème).
Les condensateurs ayant de faibles capacités doivent être précis à 2,5 % près, sinon il sera difficile de sélectionner ceux qui sont les plus proches de la valeur requise. Il y aura un certain écart par rapport à la courbe RIAA idéale si les valeurs de ces condensateurs sont trop éloignées des valeurs spécifiées. Le plus important est la correspondance entre les canaux : elle doit être aussi précise que possible.
Les résistances sont à film métallique avec une précision de 1 % et un faible niveau de bruit. Cette conception diffère de la plupart des autres en ce que la formation des basses et hautes fréquences est effectuée indépendamment - par un filtre passe-bas actif et un filtre passe-haut passif. En raison de la faible valeur de la résistance de sortie, l'impédance d'entrée de l'étage suivant chutera à 22 kΩ et provoquera une légère distorsion de la courbe RIAA.
En figue. 1 affiche un seul canal et l'autre utilise la moitié restante de chaque ampli opérationnel. N'oubliez pas que l'alimentation + est connectée à la broche 8 et que l'alimentation – est connectée à la broche 4.
L'aplatissement de la courbe généralement accepté à 50 Hz n'a pas été entièrement mis en œuvre, car la plupart des auditeurs trouvent que les basses sonnent beaucoup plus naturellement sans cela. À cet égard, on peut dire que la précision fait défaut, mais j'utilise toujours cette imprécision et je n'ai identifié aucun problème de bruit basse fréquence.
Notez qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un filtre LPF. Le circuit fournit -3 dB à environ 3 Hz. LPF joue un rôle important, surtout si vous utilisez un subwoofer. Une plateforme tournante bien amortie et isolée est une excellente option. J'ai réussi à utiliser une grande dalle de béton recouverte de tapis et rembourrée de caoutchouc mousse. Pour bien faire les choses, il faudra quelques expérimentations. Généralement, de bons résultats sont obtenus en comprimant la mousse à 70 % de son épaisseur normale sous le poids de la dalle de béton et du plateau tournant. Une étagère fixée au mur est une autre bonne méthode pour fournir une isolation infrasonore.
Si du bruit basse fréquence se produit, vous constaterez un mouvement vigoureux du cône même s’il n’y a pas de basses. Dans ce cas, je recommande d'inclure un filtre infrason (Projet 99) dans le circuit. La configuration standard est de 36 dB par octave avec une atténuation de -3 dB à 17 Hz. Cela éliminera généralement même le pire bruit basse fréquence causé par des disques déformés. Cela aidera généralement également à éliminer les problèmes de feedback basse fréquence, mais ils doivent être inférieurs à la fréquence de coupure du filtre.
Caractéristiques de la courbe RIAA
Comme vous pouvez le voir dans le tableau, l'écart par rapport à la norme est inférieur à 1 dB et le gain à 1 kHz est d'environ 40 dB (100), donc un nominal de 5 mV de la sortie de la cartouche donnera 500 mV. Cette valeur peut être augmentée si nécessaire en augmentant la valeur de la résistance de 100 kΩ dans le deuxième étage. Il faut veiller à ne pas trop augmenter le gain et provoquer un écrêtage. Comme vous pouvez le constater, le deuxième étage a un gain de 38 (31 dB).
Si la résistance de 100 kOhm est augmentée à 220 kOhm, le gain total sera légèrement plus que doublé, de 38 dB. Une entrée du 2ème étage de 17 mV (5 mV de la sortie de la cartouche) donne une sortie normale à 1 kHz (avant le filtre passif) de 1,12 V RMS. La sortie théorique à 20 kHz dépasse 9,75 V RMS, mais cela n'arrive jamais car à 20 kHz, tous les enregistrements seront 15 à 20 dB en dessous du niveau à 1 kHz (voir réponse en fréquence sur la Fig. 2).
Cela signifie que le niveau de sortie réel à 20 kHz est généralement d'environ 1 V RMS au mieux. Cependant, si l'on augmente trop le gain du deuxième étage, il existe un risque d'écrêtage. Cette possibilité est peu probable en raison de la nature de la musique - très peu de fréquence fondamentale d'un instrument (à l'exception d'un synthétiseur) est supérieure à 1 kHz, et la plupart des harmoniques diminuent naturellement de 3 à 6 dB par octave au-dessus de 2 kHz - mais cela devrait certainement être le cas. considéré.
Un facteur souvent négligé dans les préamplis phono est la charge capacitive à la sortie de l'ampli opérationnel aux hautes fréquences. Ceci est éliminé dans cette conception, et comme le NE5532 et l'OPA2134 peuvent facilement piloter une charge de 600 ohms, la résistance de 820/750 ohms isole l'étage de sortie de toute charge capacitive. Le premier étage est de 10 000 ohms combiné à un condensateur, la charge capacitive n’est donc pas un problème.
Chaque ampli-op doit être shunté avec des condensateurs électrolytiques de 10 µF x 25 V de chaque branche d'alimentation à la terre et des condensateurs de 100 nF entre les broches d'alimentation.
Notez que lors de l'utilisation d'une cartouche à bobine mobile, un transformateur élévateur ou un préampli à très faible bruit doit être utilisé. Ce circuit est conçu pour être utilisé avec un aimant mobile standard.
Dépendance du niveau du signal sur la fréquence
Il existe très peu d'informations en ligne et ailleurs pour donner à quiconque une idée du niveau sonore auquel il doit s'attendre à une fréquence donnée. Image sur la fig. 2 a été capturé à l'aide de Visual Analyzer, l'un des nombreux programmes informatiques basés sur la transformation de Fourier rapide disponibles. Le signal a été extrait d'un tuner FM - vous pouvez voir la forte atténuation au-dessus de 15 kHz et la tonalité pilote à 19 kHz utilisée pour décoder la sous-porteuse FM de 38 kHz. La capture a été filmée à partir d'une station de radio « alternative » australienne et comprend donc plusieurs genres de musique et de discours différents.
Riz. 2. Réponse en fréquence typique
La capture a été configurée pour maintenir le niveau maximum détecté sur la période d'échantillonnage (plus de 2 heures), de sorte qu'il représente le niveau le plus élevé enregistré sur toute la bande de fréquences. Aucune correction n'a été utilisée sur le signal reçu ; le signal diffusé a été capturé directement. Même si tout ce qui dépasse 15 kHz est supprimé, la tendance générale est clairement visible. Même s’il y aura toujours des écarts et des exceptions selon les styles musicaux, la tendance générale s’étend à un large éventail de styles musicaux.
Le niveau « de référence » est de -9 dB à 1 kHz. Les niveaux de crête maximaux sont observés entre 30 Hz et 100 Hz, et le niveau entre 200 Hz et 2 kHz est assez « plat », montrant une chute d'environ 3 dB dans cette plage de fréquences. Il y a une atténuation de 6 dB par octave dans la plage de 2 à 4 kHz, suivie d'une atténuation de 10 dB dans la plage de 4 à 8 kHz.
L'amplitude des pics les plus élevés est plus intéressante car la surcharge se produira au niveau des pics plutôt qu'aux niveaux moyens. À 10 kHz et juste au-dessus, il y a des pics à -18 dB et quelques pics supplémentaires (-24 dB) juste en dessous de 15 kHz.
Sur cette base, il est raisonnable de s'attendre à ce que le niveau de signal le plus défavorable aux fréquences supérieures à 15 kHz ne dépasse pas -30 dB, soit 21 dB en dessous du niveau à 1 Hz (un peu moins de 1/10). Par conséquent, une cartouche avec une sortie de 5 mV à une fréquence de référence de 1 kHz n’aura pas plus de 5 mV à n’importe quelle fréquence autour de 20 kHz – ce qui est le niveau le plus élevé auquel nous pouvons nous attendre.
En utilisant les valeurs de composants recommandées pour l'égaliseur RIAA, le niveau de signal maximum possible à la sortie du deuxième étage est d'environ 1 V RMS - tout à fait dans les capacités des amplis opérationnels proposés. Même si le niveau maximum est de 50 mV (même résultat à 20 kHz qu'à 1 kHz), le deuxième étage sera toujours en dessous du niveau de surcharge.
Si vous souhaitez créer une archive de vos enregistrements vinyles sur un PC, vous aurez besoin RIAA correcteur. La figure montre un circuit d'un correcteur RIAA (décodeur) simple mais de haute qualité, alimenté par USB, et le signal de sortie est envoyé à l'entrée de la carte son du PC.
Malgré la faible tension d'alimentation (5 V), les performances du circuit sont assez bonnes, avec une capacité de surcharge d'entrée élevée, une très faible distorsion et une reproduction précise de la courbe d'égalisation RIAA grâce au circuit d'ampli-op à deux étages.
La première partie du circuit est un amplificateur linéaire avec un gain d'environ 11 fois. La deuxième partie implémente l'égalisation RIAA à l'aide d'un deuxième ampli opérationnel.
Le condensateur de lissage de l'alimentation C5 est de grande taille (2 200 µF) pour éliminer la source de bruit provenant de l'alimentation de l'ordinateur.
Notez que l'utilisation d'un ampli opérationnel LM833 est obligatoire dans cette conception : tous les amplis opérationnels similaires tels que le NE5532 ou le LS4558 fonctionneront bien moins bien avec une alimentation de 5 V.
Note:
- Le tableau doit être placé dans un boîtier métallique.
- La valeur de 8 200 pF pour le condensateur polyester C8 est difficile à trouver. Le problème peut être résolu en connectant deux condensateurs (6n8 + 1n5) en parallèle.
- La sensibilité du circuit peut être augmentée en diminuant la valeur de R2. En raison des caractéristiques des entrées audio des PC modernes, cette modification n'est généralement pas nécessaire.
- Distorsion harmonique totale à 1 kHz et jusqu'à 1,27 V RMS : 0,0035%
- Distorsion harmonique totale à 10 kHz et jusqu'à 1,27 V RMS : 0,02%
Source - http://www.redcircuits.com/Page176.htm
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La figure montre un circuit d'un préamplificateur avec un bloc de timbre ; le bloc de timbre est inclus dans le circuit de rétroaction du préamplificateur. La tension d'alimentation de l'appareil peut varier de 12 à 24 V, la consommation de courant ne dépasse pas 10 mA. Le signal d'entrée arrive par le condensateur de couplage C1, les résistances R1 et R2 déterminent la tension de polarisation du transistor VT1, après pré-amplification...
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La forme complexe de la courbe RIAA est un compromis résultant de la nécessité d'obtenir la meilleure qualité de lecture possible à partir d'appareils d'enregistrement mécaniques techniquement imparfaits.
Les premiers disques de production enregistrés à l'aide de ce système de préaccentuation des fréquences ont été publiés par RCA Victor en août 1952. En juin 1953, le programme RCA fut approuvé Association nationale des radiodiffuseursÉtats-Unis (NARTB) comme norme nationale ; La sélection du NARTB a été soutenue par d'autres organismes industriels, dont la RIAA. En 1956, la nouvelle norme, connue sous le nom de « courbe RIAA », avait supplanté les formats concurrents et conquis les marchés des États-Unis et de l’Europe occidentale. La courbe RIAA a été approuvée en 1959 et normalisée en 1964. Commission internationale en électrotechnique. En 1972, la norme modifiée par la CEI a été adoptée en URSS. En 1976, la CEI a modifié la courbe de réponse des basses standard RIAA ; l'innovation a suscité de vives critiques et n'a pas été acceptée par l'industrie. Au 21ème siècle, la grande majorité des fabricants de préamplificateurs suivent la norme de courbe RIAA originale sans les changements introduits par la CEI en 1976.
Description mathématique
Réponse en fréquence d'enregistrement
V x (ω) ∝ 1 + (ω T 2) 2 1 + (ω T 3) 2 1 + (ω T 1) 2 (\displaystyle V_(x)(\omega)~\propto ~(\frac (( \sqrt (1+(\omega T_(2))^(2)))(\sqrt (1+(\omega T_(3))^(2))))(\sqrt (1+(\omega T_ (1))^(2))))) , V x (f) ∝ 1 + (f / f 2) 2 1 + (f / f 3) 2 1 + (f / f 1) 2 (\displaystyle V_(x)(f)~\propto ~(\frac ((\sqrt (1+(f/f_(2))^(2)))(\sqrt (1+(f/f_(3))^(2))))(\sqrt (1+(f /f_(1))^(2))))),Où V X ( displaystyle V_ (x)) - vitesse oscillatoire déplacement de rainure, f (style d'affichage f) Et ω ( displaystyle omega ) - fréquence Et fréquence angulaire signal, et T 1 (\style d'affichage T_(1)), T 2 (\style d'affichage T_(2)) Et T 3 (\style d'affichage T_(3))- spécifique à la norme RIAA constantes de temps, définissant fréquence de coupure. La littérature utilise différentes manières de numéroter ces fréquences et constantes de temps ; dans les formules données, ils sont numérotés dans l'ordre chronologique de leur introduction en production ( f 1 (\displaystyle f_(1))- 1926, f 2 (\displaystyle f_(2))- 1938, f 3 (\displaystyle f_(3))- 1948) :
Réponse en fréquence de la lecture
Conversion inverse de la tension à la sortie d'un capteur électromagnétique, proportionnelle à la vitesse d'oscillation, en tension de sortie d'un préamplificateur-correcteur U (style d'affichage U) effectué par la "fonction RIAA". Un filtre RIAA standard équivaut à connecter deux filtres passe-bas du premier ordre (dénominateur) et un différenciateur (numérateur) en série :
U (ω) ∝ 1 + (ω T 1) 2 1 + (ω T 2) 2 1 + (ω T 3) 2 (\displaystyle U(\omega)~\propto ~(\frac (\sqrt (1+ (\omega T_(1))^(2)))((\sqrt (1+(\omega T_(2))^(2)))(\sqrt (1+(\omega T_(3))^ (2)))))) (2) , V x (f) ∝ 1 + (f / f 1) 2 1 + (f / f 2) 2 1 + (f / f 3) 2 (\displaystyle V_(x)(f)~\propto ~(\frac (\sqrt (1+(f/f_(1))^(2)))((\sqrt (1+(f/f_(2))^(2)))(\sqrt (1+(f/ f_(3))^(2)))))),avec les mêmes valeurs de constantes de temps et de fréquences que dans la réponse en fréquence de l'enregistrement. L'écart de la réponse en fréquence des appareils réels par rapport à la norme n'est pas normalisé en supposant qu'un tel écart puisse être corrigé par le bloc de timbre de l'amplificateur. La valeur cible de l'écart maximal de la réponse en fréquence par rapport à la norme, acceptée lors du développement de préamplificateurs-correcteurs de haute qualité, est de ±0,1 dB.
La réponse en fréquence du canal de lecture (« fonction RIAA ») est toujours concentrée dans le préamplificateur-correcteur. Ces préamplificateurs sont pratiquement inadaptés à la lecture de la grande majorité des disques « gramophone » à 78 tours en raison de la baisse de réponse en fréquence aux moyennes et hautes fréquences. Le son de ces disques s'avère terne, manquant harmoniques. Lors de la lecture de disques enregistrés avec des enregistreurs électriques de première génération à des températures particulièrement basses f 1 (\displaystyle f_(1)), cet effet est exacerbé par l’accentuation supplémentaire des basses fréquences.
Portée et normalisation
Les deux formules sont définies dans la gamme de fréquences de 20 Hz à 20 kHz ; au-delà de ses limites, la réponse en fréquence n'est pas régulée. Officiel extrapolation au-delà de la plage audio montre que lorsque la fréquence diminue en dessous de 20 Hz, le module de réponse en fréquence d'enregistrement asymptotiquement se rapproche de l'unité, et avec une fréquence croissante au-dessus de 20 kHz, elle croît infiniment, directement proportionnelle à la fréquence. Dans les vrais enregistreurs, en plus des filtres d'enregistrement RIAA, il existe forcément des filtres non standards qui bloquent le passage du courant continu, infrason , ultrasonique et les fréquences radio sur les entraînements de coupe et n'affectent pas la transmission des fréquences audio. Par exemple, dans l'amplificateur d'enregistrement le plus courant Neumann Les interférences haute fréquence SAL 74B sont supprimées Filtre Butterworth deuxième ordre avec une fréquence de coupure de 49,9 kHz. L'atténuation qu'il introduit dans la plage audio, inférieure à 0,1 dB à 20 kHz, est inaudible à l'oreille et ne nécessite aucune compensation dans le canal de lecture.
En pratique, les deux formules sont toujours calculées en décibels et sont normalisés par rapport à une fréquence de 1 kHz. À cette fréquence, les valeurs de réponse en fréquence normalisées pour l'enregistrement et la lecture sont de 0 dB ; la valeur normalisée de la réponse en fréquence de lecture à une fréquence de 20 Hz est de +19,274 dB (le gain est de 9,198 fois par rapport au niveau à 1 kHz), et à une fréquence de 20 kHz, elle tombe à -19,62 dB (l'atténuation est de 9,572 fois ). Ainsi, les gains du préamplificateur RIAA à 20 Hz et 20 kHz diffèrent de 39 dB, soit 88 fois. Une déclaration courante selon laquelle aux fréquences f 1 (\displaystyle f_(1)) Et f 2 (\displaystyle f_(2)) la réponse en fréquence normalisée de la lecture prend des valeurs de +3 dB et −3 dB, ce qui n'est pas correct. Cela est vrai pour les filtres uniques du premier ordre, mais pas pour une chaîne de filtres connectés en série avec des fréquences de coupure assez proches. Les valeurs exactes de la fonction RIAA sur f 1 (\displaystyle f_(1)) Et f 2 (\displaystyle f_(2)) sont égaux respectivement à +2,648 dB et −2,866 dB.
Objectif de la correction de fréquence
Caractéristiques de l'enregistrement sonore longue durée
Le cycle technologique classique de production de disques stéréo commence par la découpe de l'enregistrement original en une fine couche. nitrocellulose vernis appliqué sur aluminium disque . De plan triangulaire, chauffé de force à 200-300 °C saphir coupeur fixé au massif « bras de lecture » tangentiel enregistreur, contrôlé par deux lecteurs légers mais puissants électromagnétique variateurs refroidis par jets d'air ou hélium. Distorsion de fréquence, native résonance Et non-linéarité le système de déplacement de l'enregistreur est efficacement supprimé par un circuit de rétroaction électromécanique, développé à la fin des années 1930 et devenu de facto un standard industriel au milieu des années 1960. La fraise se déplace du bord au centre du disque strictement le long de son rayon, et l'axe de symétrie de la fraise est toujours dirigé tangentiellement à la rainure à découper.
Les signaux des deux canaux stéréo sont codés par un décalage de coupe transversal (horizontal). Le déplacement du côté extérieur de la rainure, le plus proche du bord du disque, correspond au canal droit et le côté intérieur - vers la gauche. Lors de l'enregistrement d'un signal monaural (en phase), seul le déplacement latéral du sillon change, tandis que sa largeur et sa profondeur restent inchangées. Le déplacement du cutter dans la profondeur de la couche de vernis et vers l'arrière correspond à la différence des signaux des canaux gauche et droit. Pendant intelligence Dans le phonogramme, l'amplitude de cette composante est limitée pour éviter les sauts d'aiguille. La distance entre les rainures varie de 200 à 65 microns (130 à 390 rainures par pouce), ce qui, à une vitesse de 33⅓ tr/min, assure la durée de lecture d'une face du disque de 13 à 40 minutes. Le déplacement latéral maximum de la rainure dans les années 1950 était limité à 25 µm ; il a progressivement augmenté à mesure que les micros s'amélioraient. Dans la norme soviétique de 1972, le déplacement horizontal maximum des rainures était de 40 µm, le déplacement vertical maximum n'était pas supérieur à 20 µm ; en 1978, le déplacement latéral autorisé était passé à 50 µm. Au 21ème siècle, la largeur d'un sillon non modulé ne descend presque jamais en dessous de 50 µm ; sur des fragments forts, le groove s'étend jusqu'à 80-90 µm, et lors de l'enregistrement de singles à 45 tr/min, la largeur du groove peut atteindre 125 µm.
La fréquence d'enregistrement limite supérieure est déterminée par la résonance haute fréquence du coupeur et ne dépasse pas 25 kHz. Aux fréquences supérieures à cette limite, l'amplitude des vibrations enregistrées diminue si rapidement qu'on peut supposer que le signal enregistré ne contient pas de composants ultrasonores utiles. Exception - quadriphonique enregistrements du système CD-4, dans lesquels le spectre du signal utile s'étend jusqu'à 45 kHz. Les originaux vernis de ces disques ont été découpés avec des cutters ordinaires à une vitesse de rotation du disque ralentie de moitié par rapport à un phonogramme magnétique ralenti de moitié. La limite de fréquence d'enregistrement était de 22,5 kHz, mais lorsqu'elle était lue à vitesse standard, elle était convertie en 45 kHz.
Limitations géométriques lors de l'enregistrement
Le mouvement de la fraise lors de la découpe d'une rainure doit s'inscrire dans trois restrictions : l'amplitude de déplacement maximale de la rainure, sa vitesse d'oscillation maximale et son accélération maximale. Le premier d'entre eux agit de manière égale sur toute la zone du disque allouée à l'enregistrement. Les limites de vitesse et d’accélération sont fixées pour le pire des cas : les sillons les plus proches du centre du disque. Plus le sillon est proche du centre, plus le risque de surcharge et de distorsion est élevé, et vice versa : plus le sillon est éloigné du centre, plus la densité d'enregistrement des vibrations est faible, permettant un dépassement soigneusement calculé des limites de vitesse et d'accélération.
L'intérêt de limiter l'amplitude de déplacement est évident : même un léger dépassement de cette limite, qui n'entraîne pas de destruction de la paroi entre les rainures, peut déformer cette paroi et donner lieu à un effet de copie bien audible. L'enregistrement d'un signal avec une amplitude de décalage maximale offre le meilleur rapport signal/bruit, mais cela n'est techniquement possible que dans la région des basses fréquences. A la limite de 1 kHz maximum, une autre limitation entre en vigueur - selon le maximum vitesse déplacement de rainure. Le non-respect de cette limite lors de l'enregistrement a pour conséquence que les bords arrière de la fraise endommagent les parois de la rainure découpée par ses bords d'attaque. Lors de la lecture d'un groove enregistré à une vitesse excessive, sa largeur effective se rétrécit, provoquant l'effet d'écraser l'aiguille hors du groove (effet de pincement) et, par conséquent, distorsions non linéaires. Par conséquent, la vitesse maximale de déplacement du sillon est toujours limitée : dans le GOST 7893-72 soviétique au niveau de 10 cm/s pour les enregistrements monophoniques et 7 cm/s pour les enregistrements stéréophoniques ; en 1978, la limite a été augmentée à 14 cm/s. Le niveau d'enregistrement nominal (« 0 dB »), par rapport auquel le gain du trajet de reproduction est normalisé, correspond à une vitesse de pointe de 8 cm/s ; dans la pratique, cela est souvent assimilé à moyenne quadratique vitesse de 5 cm/s. Dans la pratique mondiale, des records ont été rencontrés avec un dépassement de cinq fois ce seuil - 38 cm/s (+14 dB) à une fréquence de 2 kHz, ce qui correspond à accélération aiguilles de ramassage en 487.
Aux hautes fréquences, un troisième facteur limitant entre en vigueur, associé spécifiquement à l'accélération : la courbure maximale de la rainure. Pour que le stylet de lecture puisse suivre le déplacement haute fréquence de la rainure, le rayon de ce déplacement ne doit pas être inférieur au rayon de la pointe du stylet. Si vous ne tenez pas compte de cette limitation lors de l'enregistrement, le stylet dépassera les creux et les crêtes haute fréquence du groove et les endommagera de manière irréversible. Pour les aiguilles rondes standards avec un rayon de pointe de 18 µm, cet effet (« erreur de non-courbure » Anglais erreur de traçage) peut apparaître déjà à 2 kHz, pour les aiguilles à pointe elliptique étroite - à 8 kHz. La limite d'accélération normalisée en URSS était initialement de 25 10 4 cm/s 2 (255 G), et en 1978 elle était passée à 41 10 4 cm/s 2 (418 G).
Principe de préaccentuation
Il existe deux modes d'enregistrement principaux signal harmonique sur un disque de vernis. En mode persistant amplitudes de déplacement l'amplitude du déplacement du sillon dépend uniquement de l'amplitude du signal électrique enregistré et ne dépend pas de sa fréquence. Dans ce cas, le taux de variation du biais augmente en proportion directe avec la fréquence du signal et atteint tôt ou tard des valeurs inacceptables. En mode persistant amplitudes de vitesse de vibration l'amplitude ne dépend pas de la fréquence vitesse changements dans le déplacement du sillon, et l'amplitude du déplacement est inversement proportionnelle à la fréquence du signal. Le plus commun micros électromagnétiques sont spécifiquement sensibles à la vitesse de vibration, la lecture des enregistrements enregistrés dans ce mode ne nécessite donc aucune correction de fréquence. Cependant, de tels enregistrements se caractérisent par un niveau de bruit relatif inacceptablement élevé aux fréquences moyennes et particulièrement élevées. En raison de ces défauts, aucun des deux modes n’est applicable sous sa forme pure. Tous les systèmes d'enregistrement sonore pratiques combinent des sections des deux modes : aux basses fréquences, l'enregistreur fonctionne en mode d'amplitudes de déplacement constantes, aux moyennes fréquences - en mode de vitesse d'oscillation constante. Le passage d'un mode à un autre s'effectue de manière particulière filtre de préaccentuation, et la fréquence de croisement est sélectionnée de manière à adapter le signal utile maximum dans les limites spécifiées par la technologie.
Il n’existe pas de solution idéale au problème, puisque chaque programme musical ou vocal possède sa propre distribution spectrale unique d’énergie et d’amplitudes maximales du signal. Il n'existe aucune norme pour une telle distribution qui pourrait être utilisée pour évaluer l'efficacité d'un paramètre de filtre particulier. En pratique, le modèle spectral le plus simple est utilisé, dans lequel dans la plage de 20 Hz à 1 kHz, les amplitudes de crête sont constantes et dans la plage de 1 à 20 kHz, elles diminuent à un taux d'environ 10 dB par seconde. octave. La part des composants haute fréquence dans ce modèle est si faible que limiter l'accélération maximale n'a plus de sens. Au contraire, du point de vue d'un meilleur rapport signal sur bruit, il convient d'augmenter le niveau du signal haute fréquence afin d'exploiter pleinement la plage dynamique de l'enregistrement. Une pente de réponse en fréquence de 10 dB par octave ne peut pas être reproduite par de simples filtres ; en pratique, seules des combinaisons de filtres du premier ordre sont utilisées, chacune mettant en œuvre une pente de 6 dB par octave. Ce qui est important n'est pas la précision de « l'ajustement » du modèle conditionnel du spectre dans le modèle conditionnel de l'enregistrement, mais la correspondance exacte et miroir de la réponse en fréquence des canaux d'enregistrement et de lecture.
Pour la même raison - la nécessité de supprimer les interférences de lecture à basse fréquence - le niveau d'enregistrement aux fréquences les plus basses (20...50 Hz selon la norme RIAA) est en outre augmenté. Ainsi, la réponse en fréquence optimale d'un filtre de préaccentuation pour un enregistrement de longue durée présente trois points d'inflexion dans la région audio : deux dans la région des moyennes fréquences et un dans les basses fréquences.
Esquisse historique
Correction de fréquence avant de passer à l'enregistrement longue durée
Absolument tous les enregistrements de l'histoire ont été enregistrés avec des distorsions dans le spectre du signal original. Au début, il s’agissait de distorsions de fréquence naturelles, inévitables et inévitables des enregistreurs purement mécaniques. Cette étape du développement technologique a atteint son apogée au milieu des années 1920 ; Dans le même temps, le passage de l'enregistrement direct des vibrations acoustiques à l'amplification électrique du signal enregistré a commencé. Développeurs du premier enregistreur électrique Laboratoires Bell Joseph Maxfield et Henry Harrison, qui ont compris l'impossibilité d'utiliser les modes d'amplitude constante et de vitesse d'oscillation constante sous leur forme pure, ont introduit dans le circuit un filtre de préaccentuation avec la fréquence de croisement des régions basse et moyenne fréquence ( f 1 (\displaystyle f_(1))) 200 Hz. Pour les fréquences supérieures à 4 kHz, ils recommandaient de passer à un mode d'accélération constante, mais ce n'était pas demandé dans l'équipement imparfait des années 1920. Pas immédiatement, mais progressivement, d’autres concepteurs et ingénieurs du son ont réalisé la nécessité d’une distorsion délibérée du spectre.
Dans les années 1930, la plupart des fabricants utilisaient au moins une correction de fréquence à deux liaisons, similaire au schéma de Maxfield et Harrison, et une augmentation supplémentaire de la réponse en fréquence aux hautes fréquences était fournie par la norme. microphones à condensateur dessins Huenta. Le marché américain a été capturé par un système d'enregistrement exclusif Western Électrique; Britanique EMI, et après cela, la plupart des fabricants européens ont adopté le système « Blumlein 250 » ( Anglais Blumlein 250Hz) avec une fréquence de coupure de 250…300 Hz.
Les premiers disques longue durée
L'entreprise, qui travaillait sur un nouveau produit depuis les années 1930, espérait sérieusement devenir l'auteur et le propriétaire d'une nouvelle norme mondiale. Elle a vraiment réussi à faire de la vitesse de rotation du disque (33⅓ tours par minute), la spécification géométrique des rainures standard, et elle a inventé et introduit la désignation elle-même. Columbia a choisi le circuit de correction de fréquence pour les disques longue durée sur recommandation de son ancien partenaire - Association nationale des radiodiffuseurs (NAB). Une description technique exacte de ce circuit n'a jamais été publiée ; des graphiques publiés, il s'ensuit que le NAB a utilisé une réponse en fréquence avec des inflexions à 1 590 µs (100 Hz), 350...400 µs (400...450 Hz) et 100 µs (1600 Hz). D'un point de vue technique, il s'agissait d'une solution de compromis réussie, très proche de la future norme RIAA et presque impossible à distinguer à l'oreille.
En 1952, le nom de marque de la courbe Columbia ( Anglais LP Curve) est devenu un nom bien connu aux États-Unis. Les experts du secteur étaient convaincus que ce système particulier deviendrait la norme du secteur, mais Columbia a perdu la guerre des formats. Le principal inconvénient de sa conception était qu'il était optimisé pour les disques de 406 mm, ce qui n'était pas accepté par le marché. Pour les disques d'un diamètre de 305 mm qui ont conquis le marché et sont plus sensibles aux surcharges dans les hautes fréquences, le circuit Columbia était moins adapté. Valeur choisie par l'entreprise f 2 (\displaystyle f_(2))(1600 Hz) était trop faible, ce qui ne faisait qu'exacerber ces distorsions.
Guerre des formats
Après Columbia, les concurrents sont entrés sur le marché des disques longs en utilisant des systèmes alternatifs de correction de fréquence. De ces solutions techniques éphémères, qui n'ont jamais été publiées sous forme de descriptions techniques complètes, seules des informations fragmentaires, inexactes et souvent incorrectes ont survécu. L'étiquetage des documents de cette période prête à confusion ou est totalement peu fiable ; la réponse en fréquence réelle de la préaccentuation appliquée lors de leur enregistrement ne peut être évaluée qu'à l'oreille. Par exemple, une entreprise Decca, qui a commencé à vendre une version longue durée de son système ffrr breveté en 1950, a publié quatre graphiques de réponse en fréquence différents en trois ans. Cependant, selon Copland, en réalité, avant le passage à la norme RIAA, Decca n'utilisait que deux schémas - "Blumlein 500" et sa version avec une augmentation des hautes fréquences supérieures à 3,18 kHz. Au total, dans la décennie d’après-guerre, pas moins de neuf systèmes différents ont revendiqué le statut de standard. L'interface entre les régions des basses fréquences et des moyennes fréquences variait de 250 à 800 Hz, l'augmentation des hautes fréquences variait de 8 à 16 dB à 10 kHz. En outre, il existait des « normes propriétaires » des grandes stations de radio, des archives et des bibliothèques, non destinées à être répliquées - par exemple, divers services BBC a utilisé trois schémas de préaccentuation différents jusqu'en 1963. Industrie ( AES, 1950) et internationale ( CCIR, 1953), les organisations « ont géré le processus » du mieux qu’elles ont pu en proposant leurs propres solutions. La dernière de ces normes défaillantes, la norme allemande DIN 45533, a été approuvé en juillet 1957 et n'a jamais atteint la production de masse.
La multitude de formats incompatibles ne profitait qu’aux équipementiers, qui proposaient aux auditeurs des blocs de tonalité complexes pour corriger les distorsions de fréquence. Les fabricants de disques, au contraire, étaient intéressés par une standardisation rapide de la correction de fréquence. En 1953, lorsqu'il est devenu évident que l'industrie n'accepterait pas le programme de correction du NAB et de Columbia, Association nationale des radiodiffuseurs(NARTB) a mené une analyse comparative des systèmes de correction de fréquence utilisés aux États-Unis et, sur cette base, a compilé une réponse en fréquence « moyenne » idéale pour l'enregistrement et la lecture. De tous les circuits réellement utilisés, la réponse en fréquence de l'enregistrement de la société y était la mieux adaptée. RCA Victor, mis en production en août 1952 sous la marque Nouveau orthophonique. Son écart par rapport à l'idéal moyen sur toute la plage sonore n'a pas dépassé ± 1,5 dB. RCA Victor, comme Columbia, a utilisé une courbe d'enregistrement à trois coudes, mais optimisée pour 33⅓ tr/min. Il s'agit du circuit RCA Victor, avec une montée des basses fréquences de f 3 (\displaystyle f_(3))=50,05 Hz et a été choisie comme norme nationale américaine.
Mise en œuvre
En 1953-1954, la solution proposée par le NARTB a été systématiquement reconnue par l'American Radio and Television Manufacturers Association (RETMA) et Société des ingénieurs du son(AES). Après mai 1954 Association de l'industrie du disque d'Amérique(RIAA) l'a approuvée comme norme industrielle nationale aux États-Unis, et elle a été appelée « courbe RIAA » ou « égalisation RIAA » ( Anglais Courbe RIAA, égalisation RIAA). En 1955, la courbe RIAA est devenue une norme nationale britannique et a reçu une approbation provisoire. Commission internationale en électrotechnique; trois ans plus tard, la CEI reconnaît officiellement la courbe RIAA comme norme (Publication CEI-98-1958, désormais CEI 60098).
La transition de l'industrie américaine vers la courbe RIAA a été rapide, du moins en apparence. Conscients qu'il serait très difficile d'écouler des stocks de disques anciens non standards dans les nouvelles conditions, les fabricants se sont empressés de déclarer leur conformité à la nouvelle norme.
