Современный тракт записи-воспроизведения магнитофона

[MikeF]

Всем доброго дня.
Перед тем как окунутся в инжиниринг позволю себе небольшое лирическое отступление.
После внезапно нахлынувшей ностальгии приобрел себе кассетный магнитофон, не вдаваясь в целесообразность такого поступка в наше время, к выбору подошел довольно рационально, благо нынче сервис мануалы легко доступны, а отзывов хоть отбавляй. После изучения всей этой информации понял, что главное - взять аппарат не "отжатый" и с изначально хорошей механикой и головами.
Почему? Ответ прост.
Исследование электроники любых дек, даже "золотой эры" и топов вроде приснопамятных Накамичи, показало полную ущербность звукового тракта при замечательных головах и ЛПМ.
Не вдаваясь подробно в причины таких решений, которые видимо были обусловлены в первую очередь идеологией и низким качеством массово доступной музыки и остального тракта,
было принято решение создать свой звуковой тракт, естественно с использованием современной элементной базы и схемотехнических решений.

Начну свою публикацию с воспроизводящего тракта, куда включаю цепи коммутации Tape/Monitor и линейного выхода, как основы, которая работает во всех режимах.
Если будет интерес к теме, продолжу с усилителем записи (УЗ) и возможно блоком автоматики и автокалибровки записи.

Итак, рассмотрение схем начнем собственно с модуля усилителя воспроизведения (УВ).
Идеология и схемотехника данного модуля навеяны по большей части циклом статей Сергея Агеева в журналах Радио, более подробно с ними можно ознакомится в первоисточнике (№12 2004г, №№ 1-3 2005г).

Для снижения уровня шума, как наиболее характерной проблемы "кассетников" применено параллельное включение 4-х входных ОУ, данное решение позволяет снизить уровень шума в 2 раза (в пределе) по сравнению с одиночным каскадом.
Для дальнейшего снижения уровня шума применено так называемое охлажденное шунтирование резонанса ГВ с помощью цепочки R101-103, C101 (здесь и далее нумерации идет общая, без поканальных индексов). Данные решения позволяют значительно улучшить реальное отношение С/Ш при использовании высокодобротных ГВ.
Так же, по рекомендации из вышеупомянутых источников постоянная времени t2 выбрана выше стандартных 120/70 мкс и составляет примерно 134/85 мкс (что не характерно для большинства исследованных дек, исходная схема модернизируемого аппарата имеет близкие значения постоянных времени ).
Узел коррекции в диапазоне ВЧ на ОУ U103 позаимствован оттуда же.

Общая схема данного узла представлена в отдельном файле и отличается от типовых решений следующими важными моментами:
1. позволяет обойти каскады системы шумопонижения Dolby, которые как известно, вносят значительный вклад в общую нелинейность и уровень шума тракта;
2. имеет масштабирующий выходной усилитель (на ОУ U1), который позволяет привести уровень выходного сигнала к современным значениям около 2В эфф. И что самое главное - обладающий низким выходным сопротивлением, т.к. автору не удалось найти ни одной деки у которой бы выходное сопротивление было менее 1кОм. Что по современным меркам выглядит довольно феерично, чего не скажешь о качестве звука и легкости выбора межблочника ;
3. не используются эл. ключи и мех. выключатели склонные в таких винтажных аппаратах к тотальному шуршанию, искажениям и полному пропаданию звука. Вся коммутация осуществляется малогабаритными реле с контактами имеющими AgPd(Ni) + Gold покрытие;
4. для подачи сигнала на индикаторы уровня и, в перспективе, выпрямитель системы автокалибровки записи используются буферные ОУ U2, что зачастую позволяет снизить искажения на линейном выходе;
5. используются заведомо качественные пассивные комплектующие: прецизионные тонкопленочные резисторы, NP0 (или пленка), довольно крупных типоразмеров 0805/1206.
Отсутствуют типовые "шеренги разделительных конденсаторов", наличествует только один С114.

На этом пока всё, продолжение по заявкам слушателей а так же по мере прихода плат, комплектующих и продвижения сборки и наладки.

Следует понимать, что рассматриваемые схемы и платы являются оценочным вариантом для получения быстрого результата и дальнейших ориентиров развития!

Спасибо моим друзьям и знакомым, кто принимал активное участие в обсуждениях: sia_2, waso, bishbosh!

[Leoniv]

Посмотрел некоторые ваши схемы для катушечника на предмет RS-485.
Никакие защиты и терминирующие резисторы решили не ставить ввиду вольготных условий внутри магнитофона и малой длины линии, не было никаких проблем?

Низкоомные терминирующие резисторы (обычно 120 Ом) применяют для согласования волнового сопротивления линии, но это имеет смысл только для длинных линий (десятки метров и больше). В короткой линии отраженные сигналы имеют очень маленькую задержку относительно фронтов полезного сигнала и отстоят далеко от моментов семплирования линии приемником. При желении можно применить драйверы с ограниченной скоростью нарастания, они и на десятках метров нормально работают без терминации.

Иногда на линию подключают высокоомный резисторный делитель, его назначение - обеспечить на входе приемника пассиный уровень, когда передатчик отключен. Такая цепочка нужна одна на всю линию и обычо устанавливается на стороне мастера. Если требуется автономная работа подчиненных устройств при отключенной линии связи, тогда такие делители могут стоять на всех устройствах. Приемники современных микросхем драйверов RS-485 как правило являются "Open-Circuit Fail Safe" и не требуют внешнего делителя.

Вход/выход микросхем драйверов имеет встроенную защиту от ESD, у разных типов микросхем эта защита разного уровня серьезности. Но в таких тепличных условиях, как работа между платами внутри магнитофона, этой защиты хватат с лихвой у любого драйвера. Максимум, что можно дополнительно поставить - это небольшие последовательные резисторы.

Шину RS-485 я применял много раз в промышленных условиях, и всегда приходилось приятно удивляться ее надежности. Поэтому издавна использую ее и для межблочной связи, в том числе в промышленном оборудовании. Для магнитофона это избыточно, но микросхемы драйверов дешевые, вполне можно их применить.

[MikeF]

Низкоомные терминирующие резисторы (обычно 120 Ом) применяют для

Да я в курсе конечно, по работе сталкиваюсь для промышленного применения. Меня интересовал именно практический опыт в таком необычном примении как аналоговый магнитофон
Поэтому на всякий случай решил уточнить.
Спасибо за ответ.

[Leoniv]

Вы могли заметить, что на стороне мастера (БУ) у меня предусмотрены последовательные резисторы, они дополнительно ослабят отражения.

[speedster]

Да, но тогда его придется человеку запомнить после калибровки, я то имел ввиду индикаторы, где над уровнем ещё была доп. шкала, которая переключалась от типа ленты.

[COLOR="silver"][?

В том числе и поэтому, я писал выше, что денон не лучший донор .
Делать какие-то светодиоды или врезать цифру или две в панель - так себе затея .

[MikeF]

Вы могли заметить, что на стороне мастера (БУ) у меня предусмотрены последовательные резисторы

Не видел, другую схему смотрел, там голый чип. Поставлю на всякий случай. Закоротить - не подпаять

Делать какие-то светодиоды или врезать цифру или две в панель - так себе затея

Не всё идеально, увы, всегда есть какие-то ограничения.

[speedster]

вечером попробую найти 30нх, может, есть какие-то резервы)

[MikeF]

вечером попробую найти 30нх, может, есть какие-то резервы

В каком смысле?

[MikeF]

Очень полезная функция, тоже реализовал. Капстан запускается при нажатии любой кнопки

А выборку петли ленты при установке кассеты путем кратковременной перемотки туда-сюда делали? С виду полезная функция и визуально выглядит интересно.

[Leoniv]

А выборку петли ленты при установке кассеты путем кратковременной перемотки туда-сюда делали? С виду полезная функция и визуально выглядит интересно.

Да, делал. Еще делал кратковременное форсирование подмотки при включении рабочего хода, чтобы устранить выброс петли. И еще кратковременное включение подмотки после перемотки назад, чтобы подготовить ЛПМ для включения рабочего хода.

[MikeF]

Ясно, тоже хочу сделать подобное.

[Leoniv]

Подбор таймингов управления ЛПМ позволяет сделать его работу более красивой. Этот кусок кода я сразу оформил в виде многостадийного процесса, который выполняется по маленьким кусочкам. Каждый кусочек выполняется очень коротко, затем управление передается основному циклу. Например, задержки - это только проверка программных таймеров, а не тупые циклы. Что-то типа кооперативной многозадачности. Это делает систему отзывчивой на действия пользователя. В какой бы стадии ни находился процесс, всегда будет немедленная реакция на действия пользователя. Переход в другое состояние механики начинается сразу, не дожидаясь выполнения предыдущего перехода. Не так, как в видиках - пока жужжит, ни на что не реагирует.

[MikeF]

Например, задержки - это только проверка программных таймеров, а не тупые циклы...

Само собой, тоже не люблю это ламерское программирование на delay.

[Leoniv]

Например, для катушечника фрагмент кода управления ЛПМ выглядит так:

Код

    if(Op->DelayOver())
    {
      switch(ProMode)
      {
      case TR_PAUSE:
        Op_Mute(ON, 10);
        Op_Press(OFF, 100);
        Op_Spool(SPOOL_BRAKE);
        Op_AutoStop(AS_BRAKE);
        Op_WaitStop();
        Op_AutoStop(AS_OFF);
        Op_Lift(OFF, 400);
        Op_Brake(OFF, 100);
        Op_Spool(SPOOL_OFF, 100);
        Op_Mute(!fCue);
        Op_Final();
        break;

      case TR_PLAY:
        Op_Mute(ON, 10);
        Op_Capstan(CAP_FWD);
        Op_Press(OFF, 100);
        Op_Spool(SPOOL_BRAKE);
        Op_AutoStop(AS_BRAKE);
        Op_WaitStop();
        Op_AutoStop(AS_OFF);
        Op_Lift(OFF, 400);
        Op_Brake(ON, 50);
        Op_AutoStop(AS_START);
        Op_WaitTension();
        Op_WaitCapstan();
        Op_AutoStop(AS_PLAY);
        Op_Spool(SPOOL_PLAYF);
        Op_Press(ON, 200);
        Op_Mute(OFF);
        Op_Final();
        break;
        ..........

[свернуть]

На первый взгляд, записана простая последовательность операций, которая выполняется одним куском, в том числе и задержки (второй параметр означает задержку в мс после выполнения данного шага). На самом деле каждая операция выглядит так:

Код

//----------- Включение ведущего двигателя в заданном направлении: -----------

void TTransport::Op_Capstan(bool rev, uint16_t del)
{
  if(Op->NotDone())
  {
    if(Capstan->Reverse() != rev)
    {
      Capstan->Start(rev);
      Audio->Rev(rev);
      Op->StartDelay(del);
    }
    Op->Done();
  }
}

[свернуть]

Все операции реализованы как неблокирующие функции, используется механизм их последовательного выполнения, похожий на механизм реализации кооперативной многозадачности в Protothreads. Этот механизм реализуется специальным классом TOperations.

Класс TOperations

//----------------------------------------------------------------------------
//--------------------------- Класс TOperations: -----------------------------
//----------------------------------------------------------------------------

class TOperations
{
private:
  uint8_t Number;
  uint8_t DoNumber;
  static const uint8_t BLOCKED = UINT8_MAX / 2;
  TSoftTimer<TT_PLAIN> *DelTimer;
public:
  TOperations(void) { DelTimer = new TSoftTimer<TT_PLAIN>(); };
  void Start(void) { DoNumber = 1; DelTimer->Force(); };
  bool DelayOver(void) { Number = 0; return(DelTimer->Over()); };
  bool NotDone(void) { return(++Number == DoNumber); };
  void Done(void) { DoNumber++; Number = BLOCKED; };
  void StartDelay(uint16_t del) { DelTimer->Start(del); };
};

[свернуть]

Перед выполнением последовательности вызвается метод Op->Start(), который присваивает DoNumber = 1. Затем можно в цикле вызывать последовательность операций. Каждая операция делает в начале проверку Op->NotDone(). Если возвращается true, значит данная операция еще не выполнена. Если возвращается false, операция пропускается, как выполненная. Проверка делается следующим образом: ++Number == DoNumber. Значение Number - это порядковый номер операции в последовательности. Для каждой следующей вызываемой операции Number будет больше на единицу: для первой операции он равен 1, для второй 2, и т.д. Значение DoNumber - это номер операции, которая должна выполнится при данном вызове последовательности. При выполнении операции этот номер увеличивается, поэтому при следующем вызове последовательности будет выполнена следующая операция. На первый взгляд сложно, но поддержка этого механизма пишется один раз, а потом можно бездумно записывать любые последовательности действий.

[MikeF]

Спасибо.

++Number == DoNumber.

По сути "самодельный" case внутри штатного case получился.

[Leoniv]

По сути "самодельный" case внутри штатного case получился.

Не совсем. Этой переменной управляет класс TOperations, имеющий все необходимые методы для поддержки такого стиля записи последовательности команд. Все это делалось для того, чтобы в простом и понятном виде записывать последовательности упраления ЛПМ, а всякие служебные вещи не путались под руками.

[MikeF]

Я понял.

[integra]

А может задействовать аппарат по ссылке внизу.
9 скорость, есть DBX и 8 каналов записи для экспериментов.
Можно читать с одной дорожки шум и вычитать его с дорожки на которой есть фонограмма.
И будут учитываться шумы данной конкретной кассеты носителя что не учитывает ни одна система шумоподавления. В реальном времени и на реальном носителе.
Получится как в современных наушниках с подавлением внешнего шума

https://www.avito.ru/novosibirsk/muz...688_2150208347

[Leoniv]

Можно читать с одной дорожки шум и вычитать его с дорожки на которой есть фонограмма.

Шум каждой дорожки - это случайный процесс. При вычитании шум возрастет в корень из двух раз.

[integra]

Случайный процесс… Интересно как же пол земного шара наушники делают и аудио системы в машины с подавлением внешнего шума. Вот там да… можно сказать случайные внешние.процессЫ. Однако работает и отлично работает.
А в ленте это НОРМИРУЕМЫЙ при изготовлении параметр имеющий четко выраженный спектр. И у разной ленты он нормируем под разные скорости и тд. И разная лента «шипит» по разному. Отсюда и польза снятия отпечатка шипения данной конкретной ленты в режиме проигрывания ее же.
В нашем аудио случае читая с соседней пустой дорожки ленты информацию легко вычитать из полезного сигнала записанного на дорожку рядом.
Какой нибудь редактор типа изотопа или чего похожее возьмите. Там эти алгоритмы присутствуют.
Можно то что я предложил делать. А можно и просто шумы выделить и послушать.
Корни, квадратные и треугольные тут как то не к месту упомянуты

[Leoniv]

Интересно как же пол земного шара наушники делают и аудио системы в машины с подавлением внешнего шума.

Там микрофон улавливает именно тот шум, который надо вычитать.

А в ленте это НОРМИРУЕМЫЙ при изготовлении параметр имеющий четко выраженный спектр.

Спектр - да, а вот мгновенные значения шумового сигнала на разных дорожках будут разные. Вычитание или суммирование сигнала соседней дорожки даст один и тот же результат - увеличение шума в корень из двух раз.

Какой нибудь редактор типа изотопа или чего похожее возьмите. Там эти алгоритмы присутствуют.

Алгоритмы подавления шума по образцу его спектра существуют. Но это не просто вычитание. Сначала с помощью преобразования Фурье вычисляют спектр шума. Затем его сглаживают. Затем вычитают спектр шума из спектра полезного сигнала. Затем восстанавливают информацию о фазе исходного сигнала. Затем получают сигнал с уменьшенным уровнем шума путем обратного преобразования Фурье.