МЯУ!
МУР-Р-Р...

ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЗВУКА:

ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ

Запись и воспроизведение звука с помощью светового луча – оптический способ – подразумевает следующее. Световой луч совершает колебания в соответствии с исходным звуковым сигналом и оставляет след – звуковую дорожку – на носителе. Это процесс записи. При воспроизведении «считывание» записанного звукового сигнала происходит также с помощью светового луча, который каким-то образом снова должен «превратиться» в слышимый звук. В этом, собственно, и заключается идея оптического способа записи и воспроизведения звука.
Впервые идея записи звука способом фотографирования была предложена Фриттом в 1880г., а в 1889г. в России А.Ф. Векшимский изобрел аппарат для оптической записи звука. Схема этого аппарата представлена на рис. 1. Звук воздействует на мембрану, вызывая ее механические колебания, которые через систему рычагов (миниатюрных, естественно) передаются на легкое зеркальце особой формы. Свет от источника отражается зеркалом в виде световой полоски, а поскольку зеркало колеблется с частотой звука, отраженный световой луч также совершает колебания в такт звуковой частоте. Далее луч проходит сквозь щель в неподвижном экране, которая формирует так называемый «световой штрих» и попадает на светочувствительный материал, которым покрыта кинопленка.

В результате воздействия светового штриха (высота которого меняется вследствие колебаний) на светочувствительный слой кинопленки и после химической обработки (проявления и фиксации) на пленке возникает «звуковая дорожка» или «оптическая фонограмма» (рис. 2). Ее форма аналогична звуковой волне.
Как видим, для получения аналоговой оптической фонограммы не потребовались никакие электронные компоненты.

Я не буду останавливаться на недостатках данного метода записи. Для меня важен сам принцип. Напоминаю, что я описываю аналоговый способ записи-воспроизведения звука с помощью светового луча.
Основным элементом в процессе воспроизведения оптической фонограммы (рис. 3) является фотоэлемент, изобретенный А.Г. Столетовым в 1888 г. В фотоэлементе «работает» внешний фотоэффект. Фотоэлемент вырабатывает слабый электрический ток, величина которого пропорциональна освещенности.

Итак, кинопленка с фонограммой движется с постоянной скоростью. Световой поток, создаваемый источником света, проходит сквозь щель в неподвижном экране и фокусируется оптической системой на оптической звуковой дорожке. Интенсивность проходящего сквозь нее светового луча меняется пропорционально параметрам записанного звука (частоте, громкости), и освещенность фотоэлемента также меняется пропорционально записанному звуку. В  электрической цепи «фотоэлемент – батарея – телефон» ток меняется пропорционально изменению освещенности фотоэлемента, и в телефоне слышен записанный звук.

В 1927г. советский ученый А.Ф. Шорин (рис. 4) предложил более совершенный метод оптической записи звука. В его аппарате звуковая волна воздействует на тонкую металлическую ленточку микрофона, которая расположена между полюсами постоянного магнита. Ленточка совершает колебания и в ней возникает ЭДС индукци звуковой частоты (рис. 5). Затем сигнал поступает на усилитель, выполненный на электронных лампах. К выходу усилителя подключен световой модулятор, который аналогичен микрофону, но работает «наоборот». Сигнал поступает на металлическую ленточку, расположенную между полюсами постоянного магнита, в которых сделаны отверстия для прохождения светового луча. Магнитное поле металлической полоски взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. Но через полоску протекает переменный ток звуковой частоты, следовательно она совершает колебания аналогичный исходному звуковому сигналу. Колеблющаяся полоска перекрывает большую или меньшую часть светового потока, проходящего через отверстия в полюсах магнита и, соответственно, засвечивает светочувствительный слой на кинопленке. Звуковая дорожка получается аналогичной той, которая возникает при записи в аппарате Векшимского и называется фонограммой переменной ширины.
Есть еще один метод, основанный на том, что переменный ток заставляет изменять яркость нити лампы накаливания пропорционально частоте. Следовательно, световой поток, создаваемый лампой, также будет меняться.

В этом случае звуковой сигнал с микрофона (рис. 6) поступает на усилитель записи, к выходу которого подключена специальная лампа. Чем меньше тепловая инерционность нити накала этой лампы, тем лучше преобразуются сигналы звуковой частоты в колебания светового потока. Свет фокусируется оптической системой, попадает на чувствительный слой кинопленки, где фиксируется в виде чередующихся штрихов разной степени затемнения (рис. 6 внизу) – возникает фонограмма переменной плотности. Для улучшения качества записанного звука лампа накаливания впоследствии была заменена газоразрядной лампой, а затем – светодиодом. Кстати, вместо фотоэлемента позже также стали применять фотодиоды. Но это уже технические детали. Физические основы процесса оптической записи-воспроизведения аналогового звукового сигнала не изменились.

В отечественной кинотехнике наиболее широкое распространение получил зеркальный модулятор света (рис. 7). Принцип его действия таков: световой поток от лампы 1 проходит сквозь диафрагму 2 (ее называют пишущей маской), фокусируется оптической системой 3 на подвижном зеркальце 4, отражается от него так, что на механической щели 5 возникает изображение выреза в диафрагме. Далее световой поток в виде штриха переменной длины снова фокусируется оптической системой 6 и фиксируется на кинопленке фонограммой переменной ширины 7 (рис. 8а).
Для более полной картины следует заметить, что в зависимости от формы выреза в диафрагме  звуковая дорожка будет иметь разный вид, например:

если вырез в форме буквы «М», то будет двухсторонняя фонограмма переменной ширины (рис. 8б);
если маска имеет несколько треугольных вырезов, то получается многодорожечная фонограмма переменной ширины (рис. 8в), правда, запись на каждой дорожке совершенно идентична соседней;
если маска имеет форму оптического клина, то получается фонограмма переменной плотности (рис. 8г).

Реальная кинопленка шириной 16 мм – так называемая узкая, которая до середины 90-х годов широко применялась в учебных заведениях для демонстрации кинофильмов, показана на рис. 9.

На рис. 10 представлен рабочий узкопленочный кинопроектор «КПШ-4» (подробнее о нем на сайте "Мои раритеты").

Он состоит из блока питания 1, который преобразует »220В в »110В для усилителя 2 и двигателя кинопроектора 3. Проекционная лампа кинопроектора запитывается также нестандартным напряжением »14,5В. На верхний кронштейн кинопроектора 4 устанавливается бобина с кинопленкой. Сейчас она лежит в коробочке 5. К выходу усилителя подсоединен громкоговоритель 6.
Кроме того, в усилителе есть специальный двухполупериодный выпрямитель с мощным фильтром, который подает постоянный ток напряжением ±4В для питания «звуковой» лампы. Именно она создает световой поток, проходящий сквозь двухдорожечную оптическую фонограмму переменной ширины (см. снова рис. 9).

ССЫЛКИ:

Об этих людях – Фритте и Векшимском – в Интернете информации не найдено!

Фотоэффект (внешний) – физическое явление выбивания электронов световым потоком с поверхности металла. Систематически изучался  в А.Г. Столетовым в 1888 – 1890гг.

ЭДС – электродвижущая сила. Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в проводнике при изменении магнитного поля. В данном случае ЭДС индукции возникает в проводнике, движущемся в магнитном поле (закон Ампера).

Зеркальце колеблется со звуковой частотой, т.к. жестко связано с проводником, находящимся между полюсами постоянного магнита. Проводник подключен к выходу усилителя – аналогично рис. 5.

НАЗАД на страницу РАДИОзвук