录像机的高保真立体声系统

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近年来,国内录像机市场上高保真立体声机器品种和销量逐年增加,如日立VT-F88、松下NV-F55、NV-HD82、HD100,都是以“Hi-Fi”为标志,上磁鼓安装6个旋转磁头的录像机。它们和原来的VHS机器是兼容的,不过音频录/放通道在原有普通通道的基础上又增加了一对立体声高保真通道,无论音频频响、信噪比、抖晃及动态范围都大大超过普通音频通道的指标,可以和CD唱机的B级、C级相媲美。表1是VHS Hi-Fi音频系统与普通音频通道和CD数字唱机指标对比表,从中可以看出Hi-Fi录像机音频指标在频率响应、动态范围方面和CD唱机相比接近B级而超过C级水平;在信噪比和失真度方面与数字式CD机相比略逊一筹,但大大超过普通音频通道水平。和普通音频通道相比,高保真系统采用了四项基本技术措施。

图1
图1 🔍原图 (881×599)

一、在上磁鼓上增加了一对旋转音频磁头

VHS录像机走带速度较低,在传统的固定音频磁头的模式下,标准录/放(SP.PAL制)头带相对速度只有23.39mm/秒,LP方式速度则仅11.7mm/秒,低于普及型录音机,因此限制了音频信号的录/放质量。在录像机上磁鼓上增加一对旋转磁头,来记录、重放音频信号,可以将头带相对速度提高到4.85米/秒使音频记录/重放也能像图像信号那样采用调频调制方式,压缩音频记录信号的倍频程,解决直接记录方式无法解决的倍频程大、记录频带不够宽,线性区域窄,信噪比差和动态范围小的固有缺点,Hi-Fi高保真系统信噪比和动态范围分别可以做到70dB、80dB以上,而且成了立体声双通道。用旋转磁头录放音频信号还具有抖晃小的优点。当然和视频信号的录放原理一样,二个旋转音频磁头在上鼓上也是成180°分割安装于上鼓圆周上,工作时轮流交替在磁带上扫描,重放时也需鼓伺服电路产生一路音频磁头切换开关脉冲(它和视频开关脉冲形状相同,但相位不同),将AR、AL交替拾取的间断信号切换成连续信号。

二、采用分层重叠和±30°大方位角方式记录VHS

高保真系统的一对音频旋转磁头AL、AR分别具有±30°、-30°的方位角,它们安装在相应的视频磁头旋转方向前120°度位置。如图1所示(L',R)和(R',L)是双缝隙图像磁头,AL在(L',R)前120°位置处。记录时音频磁头AL先于图像磁头(L',R)扫描磁带,这样就使得音频FM信号与图像信号先后分层重叠记录在磁迹的同一中心位置上,音频FM信号的频率为1.4MHz~1.8MHz,比图像FM信号3.8MHz~4.8MHz载波频率为低,先于图像信号记录在磁迹深层,随后图像信号以较高频率记录在磁带表层。所以由于磁迹重叠记录不会产生有害的干扰。

图2
图2 🔍原图 (955×522)

三、采用调频调制方式

前面已经提到,采用调频调制记录避免了音频直接记录所固有的缺点,而且将音频调制中心频率设置在图像信号色度和亮度频带交接的空隙之处:1.1MHz~2.0MHz的频段,如图2所示,这部分频段虽然属于亮度边带信号范围,但是频谱能量微弱,所以不会引起图像信号和音频信号的串扰,由于1.1MHz~2.0MHz的频段范围对音频记录而言较宽,所以可以容纳二路音频调制信号,每路最大频偏为±150kHz,形成立体声高保真系统,左声道中心载波频率1.4MHz,右声道中心载波频率1.8MHz。

图3
图3 🔍原图 (819×450)

四、降噪电路系统

高保真录像机音频系统的降噪电路主要由峰值检波方式的对数压缩/扩展型降噪电路和调频调制通道所惯用的高频预加重/去加重电路所组成。

五、 VHS Hi-Fi音频系统的电路方框图

图3是Hi-Fi VHS录像机音频系统简略框图,二路音频信号经自动电平调节电路ALC控制放大在一定的电平上,在峰值降噪里,对信号进行压缩和预加重处理,然后由音频削波器将音频信号的电平控制在限定的幅度范围内,以免产生过调制失真,信号在调制器里完成频率调制,两个不同中心濒率的带通滤波器(L:1.4MHz,R:1.8MHz)分别提取左右声道的调频信号,然后在L/R混合器里将左右声道的信号叠加,再由记录放大器以最佳记录电平将信号记录在磁带上,音频旋转磁头AL和AR在旋转过程中交替与磁带接触,从而完成AL和AR磁迹的记录。

图4
图4 🔍原图 (1244×996)

重放时由音频旋转磁头AL、AR交替地从各自对应的相同方位角的磁迹上拾取信号,并由预放器对信号放大,再由不同中心频率的带通滤波器分离出左右声道的调频信号,然后在解调器里完成调频信号的解调,产生音频信号,如有信号失落情况发生,则“保持放大器”进行信号失落补偿,对于磁头AL、AR在切换时刻产生的噪声,保持放大器也给予补偿。在降噪系统里,信号进行与记录时相反的处理(扩展和去加重),恢复了音频信号原来状态,信号再由放大器放大,然后或由线路输出,或由射频输出(RF OUT)。但是,目前国内电视机都是单声道的,它是将左右声道信号混合后在变换器进行调制,所以RF输出只有单声道的效果。

六、实际的VHS Hi-Fi音频系统电路举例

松下NV-F55、NV-HD82是国内市场上占有率较高的VHS高保真录像机,HD82是用“K”机心总装录像机,是F55换代产品,但在高保真音频电路上二者基本相同。

F55、HD82高保真音频电路主要由IC551(BA7743F)磁头放大电路、IC4501(F55:XLH7770,HD82X LH7773)信道处理电路所组成,前者完成记录FM信号放大和激励、重放两路FM信号预放、切换,将二个磁头拾取的间断信号变成连续信号;后者完成记录过程输入信号选择,ALC放大预加重和电平压缩、FM调制及滤波。重放过程完成左、右二路信号带通滤波分离、FM解调、去加重和电平扩展,最后进行输出信号选择后输出。它们都是记录/重放公用的电路。

IC551 FM音频磁头放大电路是一块24引脚扁平封装集成电路,图4是它的简化框图。记录时,4脚是信号输入端,22脚是输往音频磁头的记录信号。重放时,二个磁头信号分别从17、19脚输入经预放、切换、AGC放大以后从8脚输出至IC4501-(39)。12脚是重放时磁头开关脉冲输入端,2脚是录/放状态控制输入。高电平时(4.3V)IC551工作在记录状态,低电平时工作重放状态。控制信号来源于系统控制微处理器IC6001。

图5
图5 🔍原图 (900×688)

IC4501 Hi-Fi立体声音频处理电路是100引脚扁平封装集成电路,图5是它的简化方框图。该集成块有四种工作状态:E-E,记录,重放,及后配音,第80、81、11脚是工作方式转换控制口,使立体声和普通音频通道工作于相应的方式,见表2。表2中和一般录像机不同之处是后配音状态(A·DUB)。高保真部分是处于重放状态,而固定磁头的普通音频是处于记录状态。需强调指出,高保真立体声通道是不能后配音的,IC4501共有7个音频信号输入口:左右二路调谐解调立体声输入和调谐解调的单声道输入。由于国内电视广播为单声道,所以这三个输入端IC4501-(2),(3),(4)接在一起都用单声道音频输入,立体声线路音频来自输入/输出组件,输入IC4501-(14)、(16),二路卡拉OK话筒音频输入信号经卡拉OK组件处理混合后输入IC4501-(6),(8)。输入电路有二个信号选择控制输入口(15),(11)。其控制方式见表3。当IC4501-(15)为高电平时,输入IC4501-(14)、(16)的立体声线路输入音频有效;该点为低电平时,录像机接收的电视信号经调谐解调的音频信号有效。当IC4501-(11)为高电平时,输入选择卡拉OK组件处理后信号,即IC4501-(6)(8)输入口有效,进行后配音的普通音频记录,在该状态录像机“KARAOKE”开关必须置于“1”或“2”位置,录像机Hi-Fi通道处于重放状态,左右二路信号经FM解调处理以后音频信号由IC4501-(86),(87)输出至卡拉OK组件板,二路信号叠加和话筒输入信号(经混响处理以后)相加合成为“左+右”音频信号输入IC4501-(6),(8)。该信号由IC4501-(79)输出至普通音频磁头(固定磁头)进行后配音记录。

图6
图6 🔍原图 (924×436)
图7
图7 🔍原图 (975×398)
图8
图8 🔍原图 (1307×977)

在重放状态,由磁头放大器来的音频FM信号进入IC4501-(39),经集成电路内部高保真重放通道解调成左、右二路立体声信号,分别由IC4501-(86),(87)输出至卡拉OK组件,若此时电路工作于卡拉OK状态,它们分别与话筒输入的音频信号相混以后又进入IC4501-(88),(89),在集成电路内受输出电路控制,从IC4501-(97)(98)二个口输出。IC4501-(84)是输出选择控制端,每按一下遥控器AUDIO OUT键,84脚出现一个高电平,IC4501的输出信号按立体声、左声道、右声道、普通音频声道的次序循环变化。但是无论输出控制处于何种状态,IC4501-(99)在E-E。记录或重放时都有信号输出至RF射频转发器,它是在集成块内将左、右二路信号叠加以后输出。若机器工作于非卡拉OK状态,无话筒输入信号(通道截止),二路高保真音频经过OK组件时,没有话筒信号叠加,信号基本路径还是相同的。IC4501-(7)为静噪控制端,在特技重放状态该点为高电平5V,使(97)、(98)、(99)三个输出口都没有输出。(於志根)