本發(fā)明涉及模擬音頻信息存儲及播放設(shè)備，尤其涉及一種恒線速膠木唱片的播放/記錄方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

飛速發(fā)展的CD光盤一度將古老的膠木唱片打入冷宮，全球的膠木唱片的銷售額從1997年（約14億美元）開始嚴重下滑，到2006年達到低谷（約為5億美元），但由于近年來模擬音頻的處理技術(shù)的大幅提升，人們發(fā)現(xiàn)膠木唱片在某些技術(shù)指標(biāo)上還是可以達到普通CD光盤和數(shù)字音頻存儲設(shè)備所不能達到的動態(tài)以及對細節(jié)的解析能力，因此2010年后膠木唱片的銷售額開始復(fù)蘇，2013年的銷售額(約22億美元）已經(jīng)明顯超過銷量開始急劇下滑的1997年。但是這種膠木唱片，錄制節(jié)目容量小的問題也顯露出來，比如300mm唱片記錄時間僅為25分鐘。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題是提供一種恒線速膠木唱片的播放和/或記錄方法，采用恒線速度唱片技術(shù)來替代傳統(tǒng)唱盤，大大提高記錄內(nèi)容，能在有限的記錄空間里記錄更多的模擬音頻內(nèi)容。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：采用恒轉(zhuǎn)速播放和記錄，在技術(shù)上采用以下兩種方法：

1）莫爾條紋角度傳感器法

用莫爾條紋傳感器來采集唱針?biāo)幍奈恢茫ㄆ铅龋?，根?jù)唱針?biāo)幍奈恢?，?00mm(12”)唱片為例，唱針每走一圈，直徑約擴大0.111mm。

（1）選擇設(shè)計合理唱針臂轉(zhuǎn)軸的擺放位置（圖1中O即為唱針臂轉(zhuǎn)軸所在位置），主要是為了計算方便，同時可減少內(nèi)環(huán)和外環(huán)速度探測誤差和補償修正的不均勻性，通?？蛇x擇在有效記錄范圍的中部對應(yīng)半徑的切線處，如300mm唱盤(12”)對應(yīng)半徑為106/2+（290-106）/2=97mm；

（2）用莫爾條紋傳感器裝置測量唱針臂相對于初始狀態(tài)時的角度θ（單位為弧度），圖2中的1為唱盤，2為唱針臂，3為定光柵，4為動光柵，5為光發(fā)射頭，6為光接收頭，7為唱針。

（3）選擇合適的唱針臂長R₀，取較大值，其線性度較好，過長會影響唱機尺寸和增加對唱盤的壓力。

（4）通過合理設(shè)計唱針臂轉(zhuǎn)軸的擺放位置，如圖1所示，此時可以用式（1）近似公式確定唱針此時離轉(zhuǎn)盤圓心的距離（旋轉(zhuǎn)半徑）：

R=r₀+R₀θ （1）

式中：R為唱針到轉(zhuǎn)盤圓心的半徑，單位為mm；

r₀為唱片有記錄軌跡的最小直徑，單位為mm，根據(jù)標(biāo)準為106mm；

R₀為唱針臂長半徑，單位為mm；

θ為唱針臂相對基準位置的夾角，單位為弧度。

（5）根據(jù)式（2）線速度、角速度和唱針位置處軌跡圓的半徑的關(guān)系，不斷修正角速度使線速度恒定；

ω=v/R （2）

式中：ω為線速度，單位為rad/s；

v為線速度，單位為mm/s；

R為唱針到轉(zhuǎn)盤圓心的半徑，單位為mm。

由于線速度已知并且固定，R可以通過測量夾角θ得到，這樣我們就可以通過不斷地修正角速度來達到線速度恒定的目的。

（6）在保持線速度恒定的條件下播放和/或記錄所述唱片。

在采用上述技術(shù)方案的同時，本發(fā)明還可以采用或者組合采用以下進一步的技術(shù)方案：

2）超音頻導(dǎo)頻信號法

在唱片錄制時，在音頻里加入低幅度的超音頻導(dǎo)頻基準頻率參考信號，在唱片播放時用鑒頻器監(jiān)測采集到的超音頻導(dǎo)頻與標(biāo)準超音頻導(dǎo)頻之間的頻差，用這個頻差修正信號來修正播放電機的轉(zhuǎn)速，來到達恒線速播放之目的。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明不僅能夠保留膠木唱片的原材質(zhì)，還能保留唱片比CD盤更大的動態(tài)之特點和更強的小信號細節(jié)之解析能力，確保唱片本身的音響質(zhì)量不受到影響，更重要的是，本發(fā)明大大提高記錄內(nèi)容的容量，能在有限的記錄空間里記錄更多的模擬音頻內(nèi)容，同樣尺寸的唱片記錄時間大幅提升。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中唱針臂轉(zhuǎn)軸的擺放位置的布置示意圖。

圖2是本發(fā)明的播放部分和偏角檢測部分結(jié)構(gòu)圖。

圖3是用莫爾條紋角度傳感器法設(shè)計的電唱機工作原理框圖。

圖4是用超音頻導(dǎo)頻信號法設(shè)計的電唱機工作原理框圖。

具體實施方式

實施例1。

1）容量計算

12英寸唱片直徑為300mm，記時長從25分鐘，提高到44分鐘，記錄時長提升76%。

總?cè)?shù)：25*33.333=833.33圈

最小直徑 106mm 最大 242mm

最小線速度106*3.1416*（33.333/60）=185mm/s

軌跡長（106+290）*3.1416*833.33/2=492182.03mm

恒線速時長 492182.03/（185*60）=44分鐘

增加（44-25）/25*100%=76%。

2）誤差分析

如圖1所示，分別計算A、B、C三點的近似度情況：

A點：R=r₀+R₀θ=r₀=53 θ=0，R_實際=r₀， 誤差為0；

B點：θ=arcsin(46/225)=0.2058

R=r₀+R₀θ=r₀+225*.2058=r₀+46.35=99.35

誤差為（R-R_實際）*100%/R_實際=(99.35-99.114)*100%/99.114=0.238%

C點：θ=2arcsin(46/225)=0.4116

R=r₀+R₀θ=r₀+225*0.4116=r₀+92.61=145.61

R實際=r₀+92=145

誤差為（R-R_實際）*100%/R_實際=(145.61-145)*100%/145=0.42%

3）誤差修正：

通過以上計算，可以發(fā)現(xiàn)如果插入一個反向修正系數(shù)γ，則可以進一步降低偏差，如本例中：

取γ=θ*100%/100

則A點：γ=0，誤差為0；

則B點：γ=0.2058%；

誤差為[R*(100%-γ)-R_實際]*100%/R_實際=

(99.35*99.7942%-99.114)*100%/99.114=0.0318%

則C點：γ=0.4116%；

誤差為[R*(100%-γ)-R_實際]*100%/R_實際=

(145.61*99.5884%-145)*100%/145=0.0074%

適當(dāng)選擇合適的唱針臂長，并且合理布置唱針臂轉(zhuǎn)軸位置，測量角度的方法可以保證足夠的精度。

實施例2。

10英寸唱片直徑為250mm，記時長從17分鐘，提高到28分鐘，記錄時長提升64.7%。

總?cè)?shù)：17*33.333=566.67圈

最小直徑 106mm 最大 242mm

最小線速度106*3.1416*（33.333/60）=185mm/s

軌跡長 （106+242）*3.1416*566.67/2=309763.58mm

恒線速時長 309763.58/（185*60）=28分鐘

增加（28-17）/17*100%=64.7%。

可以采用與實施例1相同的方法對本發(fā)明的誤差進行分析和修正，從而得到合適的唱針臂長以及合理的唱針臂轉(zhuǎn)軸位置的布置。

實施例3。

7英寸唱片直徑為170mm，記時長從8分鐘，提高到10分鐘，記錄時長提升25%。

總?cè)?shù)：8*33.333=266.67圈

最小直徑 106mm 最大168mm

最小線速度106*3.1416*（33.333/60）=185mm/s

軌跡長 （106+168）*3.1416*266.67/2=114774.55mm

恒線速時長 114774.55/（185*60）=10分鐘

增加（10-8）/8*100%=25%。

可以采用與實施例1相同的方法對本發(fā)明的誤差進行分析和修正，從而得到合適的唱針臂長以及合理的唱針臂轉(zhuǎn)軸位置的布置。

實施例4。

圖3所示為用莫爾條紋角度傳感器法設(shè)計的電唱機工作原理框圖。其工作原理為：莫爾條紋角度傳感器對唱針臂的角度進行檢測和放大，把所測得的角度的的數(shù)據(jù)送至微控制器MCU，利用前面公式（1）和公式（2），計算出對應(yīng)的電機旋轉(zhuǎn)角速度，由MCU輸出相應(yīng)的步進控制信號到驅(qū)動放大，最后去驅(qū)動步進電機產(chǎn)生恒線速度旋轉(zhuǎn)的效果。

實施例5。

圖4所示為用超音頻導(dǎo)頻信號法設(shè)計的電唱機工作原理框圖。其工作原理為：唱盤記錄音樂信號的同時，附帶記錄小幅度的超音頻如30kHz導(dǎo)頻信號，放音時，唱針拾取到這個超音頻導(dǎo)頻信號后，經(jīng)放大后輸入到MCU中把它與標(biāo)準30kHz進行差頻比較，產(chǎn)生相應(yīng)的步進控制信號，這個步進控制信號經(jīng)驅(qū)動放大后去驅(qū)動步進電機產(chǎn)生恒線速度旋轉(zhuǎn)的效果。