Danas je nabavljen Level Recorder Type 2304, proizvod danske tvrtke Brüel & Kjær iz 1950-tih godina.
Tvrtka Brüel & Kjær osnovana je 1942. godine i od samih početaka pa sve do danas bavi se razvojem i proizvodnjom uređaja za mjerenje u području audio frekvencija, najviše vezano uz mjerenja jačine buke i vibracija. S obzirom da je tvrtka osnovana tijekom 2. svjetskog rata za bojanje kućišta uređaja dostupna je bila vojna zelena boja i po toj boji su uređaji tvrtke Brüel & Kjær ostali prepoznatljivi sve do danas. Nagli razvoj tvrtke započeo je krajem 1950-tih godina kada je proširila svoju prodaju širom Evrope i na gotovo sve druge kontinente. Godine 1981. tvrtka Brüel & Kjær slavila je svoj milijunti proizvedeni mjerni uređaj. Tijekom 1992. godine tvrtka Brüel & Kjær prodana je njemačkom holdingu AGIV gdje je prema području proizvodnje podijeljena je u pet zasebnih tvrtki. Te podijeljene tvrtke Brüel & Kjær zajedno sa tvrtkama Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM) i BTG Instruments GmbH činile su AGIV-ov odjel naziva Spectris. U srpnju 2000. godine odjel Spectris prodan je britanskoj tvrtki Fairey Group Ltd, a iduće godine Fairey Group promijenila je ime u Spectris Plc. Tijekom 2009. godine tvrtki Brüel & Kjær pridružene su LDS Test & Measurement i Lochard Ltd, da bi se 2020. godine Brüel & Kjær spojio sa Hottinger Baldwin Messtechnik i promijeno ime u Hottinger Brüel & Kjær. Brüel & Kjær danas nudi širok spektar rješenja za mjerenje buke i vibracija, od senzora preko mjernih instrumenata do softverskih aplikacija uz podršku kalibracije i servisa svojih uređaja.
Level Recorder Type 2304 je uređaj koji u vremenskoj domeni mjeri i bilježi promjene naponskih nivoa (amplituda) signala dovedenih na ulaz njegovog mjernog pojačala. Zapis se vrši na perforiranu papirnatu traku osjetljivu na pritisak koju preko reduktora brzine pokreće elektromotor. Stoga je čitav uređaj kombinacija elektroničkih, električnih i mehaničkih sklopova. Mogli bi reći da su Level Recorder uređaji slični osciloskopima ili oscilografima kojima također promatramo promjene amplitude signala u vremenskoj domeni, no velika je razlika u načinu primjene ta dva instrumenta.
Osciloskopi u 1950-tim godinama svakako nisu imali mogućnost snimanja ili ispisa oscilograma, a često nisu imali ni mjerne mogućnosti, posebice ne precizne. Tek moderni digitalni osciloskopi imaju standardno ugrađene mogućnosti snimanja i zatim po potrebi ispisa oscilograma prikazanog na ekranu. Osciloskopi služe za kontinuirano promatranje promjena amplituda nekog signala u realnom vremenu i kao takvi se najviše koriste za podešavanje, kontrolu ili servis sklopova koji generiraju takve signale.
Level Recorderi poput našeg Type 2304 pak su prilagođeni za izradu točno definiranih pojedinačnih snimaka signala u kontroliranim uvjetima kako bi se dobila neka jedinstvena karakteristika promatranog sklopa. Ako malo pogledamo našu papirnatu mjernu traku vidimo da su na Y osi vrijednosti napona u mV ili dB, a na X osi nisu oznake vremena nego frekvencije u c/s (ciklusi u sekundi, danas Hz) raspona 10 Hz – 20 kHz, dakle audio opseg. To znači da ćemo ovim uređajem zapravo dobiti snimku signala u frekvencijskom domeni, a to onda nije osciloskop nego analizator spektra.
Level Recorder Type 2304 pak sam po sebi ne može raditi ništa drugo nego registrirati promjene napona po Y osi. Ako to radimo u vremenskoj domeni (osciloskop) koristiti ćemo mehanički pogon trake u jednoj od 10 brzina što možemo promatrati kao svojevrsne vremenske baze. No ukoliko želimo snimak u frekvencijskoj domeni (spektralni analizator) onda nam je potrebna sinkronizacija pogona trake sa vanjskim uređajima koji određenom brzinom generiraju testne frekvencije u rasponu 10 Hz – 20 kHz (sweep generator).
Iz svega ovoga želimo samo naglasiti da je Level Recorder Type 2304 najčešće korišten samo kao jedna komponenta unutar specifične mjerne postave (koja je mogla biti konfigurirana za snimanje u vremenskoj ili frekvencijskoj domeni) te da je operater morao dobro poznavati karakteristike i rad svake komponente u mjernom sustavu jer se samo uz ispravno podešenje i međusobnu sinkronizaciju svih elemenata mjernog kruga mogao dobiti točan zapis, odnosno točno mjerenje. Današnji mjerni uređaji poput osciloskopa ili spektralnog analizatora imaju sve komponente sustava sadržane unutar jednog instrumenta i njihova međusobna kontrola i sinkronizacija je automatska.
Što se tiče samih Level Recordera sa zapisom na papirnate trake koji koriste elektromagnetske sisteme za pomicanje pisaljke, kod njih nije dovoljno samo podesiti ispravni ulazni nivo signala. Elektromagnetski sistem nije savršen i na više načina se može dovesti u preopterećenje, odnosno u područje izvan normalnih radnih uvjeta što rezultira samooscilacijama i sličnim nekontroliranim pomacima igle koje nemaju veze sa ulaznim signalom i na kraju dobivamo pogrešan zapis. Operater je za svako mjerenje morao dobro podesiti više kontrola sadržanih unutar mjernog pojačala kako bi mjerenje bilo ispravno.
Za Level Recorder Type 2304 nemamo nikakvih podataka, pa da vidimo što se može saznati iz oznaka na prednjoj ploči:
- Amplifier Input – ulaz signala u mjerno pojačalo
- Zero Level Adjustment – podešavanje početne pozicije igle po Y osi za nula volti
- Lower Limiting Frequency – visokopropusni filtar kojim se ograničava reakcija elektromagnetskog sistema za pomak igle na nižim frekvencijama audio opsega, odnosno određuje se najniža frekvencija od koje će započeti precizno mjerenje. Ovo je jedna od kontrola za sprječavanje neželjenih pomaka (oscilacija) igle tijekom pojedinih mjerenja.
- Potentiometer db Range – ulazni atenuator
- Writing Speed – kontrola maksimalne brzine igle, odnosno ograničenje (prigušenje) prevelike brzine pomaka igle kod visokih frekvencija što bi moglo dovesti do nekontroliranih oscilacija sistema (uslijed inercije). Ova kontrola se vrši preko negativne povratne veze koja se ostvaruje preko posebnog senzorskog namotaja na elektromagnetskom sistemu za pomak igle.
- Motor – sklopka i osigurač elektromotora za pogon trake
- Amplifier – sklopka i osigurač mjernog pojačala
Na lijevoj strani uređaja vidimo jedan specifičan izmjenjivi modul sa oznakom “50 dB Potentiometer Type 2347”. Ovo je logaritamski potenciometar od 50 kΩ čiji klizač je spregnut sa pomacima same igle (pisaljke) uređaja. Na taj način ovaj potenciometar djeluje kao svojevrstan promjenjivi ulazni atenuator ili pretvornik dinamičkog opsega ulaznog signala. Kako je ulazni signal jači, tako će igla biti jače izbačena po Y osi trake i tako će jače povući klizač potenciometra prema većim vrijednostima otpora po logaritamskoj skali. Time će linearnost ulaznih amplituda signala biti pretvorena u logaritamsku skalu za ispis. Logaritamski potenciometar od 50 dB (10-180 mV) standardno se isporučivao sa uređajem, a kao što se vidi po oznakama na mjernoj traci opcionalno su se mogao ugraditi i logaritamski potenciometar od 25 dB, odnosno linearni potenciometri za opsege 10-35 i 10-110 mV.
Građa ovog potenciometra je posve jedinstvena. Sastoji se od 108 preciznih fiksnih otpornika čiji izvodi su dovedeni na 108 kliznih lamela koje čine potenciometarsku otpornu traku. Ovime je kontinuirani ulazni signal zapravo uzorkovan na 108 mogućih naponskih razina što vjerojatno pomaže stabilnijem i preciznijem radu elektromagnetskog sistema sa iglom. Klizač potenciometra je spregnut sa iglom, no također je i spojen na kontrole Slider na prednjoj ploči, odnosno na sklopku kojom se isti može uključiti ili isključiti iz ulaznog kruga u mjerno pojačalo i na zasebnu direktnu utičnicu.
Pogled na unutrašnje komponente uređaja kada se skine poklopac na donjoj strani kućišta. U gornjem dijelu su pasivne komponente cijevnog mjernog pojačala. Dolje lijevo se vide zupčanici 10-stupanjskog reduktora za pokretanje mjerne trake od perforiranog papira i odmah do njega pogonski elektromotor. Veliko valjkasto kućište je elektromagnetski sistem za pokretanje pisaće igle.
Kad se skine zaštitni poklopac vidi se sistem od deset poluga za ubacivanje određenog zupčanika za dobivanje određene brzine vođenja mjerne trake. Pristup ovom mehaničkom reduktoru u svrhu kalibracije omogućen je preko prozorčića na prednjoj bočnoj strani kućišta.
Pogled na redukcijski mehanizam pogona trake sa unutrašnje strane.
Elektromotor je proizvod njemačke tvornice Papst Motoren KG (po osnivaču Hermann Papst) formirane 1952. godine. Papst motori su bili poznati po tome što su imali vanjski rotor (kao i ovaj naš model) i izrađivali su se za pogon različitih elektroničkih uređaja, uglavnom audio uređaja poput različitih magnetofona, kasetofona i gramofona ali također i za električne pisaće strojeve te razne specijalne električne mjerne instrumente. U tom smislu Papst je usko surađivao sa Grundigom, no s vremenom se proširio i na sva inozemna tržišta. Tijekom 1963. godine došlo je do spajanja tvrtki Papst Motoren, Elektrobau Mulfingen i Motoren Ventilatoren Landshut u današnju ebm-papst grupu koja se i dalje bavi proizvodnjom električnih motora i ventilatora.
Elektromagnetska glava za pogon igle je masivan blok unutar kojeg su na poseban način spregnuti pomična kotva i dvije zavojnice. Jedna zavojnica je pogonska za kotvu, spojena na izlaz pojačala i reagira na pojačani ulazni naponski signal, a druga je “senzorska” u kojoj se ovisno o brzini kretanja igle inducira napon za negativnu povratnu spregu izlaznog pojačala. Time se kontrolira rad elektromagnetske pisaće glave tako da ne dođe do njenog preopterećenja što bi izazvalo izlazak iz nominalne zone radnih pomaka ili neželjene oscilacije koje nemaju veze sa signalom.
Malo valjkasto tijelo na vrhu pritiskivača papirnate trake je zapravo kućište za žaruljicu koja osvjetljava traku tijekom ispisa (slika lijevo). Čini se da je u našem slučaju vrh igle potrošen ili slomljen te isti ne dopire do površine papira (slika desno). Igla nije ništa drugo nego običan metalni vrh koji pritišće papir osjetljiv na pritisak. Takva vrsta papira danas je već izašla iz masovne upotrebe.
Elektromagnetska glava za pogon igle s unutrašnje strane. Znatiželji usprkos, u ovoj fazi nećemo rastavljati glavu samo da vidjeli kotvu i zavojnice jer je preveliki rizik od trajnog oštećenja ovog uređaja.
Bijeli otpornici danskog proizvođača Vitrohm. Tvrtka za proizvodnju otpornika Vitrohm osnovana je 1933. godine, a nakon rata otvorila je pogone također u Njemačkoj i Portugalu. Tijekom 1996. godine tvrtku Vitrohm preuzela je tajvanska korporacija Yageo.
Kondenzatori su također danskog proizvođača Jensen (Tobias Jensen Production A/S). Ova tvrtka osnovana je 1917. godine i primarno je proizvodila različite vrste kondenzatora, a u manjoj mjeri i druge elektroničke komponente kao i neke modele radio prijemnika. Današnja podružnica te tvrtke A/S Jensen Capacitors fokusirana je na proizvodnju visokokvalitetnih kondenzatora za audio aplikacije.
Logo proizvođača na ovom tipu otpornika nismo uspjeli identificirati.
Ovdje su smještene elektronske cijevi koje rade u krugu mjernog pojačala, kao i mrežni transformator sa ispravljačicama i filtarskom kondenzatorima. Ugrađeno je ukupno deset elektronskih cijevi:
- V1, V2, V3, V4 – pentode EF94 / 6AU6 (Philips Miniwatt)
- V5, V6 – dvostruke diode EB91 / 6AL5 (Philips Miniwatt)
- V7, V8 – izlazne pentode EL90 / 6AQ5 (Telefunken)
- V9 – stabilizator napona OA2 (CIFTE)
- V10 – ispravljačica EZ90 / 6X4 (Tungsram)
Ne znamo koliko su elektronske cijevi originalne no vidimo da se radi o nizozemskim, njemačkim, francuskim i mađarskim proizvođačima.
Samo mjerno pojačalo koje se bazira na ovim elektronkama mora biti simetričnog ili balansnog tipa. Naime, elektromagnetski sistem sa kotvom je potpuno slobodan, odnosno nije napet sa jedne strane oprugom kako smo to navikli vidjeli kod raznih solenoida. To znači da na izvode zavojnice treba dovesti simetrični potencijal ili, da se jednostavno izrazimo, ne može jedan kraj biti trajno vezan na masu, odnosno na neki fiksni potencijal.
Prve četiri pentode tako vjerojatno rade u dvije grane ulaznog balansnog pojačala (po dvije u svakoj grani), slijedi detektorski ispravljač i moguće limiteri sa diodama, te na kraju izlazno balansno pojačalo sa dvije pentode snage.
Level Recorder Type 2304 je snimač nivoa signala u području audio frekvencija (do 20 kHz) razvijen za rad u kombinaciji sa drugim Brüel & Kjær mjernim uređajima (setovima). Iako se u nekoj mjeri ovaj snimač može koristiti i kao samostalan uređaj, za snimanje frekvencijskih odziva audio uređaja i komponenti (zvučnika, mikrofona, pojačala, filtara i slično) potrebna je kalibrirana mehanička sprega (preko sajle) pogonskog sistema trake sa vanjskim sweep ili tracking generatorom. Brüel & Kjær tracking generatori toga doba nisu bili elektronički upravljivi oscilatori promjenjive frekvencije (varikap diode otkrivene su tek u 1960-tim godinama), nego je to bio jednostavan audio oscilator kojemu se promjenjivi kondenzator konstantnom brzinom okretao pomoću elektromotora. Redukcijski pogon elektromotora na tracking generatoru tako bi se preko sajle spregnuo sa redukcijskim pogonom pokretanja trake na level recorderu i dobili bismo spektralni analizator. Na bočnoj strani našeg Level Recordera Type 2304 vidimo takva dva priključka za mehaničko spajanje sajle za kontrolu pomaka trake.
Danas ovakvi uređaji naravno nemaju više uporabnu vrijednost, ne samo zbog zastarjele tehnike nego i zbog specifične edukacije koja je potrebna za rad sa takvim mjernim sistemima. Mi smo navikli na moderne digitalne osciloskope i analizatore spektra koji maksimalno automatiziraju proces mjerenja, opraštaju (gotovo) svaku grešku operatera te trenutno reagiraju na sve komade i izbacuju rezultate mjerenja. Za Brüel & Kjær mjernu tehniku iz 1950/60-tih godina pak je rijetko koje mjerenje bilo izvedivo samo sa jednim uređajem, mjerni setovi su bili povezani što električnim što mehaničkim kablovima, operateri su morali biti dobro educirani ne samo glede upravljanja uređajima nego i glede njihovog unutrašnjeg principa rada, a dobivene rezultate je često trebalo dodatno obrađivati. Koji smo mi sretnici što danas imamo dostupnu svu ovu modernu tehniku, još kad bi nam samo mogao netko uliti u glavu to malo znanja što je potrebno za rad s istom 🙂