Апр 16, 2012

Vintage Sound. Часть 3 Магнитная лента (теория)

Магнитная лента, как носитель информации, пришла на смену виниловому диску лишь во второй половине ХХ века, не смотря на то, что идеи магнитной звукозаписи появились практически одновременно с идеями механической записи. Массовый приход магнитной звукозаписи и звуковоспроизведения ознаменовал собой новую веху в истории не только звукозаписи, но и всей музыкальной индустрии в целом.

О том, как зарождалась и развивалась магнитная звукозапись, какие стандарты и виды её существуют, какие параметры определяют «аналоговую теплоту» магнитной ленты, и пойдёт речь в этой статье.

Немного истории

Первый телеграфон Паульсена.

Первые идеи и попытки магнитной записи звука на различные носители относятся ещё к концу XIX века. Самое первое устройство магнитной записи звука — телеграфон, было создано датчанином Вальдемаром Поульсеном в 1898 году. Однако, первые идеи использования явления магнетизма, Оберлин Смит сформулировал ещё в 1888 году. Он предлагал использовать нить с впрессованными в неё металлическими частицами. Запись и воспроизведение осуществлялись в процессе прохождения этой нити через индукционную катушку. Собственно говоря, именно этот принцип и был использован в телеграфоне Поульсена.

«Бум» от этого изобретения тогда был недолгим, хотя и громким. В 1900 году аппарат Поульсена получил большой приз на всемирной выставке, в 1903 году Поульсен создал в США фирму и наладил серийное производство своих телеграфонов, а в 1907 году он усовершенствовал своё изобретение, введя подмагничивание постоянным током, что позволило существенно улучшить качество звука. И тем не менее, в силу некоторых существенных недостатков, как, например: слишком низкая громкость звука, и, напротив, слишком высокая скорость протяжки нити — около 20 м/с, об этом изобретении все очень скоро «забыли» почти на два десятилетия.

«Вспомнили» о нём только в 1929 году, когда Карл Штилле разработал свой блатнерфон — аппарат магнитной записи на тонкую стальную ленту. Этот прибор начала выпускать германская компания Blatner, а позже продолжила английская Marconi. Самыми главными недостатками этого изобретения были тяжёлые катушки с лентой, а также склонность этой самой ленты постоянно запутываться в процессе записи.

Знаменитая фирма BASF.

Действительно революционный прорыв в магнитной записи произошёл в 1928 году, когда В.Плойфмер продемонстрировал ленту на бумажной основе с нанесённым на неё слоем магнитного порошка. Важнейшим преимуществом этой ленты было то, что её можно было склеивать, при этом такие места на слух практически не отличались от целых. Серийный выпуск этой ленты был налажен на баденской фабрике, аббревиатура которой стала одной из самых известных торговых марок, это — BASF.

Все последующие годы технологии магнитной записи и воспроизведения продолжали совершенствоваться, однако, основной проблемой оставался износ магнитных головок, которых хватало в среднем всего на 150-200 часов. Ситуацию очень осложняло и то, что к 1962 году в производстве находились десятки различных типов магнитных головок. Поэтому очень остро встал вопрос об унификации и стандартизации методов, средств и технологий магнитной записи. Первой на этом поприще добилась успеха фирма Philips, разработавшая технологию создания и применения новых, ферритовых головок с малыми потерями на перемагничивание. Срок их службы составлял уже 6-8 тысяч часов, а ширина рабочего зазора в 5 мкм, позволяла использовать их в студийной моно- и стерео аппаратуре.

Не осталась в стороне и знаменитая AEG Telefunken, разработавшая магнитные головки из альсифера, с шириной рабочего зазора 2,5-5 мкм. Этого было вполне достаточно для применения в студийной и бытовой аппаратуре со сниженной скоростью протягивания ленты.

Магнитофон Akai серии GX.

Настоящим прорывом стали магнитные головки фирмы Akai из монокристаллов феррита со стеклянным покрытием (Glass X или GX). Вакуумная технология создания позволяла создавать головки типа GX с рабочим зазором всего 1 мкм, при этом гарантированный срок службы таких головок составлял 150 тыс. часов.

Стандарты и технологии

С тех самых пор, когда первые экземпляры аппаратов магнитной записи/воспроизведения пошли в серийное производство, возникла проблема совместимости различных магнитофонов и их комплектующих. Ленты с одних аппаратов должны без потери качества воспроизводиться на других. Единственный путь решения таких проблем — это стандартизация и унификация, проводимые обязательно на международном уровне.

Двухдюймовая магнитная лента.

Одним из наиболее важных параметров подлежащих стандартизации, является скорость движения ленты. Первый из подобных стандартов установил этот параметр на уровне 76,2 см/с или 30 дюймов/с. Затем были стандартизированы половинные скорости, производные от основной: 38,1; 19,05 и т.д. Скорость движения ленты очень тесно связана с другим, не менее важным параметром: шириной рабочего зазора магнитной головки. Если с помощью тех или иных технологических ухищрений удается снизить ширину рабочего зазора головки, то можно снизить и скорость движения ленты. При этом полоса воспроизводимых частот не изменится — значит сохранится соответствующее качество воспроизведения.

Далее стандартизации подверглась и ширина магнитной ленты. Изначально она была размером 6,35 мм или 1/4 дюйма, затем была немного снижена до 6,25 мм. С появлением компакт-кассет появилась и новая стандартизированная ширина: 3,81 мм. В профессиональной среде, где применяется многодорожечная запись, встречаются ленты шириной 12,7; 25,4; 50,8 мм (0,5; 1,0 и 2 дюйма, соответственно).

Весьма распространенной, хотя и не обязательной, практикой является применение измерительных лент с записью ряда стандартных измерительных сигналов. Они бывают различного назначения и помогают проверить и отрегулировать настройку всех основных функций аппарата. К примеру, с помощью измерительных лент можно произвести нормировку амплитудно-частотной характеристики, установить требуемый угол наклона рабочего зазора магнитной головки, номинальный уровень выходного сигнала усилителя воспроизведения, с использованием опорной частоты измерить уровень детонаций. Такие ленты разрабатываются и выпускаются для моно- и стереофонических магнитофонов, для катушечных и кассетных аппаратов.

«Предел мечтаний» для многих звукорежиссёров: 24-дорожечный Studer A-800.

Ещё одну «революцию» произвели появившиеся в 70-е годы многодорожечные магнитофоны. Они позволяли одновременно записывать на магнитную ленту большое число (до 24 и более) сигналов на ленту шириной в один или два дюйма (25,4 или 50,8 мм). Благодаря их появлению стало возможным записывать отдельно инструменты и инструментальные группы больших симфонических оркестров, вокалистов, и т.п. Звукорежиссер получил возможность при объединении сделанных в разное время записей независимо обрабатывать каждую группу инструментов и солистов. Многодорожечная запись существенно облегчила работу исполнителей, сократила число репетиций, записываемых дублей и многое другое.

Физика процесса магнитной записи/воспроизведения

Многие из вас, вероятно, знают о влиянии магнитной ленты и самого магнитофона на записанный звук. Однако, не многие ясно представляют себе, какие именно процессы происходят со звуком в этой аналоговой среде. А для того, чтобы максимально достоверно повторить эти искажения в цифре, их нужно, что называется, «знать в лицо». Давайте разбираться.

Самая первая и самая большая проблема кроется в лентопротяжной системе — это контроль над скоростью движения ленты. Несовершенство этой системы приводят к «плаванию» и «вибрации звука», эти явления часто называют одним общим термином: «детонация». В английском языке ему эквивалентен термин «wow and flutter», где wow — «медленная» детонация («плавание» звука), а flutter — «быстрая». Всего существуют четыре варианта таких искажений: «drift» – обнаруживается ниже 0,1 Гц; «wow» – обнаруживается в области 0,1 – 10 Гц; «flutter» – в области 10 – 100 Гц; «scrape flutter» – в области 1 – 5 кГц.

Программный эмулятор студийного рекордера Ampex ATR-102.

Подобные циклические колебания создают боковые полосы и шумовую модуляцию вокруг записанного сигнала. Это добавляет к звуку низкоуровневые искажения. Высококачественные магнитофоны свели подобные артефакты до минимума, но всё равно они там присутствует. Таким образом, вызванные флаттером боковые полосы и шумовые модуляции – это врождённый элемент любой аналоговой магнитной записи. И наш слух воспринимает их как часть записанного звука (и ожидает, что они должны там быть) — и как часть того, что мы называем аналоговой теплотой.

Чем большее количество раз делался баунсинг на одной и той же ленте, тем сильнее становились эти побочные эффекты, поскольку при каждом проходе всё добавлялись и добавлялись низкоуровневые искажения. Порождённый таким процессом звуковой характер стал очень распространённым в конце 70-х — начале 80-х годов прошлого века, когда большие многодорожечные форматы стали самыми распространёнными средствами записи, и такие операции, как наложение и баунсинг, были обычным делом.

Следующий неотъемлемый атрибут магнитной ленты — это её сатурация. Аналоговая магнитная запись по природе своей нелинейна, она определяется комбинацией многих сложных параметров, в различной степени влияющих на конечный результат. Среди них: скорость движения ленты, её химический состав, ширина, уровень подмагничивания, корректирующая эквализация, и многое, многое другое. Всё это вносит в записываемый звук гармонические искажения (особенно на низких частотах), неравномерность частотной и фазовой характеристик, уменьшение динамического диапазона (главным образом за счёт высокочастотных транзиентов).

Магнитная плёнка, как носитель информации, требует бережного обращения.

Среди других характерных для магнитной записи искажений можно отметить высокочастотный резонанс в корректирующем эквалайзере, подъём в средних частотах из-за влияния тока подмагничивания (в основном проявляется на малых скоростях движения ленты), и искажения происходящие при записи громких низкочастотных звуков.

Не смотря на всю важность ограничения частотного диапазона (особенно на высоких частотах), это не самое главное, что отличает аналоговую запись от цифровой. Один из основных моментов — это характер передачи транзиентов. Всё дело в том, что громкие высокочастотные транзиенты на ленту просто не записываются из-за магнитного насыщения и самостирания. Именно из-за этого эффекта звук, записанный на аналоговую магнитную ленту, со временем несколько теряет свою яркость. Но с другой стороны, высокие частоты становятся более мягкими и менее «нахальными», поскольку уменьшается воздействие и уровень транзиентов. Вот именно это и есть то, что музыканты и звукорежиссёры привыкли называть «аналоговой теплотой».

WELCOME!

Sound Theory — сообщество музыкантов, звукорежиссёров, продюсеров, саунд дизайнеров и всех, кто любит не только слушать музыку, но и создавать её. Заходите, располагайтесь, читайте и комментируйте. Будет интересно!

Наша группа ВКонтакте: http://vk.com/sound_theory