Выравнивание RIAA

Кривая эквализации RIAA для воспроизведения виниловых пластинок. Кривая записи выполняет обратную функцию, уменьшая низкие частоты и усиливая высокие.

Эквализация RIAA — это спецификация записи и воспроизведения граммофонных пластинок , установленная Американской ассоциацией звукозаписывающей индустрии (RIAA). Целью эквалайзера является увеличение времени записи (за счет уменьшения средней ширины каждой канавки), улучшение качества звука и уменьшение повреждения канавки, которое в противном случае могло бы возникнуть во время воспроизведения.

Кривая выравнивания RIAA была задумана как де-факто глобальный отраслевой стандарт для записей с 1954 года, но когда на самом деле произошло это изменение, трудно определить.

До этого, особенно с 1940 года, каждая звукозаписывающая компания применяла свою собственную эквализацию; более 100 комбинаций частот оборота и спада использовалось , основными из которых были Columbia-78, Decca-US, European (разные), Victor-78 (разные), Associated, BBC, NAB, Orthacoustic, World, Columbia LP, FFRR. -78 и микропаз, и AES. Очевидным следствием было то, что были получены разные результаты воспроизведения, если фильтрация записи и воспроизведения не совпадала.

Кривая RIAA

Эквализация RIAA — это форма предварительного акцента при записи и уменьшения акцента при воспроизведении. Запись производится с понижением низких частот и усилением высоких, а при воспроизведении происходит обратное. Конечным результатом является ровная частотная характеристика, но с ослаблением высокочастотных шумов, таких как шипение и щелчки, исходящие от носителя записи. Снижение низких частот также ограничивает отклонения, которые фреза должна совершать при нарезании канавки. Таким образом, ширина канавок уменьшается, что позволяет большему количеству канавок поместиться на заданную площадь поверхности, что позволяет увеличить время записи. Это также снижает физические нагрузки на иглу , которые в противном случае могли бы вызвать искажения или повреждение канавок во время воспроизведения.

Потенциальным недостатком системы является то, что грохот усиливается приводного механизма воспроизводящего проигрывателя за счет усиления низких частот, возникающего при воспроизведении. Поэтому игроки должны быть спроектированы так, чтобы ограничивать грохот, в большей степени, чем если бы выравнивание RIAA не происходило.

Эквалайзер воспроизведения RIAA — это не простой фильтр нижних частот. Он определяет точки перехода в трех местах: 75 мкс, 318 мкс и 3180 мкс, что соответствует 2122 Гц, 500,5 Гц и 50,05 Гц. предыскажения Математически передаточная функция выражается следующим образом, где Т ₁ =3180 мкс, Т ₂ =318 мкс, Т ₃ =75 мкс:

$$f(s)={\frac {(sT_{1}+1)(sT_{3}+1)}{(sT_{2}+1)}}$$

Реализация этой характеристики не особенно сложна, но более сложна, чем простой усилитель. 20-го века Практически каждый Hi-Fi предусилитель , интегрированный усилитель и ресивер имели встроенный фонокорректор с характеристикой RIAA. Поскольку в более современных конструкциях входы фонографа отсутствовали, стали доступны дополнительные фонокорректоры с кривой выравнивания RIAA. Они адаптируют магнитный фонокорректор к несбалансированному −10 дБВ потребительскому линейному входу RCA уровня . Некоторые современные проигрыватели имеют встроенное предварительное усиление по стандарту RIAA. Также доступны специальные предусилители для различных кривых эквалайзера, использовавшихся на пластинках до 1954 года.

Редакторы цифрового звука часто имеют возможность выравнивать аудиосэмплы с использованием стандартных и пользовательских кривых эквалайзера, что устраняет необходимость в специальном аппаратном предварительном усилителе при захвате звука с помощью компьютера. Однако это может добавить дополнительный этап обработки семпла, а также усилить или уменьшить недостатки качества звука звуковой карты, используемой для захвата сигнала.

История

Истоки предыскажения

Практика эквализации электрических записей восходит к зарождению этого искусства. В 1926 году Джозеф П. Максвелл и Генри К. Харрисон из Bell Telephone Laboratories обнаружили, что схема записи резака для магнитных дисков Western Electric с «резиновой линией» имеет характеристику постоянной скорости. Это означало, что с увеличением частоты высоких частот амплитуда записи уменьшалась. И наоборот, в басе при уменьшении частоты амплитуда записи увеличивалась. Поэтому было необходимо ослабить низкие частоты ниже примерно 250 Гц , точки оборота басов, в усиленном микрофонном сигнале, подаваемом на записывающую головку. В противном случае модуляция баса становилась чрезмерной и происходило перерезание, при этом каттер попадал в следующую канавку пластинки. При электрическом воспроизведении с помощью магнитного звукоснимателя, имеющего плавный отклик в области низких частот, требовалось дополнительное увеличение амплитуды в точке поворота низких частот. Г. Х. Миллер в 1934 г. сообщил, что когда при радиопередачах пластинок использовалось дополнительное усиление в точке оборота, воспроизведение было более реалистичным, и многие музыкальные инструменты выделялись в своей истинной форме.

Уэст в 1930 году, а затем П.Г.Х. Войт (1940) показали, что первые конденсаторные микрофоны в стиле Венте способствовали яркости средних частот или предыскажению средних частот на уровне 4–6 дБ в цепочке записи. Это означало, что характеристики электрической записи лицензиатов Western Electric, таких как Columbia Records и Victor Talking Machine Company, имели более высокую амплитуду в области средних частот. Подобная яркость компенсировала тусклость многих ранних магнитных звукоснимателей, имевших провал на средних и высоких частотах. . В результате эта практика стала эмпирическим началом использования предыскажения выше 1000 Гц в 78 и 33 Рекорды на 1 ⁄ об /мин, примерно за 29 лет до кривой RIAA.

С течением времени появилось множество практик выравнивания рекордов, не имеющих отраслевого стандарта. Например, в Европе в течение многих лет записи требовали воспроизведения с настройкой оборота низких частот от 250 до 300 Гц и спадом высоких частот на частоте 10 000 Гц в диапазоне от 0 до –5 дБ или более. В Соединенных Штатах практика различалась, и возникла тенденция к использованию более высоких частот оборота низких частот, например 500 Гц, а также большего спада высоких частот, например -8,5 дБ и более. Целью было записать на пластинку более высокие уровни модуляции.

Стандартизация

Данные из ранней технической литературы, касающейся электрической записи, позволяют предположить, что серьезных усилий по стандартизации характеристик записи в отрасли не предпринималось до 1942–1949 годов. До этого технология электрической записи от компании к компании считалась запатентованным искусством, начиная с лицензированного метода Western Electric 1925 года, впервые использованного Колумбией и Виктором. Например, то, что сделал Брансуик , отличалось от практики Виктора .

Вещательные компании сталкивались с необходимостью ежедневно адаптироваться к различным характеристикам записи многих источников - различных производителей «домашних записей», легко доступных для публики, европейских записей, транскрипций с боковой и вертикальной транскрипцией. В 1942 году были начаты усилия по стандартизации в Национальной ассоциации вещателей (NAB), позже известной как Национальная ассоциация радио- и телевещателей. NAB, среди прочего, выпустил стандарты записи в 1942 и 1949 годах для пластинок с горизонтальной и вертикальной обрезкой, в основном для транскрипций. Ряд производителей пластинок со скоростью вращения 78 об/мин, а также первых производителей пластинок, также обрезали свои пластинки до латерального стандарта NAB.

Кривая NAB с боковым разрезом была очень похожа на кривую NBC Orthacoustic, которая возникла на основе практики Национальной радиовещательной компании с середины 1930-х годов. Эмпирически, а не по какой-либо формуле, можно несколько усилить басовую часть звукового спектра ниже 100 Гц, чтобы подавить гул системы и грохот проигрывателя. Аналогично, на высоких частотах, начиная с 1000 Гц, если звуковые частоты повысить на 16 дБ при 10 000 Гц, можно будет услышать нежные свистящие звуки речи и высокие обертоны музыкальных инструментов, несмотря на высокий фоновый шум дисков из шеллака . Когда запись воспроизводилась с использованием дополнительной обратной кривой ( деакцент ), соотношение сигнал/шум улучшалось, и программа звучала более реалистично.

В смежной области примерно в 1940 году предыскажение высоких частот, подобное тому, которое использовалось в кривой записи NBC Orthacoustic, было впервые использовано Эдвином Говардом Армстронгом в его системе с частотной модуляцией ( FM радиовещания ). FM-радиоприемники, использующие схемы Армстронга и подавление высоких частот, обеспечивают высококачественный широкополосный аудиовыход с низким уровнем шума.

Когда в июне 1948 года был выпущен Columbia LP, разработчики впоследствии опубликовали техническую информацию о 33-м альбоме. 1/3 , микрорифление об/ мин , долгоиграющая пластинка. Columbia раскрыла характеристики записи, показывающие, что она похожа на кривую NAB в высоких частотах, но имеет большее усиление басов или предыскажение ниже примерно 150 Гц. Авторы раскрыли характеристики электрической сети для кривой Колумбийского LP. Тем не менее, кривая еще не была основана на математических формулах, по крайней мере, в явном виде.

В 1951 году, в начале послевоенной популярности Hi-Fi-системы, Общество звукоинженеров (AES) разработало стандартную кривую воспроизведения. Он был предназначен для использования производителями усилителей Hi-Fi. Если бы пластинки были спроектированы так, чтобы хорошо звучать на усилителях Hi-Fi, использующих кривую AES, это было бы достойной целью на пути к стандартизации. Эта кривая определялась переходными частотами аудиофильтров и имела полюс на частоте 2,5 кГц (приблизительно 63,7 мкс) и ноль на частоте 400 Гц (приблизительно 397,9 мкс).

RCA Victor и Columbia вели «рыночную войну» по поводу того, какой формат записи победит: Columbia LP против диска RCA Victor со скоростью 45 об / мин (выпущенного в феврале 1949 года). Помимо борьбы за размер диска и скорость записи, существовала техническая разница в характеристиках записи. RCA Victor использовала «New Orthophonic», тогда как Columbia использовала свою собственную кривую LP.

В конечном итоге новая ортофоническая кривая была раскрыта в публикации Р. К. Мойера из RCA Victor в 1953 году; Дополнительную информацию об этой эволюции можно также найти в другой статье того же автора, опубликованной в 1957 году. Он проследил характеристики RCA Victor до рекордера Western Electric с «резиновой линией» в 1925 году и до начала 1950-х годов, претендуя на давнюю практику записи и причины серьезных изменений за прошедшие годы. Кривая RCA Victor New Orthophonic находилась в пределах допусков для кривых NAB/NARTB, Columbia LP и AES. В конечном итоге он стал техническим предшественником кривой RIAA.

Между 1953 и 1956 годами (до появления стереофонической пластинки в 1958 году) несколько организаций по стандартизации по всему миру приняли одну и ту же кривую воспроизведения, идентичную новой ортофонической кривой RCA Victor, которая стала стандартом на национальном и международном рынках звукозаписи. Однако, хотя все эти стандарты были идентичны, универсального названия не использовалось. Один из стандартов назывался просто «RIAA», и вполне вероятно, что это название со временем было принято, поскольку оно было запоминающимся.

Некоторые нишевые производители пластинок, возможно, все еще использовали кривые EQ, отличные от кривой RIAA, вплоть до 1970-х годов. В результате некоторые производители аудио сегодня производят фонокорректоры с выбираемыми кривыми эквалайзера, включая опции для Columbia LP, Decca, CCIR и Direct Metal Mastering от TELDEC .

Мифический «полюс Неймана».

Официальный стандарт RIAA определяет три постоянные времени с предыскажением, неограниченно превышающим 75 мкс, но на практике это невозможно. Когда был написан стандарт эквалайзера RIAA, ограничения полосы пропускания, присущие записывающему оборудованию и режущему усилителю, наложили свой собственный верхний предел на характеристику предыскажения, поэтому официальный верхний предел не был включен в определение RIAA.

Современные системы имеют гораздо более широкую потенциальную пропускную способность. Существенной особенностью всех режущих усилителей, включая режущие усилители Neumann, является принудительно наложенный спад высоких частот выше звукового диапазона (> 20 кГц). Это подразумевает наличие двух или более дополнительных постоянных времени к тем, которые определены кривой RIAA. Это значение нигде не стандартизировано, а устанавливается производителем режущего усилителя и связанной с ним электроники.

Так называемый «полюс Неймана» пытается обеспечить дополнительную коррекцию этих неофициальных постоянных времени при воспроизведении. Однако такого полюса нет.

Фон

В 1995 году неквалифицированный источник ошибочно предположил, что в режущих усилителях Neumann применяется один высокочастотный ноль с частотой 3,18 мкс (около 50 кГц) и поэтому при воспроизведении следует включать дополнительный ноль. Однако такого нуля не существует.

Например, предыскажение RIAA в популярном эквалайзере Neumann SAB 74B применяет спад второго порядка на частоте 49,9 кГц, реализуемый активным фильтром Баттерворта (максимально плоским) плюс дополнительный полюс на частоте 482 кГц. Простым нулем это не компенсировать, даже если бы это было необходимо, да и в любом случае у других усилителей будет иначе. Коррекция при воспроизведении фактически не требуется, поскольку она учитывается на этапе монтажа, когда применяется ручная коррекция при мониторинге начальных фрагментов в стандартной системе воспроизведения RIAA. Тем не менее, использование ошибочного нуля, ошибочно названного «полюсом», остается предметом споров среди энтузиастов-любителей.

Многие распространенные конструкции фонокорректоров, использующие выравнивание с отрицательной обратной связью, включают непреднамеренный ноль на высоких частотах, вызванный использованием последовательной отрицательной обратной связи вокруг неинвертирующего каскада усиления, который не может уменьшить усиление ниже 1. Это было отмечено в статье Липшица JAES, как t6 , с уравнениями и RC-сетями для решения: все это было упущено Райтом, который утверждал, что Липшиц не упомянул об этом. Это решение реализовано в некоторых, но не во всех затронутых фонокорректорах.

Кривая МЭК RIAA

была предложена альтернативная версия кривой воспроизведения (но не кривой записи) В 1976 году Международной электротехнической комиссией , отличающаяся от кривой воспроизведения RIAA только добавлением полюса на частоте 7950 мкс (приблизительно 20 Гц). Оправданием было уменьшение инфразвукового выхода фонокорректора, вызванного короблением диска и грохотом проигрывателя.

Эта так называемая поправка IEC к кривой RIAA не всегда считается желательной, поскольку она вносит значительные амплитудные и, что более важно, фазовые ошибки в низкочастотный отклик во время воспроизведения. Простой спад первого порядка также обеспечивает лишь очень незначительное снижение грохота. и многие производители считают, что комбинации проигрывателей, кронштейна и картриджа должны быть достаточно качественными, чтобы не возникло проблем.

Некоторые производители следуют стандарту IEC, другие — нет, а остальные делают эту опцию IEC-RIAA доступной для выбора пользователем. Спустя 35 лет этот вопрос остается предметом дискуссий. Однако эта поправка IEC была отозвана в июне 2009 года.

Кривая TELDEC/DIN

Telefunken и Decca основали звукозаписывающую компанию ( Teldec ), которая использовала характеристику, которая также была предложена для немецких стандартов DIN в июле 1957 года ( Entwurf DIN 45533, DIN 45536 и DIN 45537). Между прочим, этот предложенный стандарт определял точно такие же характеристики, как и промежуточная рекомендация CCIR № 208 от 1956 года, которая действовала примерно до середины 1959 года. Тем не менее, предложенные стандарты DIN были приняты в апреле 1959 года (DIN 45533:1959, DIN 45536:1959 и DIN 45537:1959): то есть в то время, когда характеристики RIAA уже были устоявшимися; и это действовало до ноября 1962 года, когда немецкий DIN наконец принял характеристику RIAA (DIN 45536:1962 и DIN 45537:1962). Однако степень использования характеристики Teldec неясна.

Постоянные времени характеристики Teldec составляют 3180 мкс (приблизительно 50 Гц), 318 мкс (приблизительно 500 Гц) и 50 мкс (приблизительно 3183 Гц), отличаясь таким образом только третьим значением от соответствующих значений RIAA. Хотя характеристика Teldec близка к характеристике RIAA, она достаточно отличается от записей, записанных первой и воспроизведенных вторыми, и звучит немного скучно.

Ссылки

Примечания

Библиография

• Пауэлл, Джеймс Р.-младший. Техническое руководство для аудиофилов по записям со скоростью вращения 78 об/мин, транскрипцией и микроканавками . 1992 год; Граммофонные приключения, Портедж, Мичиган. ISBN   0-9634921-2-8
• Пауэлл, Джеймс Р.-младший. Диски с транскрипцией транскрипции. 2001 г.; Граммофонные приключения, Портедж, Мичиган. ISBN   0-9634921-4-4
• Пауэлл, Джеймс Р. младший и Рэндалл Г. Стел. Настройки эквалайзера воспроизведения для записей со скоростью 78 об/мин. Второе издание. 1993, 2001; Граммофонные приключения, Портедж, Мичиган. ISBN   0-9634921-3-6

Внешние ссылки

• Эквалайзер воспроизведения для шеллаков со скоростью вращения 78 об/мин и пластинок до RIAA (кривые эквалайзера, указатель звукозаписывающих компаний): Audacity Wiki
• Описание и диаграммы кривой выравнивания RIAA
• Примеры конструкций пассивных фильтров