Реставрация грамзаписей. Часть 1.1

Вот уже и подросло поколение звукорежиссеров, которые никогда не видели грампластинки…

Современные звуковые носители обладают удивительной простотой в эксплуатации. Технология воспроизведения компакт-диска заставила забыть многие ухищрения, на которые приходилось идти при воспроизведении дисковых носителей прошлых лет. Оно и понятно: современные проигрыватели цифровых дисков не имеют никаких пользовательских регулировок и настроек.

А ведь компакт-диски, минидиски и DVD — прямые потомки грампластинки. И в первую очередь потому, что технология их серийного производства по сути своей не отличается от технологии производства грампластинок: изготовление мастер-диска, гальваническое производство, матрицы, литьевые машины для штамповки.

Грамзапись, изобретенная более чем 150 лет назад, позволила человечеству сохранить на материальном носителе документы, характеризующие одно из самых значимых чувств нашего мироощущения — звук. Благодаря грамзаписи мы можем окунуться в звуковой мир наших предков, имеем возможность услышать голоса великих исполнителей прошлого. История звукозаписи сложилась таким образом, что практически до середины 30-х годов прошлого века механическая грамзапись была самой массовой технологией фиксации звука. Другие способы звукозаписи существенно потеснили грамзапись лишь в середине прошлого века. До того времени грампластинка считалась чуть ли не единственным качественным носителем звука.

Возможно, последнее мое утверждение вызовет недоумение у многих читателей: они вспомнят хруст, треск и шипение, которые слышали когда-то с затертых до дыр дисков. Я тоже согласился бы с ними, если бы никогда не имел возможности послушать грампластинки на студийном оборудовании.

Общий вид студийного проигрывателя грампластинок EMT-950 (BBC-version «Wide»)

Так что же надо для того, чтобы бесценные архивные диски заговорили живыми голосами? Этот вопрос с каждым годом все чаще можно услышать от звукорежиссеров, которые собираются заниматься реставрацией архивных записей. Действительно, в настоящее время многие записи остались доступны только на грампластинках. Оригинальные магнитные ленты 50…70-х годов либо размагничены, либо считаются утраченными, а записи более раннего периода в большинстве своем производились непосредственно на мастер-диск.

Правы те, кто изначально задается вопросом качественного воспроизведения архивных записей. Бытующее мнение о безграничных возможностях цифровой реставрации звукозаписи глубоко ошибочно. Да, несомненно, цифровая реставрация предоставляет большие возможности, но они, увы, ограничены. Здесь уместно вспомнить девиз кинодокументалистов: «В производстве фильма нельзя использовать то, что не снято».

Именно этот девиз должен лечь в основу «идеологии» тех, кто собирается вдохнуть новую жизнь в записи прошлых лет. Нельзя восстановить то, что не воспроизведено с оригинального носителя.

Давайте рассмотрим вкратце процесс производства грампластинки, для того чтобы понять, на каких средствах воспроизведения грампластинок остановить свой выбор.

Как я уже говорил, производство начинается с записи мастер-диска. Мастер-диск нарезается на зеркальной поверхности аморфного материала. Резец станка для его нарезки устанавливался в держателе, благодаря колебаниям которого на поверхности диска в процессе его вращения прорезается извилистая канавка. Эта часть технологии оставалась совершенно неизменной с момента изобретения в середине XIX века до наших дней. Все модернизации и улучшения касались исключительно системы привода вращения диска, материала, на котором нарезался диск, резца и механизма, заставляющего его совершать колебания.

Глубинная модуляция и вид канавки грамзаписи. Существенный недостаток глубинной модуляции — невозможность записи очень громких сигналов, поскольку резец может оторваться от поверхности мастер-диска и канавка грамзаписи прервется

Поперечная модуляция и вид канавки грамзаписи. При поперечной модуляции глубина канавки грамзаписи остается неизменной

Первоначально акустические колебания усиливались рупором и передавались на мембрану, к центру которой был прикреплен хвостовик привода резца. Систему из мембраны и резца называют «нарезающей головкой». В качестве материала подложки мастер-диска использовалась зеркальная поверхность воскового диска. Воск — аморфный материал, который при определенной температуре может быть легко прорезан даже незначительными колебаниями звуковых волн. В процессе нарезки диска головка плавно перемещается на червячном приводе вдоль линии радиуса мастер-диска. Таким образом на поверхности мастер-диска нарезается спиралевидная извилистая канавка.

Устройство акустической режущей головки

В период с конца XIX до начала XX века общего стандарта на скорость вращения грампластинки не было. Поэтому производители выпускали грампластинки со скоростью вращения от 60 до 90 оборотов в минуту. К середине 20-х годов этот параметр был установлен в 78 оборотов в минуту и был принят всеми производителями как стандарт. Диски грампластинок выпускались преимущественно двух форматов — «гигант» (30 см или 12 дюймов в диаметре) и «гранд» (27 см или 10,5 дюймов в диаметре). Последний имел более широкое распространение. На диск формата «гигант» можно записать до четырех с половиной минут звучания, а на диск формата «гранд» — до трех минут сорока секунд.

Фоновалики, получившие широкое распространение до изобретения дискового носителя, практически перестали выпускаться в конце 20-х годов прошлого века. Технология их изготовления и была применена для производства грампластинок. Первые грампластинки, которые были выпущены на рынок, имели два конкурирующих формата записи: глубинная модуляция канавки грамзаписи (технология, разработанная фирмой «Патэ») и поперечная модуляция канавки грамзаписи (разработанная независимо Берлинером и Эдисоном). Надо заметить, что первичная запись в технологии «Патэ» осуществлялась поперечным способом, и лишь потом механическим способом преобразовывалась в глубинную. Поскольку поперечная модуляция канавки грамзаписи обладает рядом преимуществ перед глубинной — она была почти сразу «принята на вооружение» всеми производителями грампластинок.

К тому же технология изготовления мастер-дисков с поперечной модуляцией канавки грамзаписи несколько проще, поскольку отсутствует этап преобразования формата.

Устройство электрической режущей головки

Устройство режущей головки для нарезки мастер-дисков с глубинной модуляцией и форма нарезаемой канавки грамзписи

Первая существенная модернизация в процессе совершенствования технологии грамзаписи коснулась привода резца. С появлением в середине 20-х годов электронной звукоусилительной техники появилась возможность заменить акустическую мембрану на электрический привод. Такая технология позволила существенно улучшить качество записи — сделать шире частотный и динамический диапазон.

Следующая модернизация относится к концу 40-х годов. Именно тогда большинство производителей стали использовать в качестве подложек более современные материалы — полимеры. Записи производились на децилит и лаковые диски. Децилит по своим свойствам похож на битум, однако обладает меньшей вязкостью. Лак — еще более жесткий по своим свойствам, чем децилит. Для облегчения нарезки резец в процессе изготовления мастер-диска специально подогревался при помощи нихромовой проволоки. Технология записи на лаковый диск жива и до сегодняшних дней.

В конце 40-х годов появились и долгоиграющие грампластинки. Размеры канавки были существенно уменьшены, что дало возможность записывать мастер-диски на меньшей скорости вращения и существенно увеличить продолжительность записи на одной стороне грампластинки. В СССР первая долгоиграющая грампластинка была выпущена в 1953 году. Долгоиграющие грампластинки выпускались для скоростей вращения от 16 до 45 оборотов в минуту.

С полученного полимерного или воскового мастер-диска гальваническим способом снимается копия на металл. В специальной камере на поверхность мастер-диска наносится слой серебра (подобно тому, как это делается в производстве зеркал), а затем в гальванической ванне на поверхность серебра осаждается никель или медь. Таким образом получается металлический оттиск. Его называют грамм-оригиналом. Прослушивать восковые или полимерные мастер-диски нельзя, поскольку в процессе прослушивания мастер-диск разрушится. Металлические грамм-оригиналы бывают позитивные (нечетная гальванокопия) и негативные (четная гальванокопия). Нечетные копии можно прослушивать при помощи обычных проигрывателей. Поэтому их еще иногда называют «читаемые» и «нечитаемые» оригиналы. Для контрольного прослушивания «нечитаемых» оригиналов используют специальные «обратные» иглы с кончиком в форме змеиного языка, однако, получить высококачественную запись при проигрывании оригинала такой иглой нельзя.

В конце 50-х годов в грамзаписи произошла настоящая революция — появилась стереозапись. Как же удается записать два канала звука одним резцом? Дело в том, что стереозапись на грампластинке — это не совсем два независимых канала звука.

Поперечно-глубинная модуляция канавки грамзаписи. К недостаткам этого способа стереозаписи относится то, что качество звучания одного из стереоканалов сильно отличается от другого

Запись «суперстерео»-сигналов или моносигналана 2 канала с противофазой в одном из них Давайте более детально рассмотрим, каким образом осуществляется стереозапись по сравнению с монозаписями. У канавки грамзаписи имеются две стенки. В случае монозаписи резец совершает колебания по единственной линии, которая лежит в плоскости поверхности мастер-диска и перпендикулярна направлению вращения мастер-диска. Это и есть поперечная модуляция канавки грамзаписи. Линии, образованные на пересечении краев стенок канавки грамзаписи и поверхности диска, абсолютно одинаковые. В стереозаписи применяется так называемая «поперечно-глубинная» модуляция канавки. Там правая стенка модулируется сигналом первого канала, а левая — сигналом второго канала. Устройства привода колебаний резца находятся под углом 90° друг к другу, и таким образом обеспечивается независимость формы нарезки левой и правой стенок канавки грамзаписи. В процессе реальной записи под воздействием сигналов, поступающих на правый и левый толкатели, резец совершает сложные суммарные колебания в соответствующих направлениях в плоскости, перпендикулярной направлению вращения мастер-диска.

Такая запись имеет ряд существенных ограничений. Так, например, невозможно записать противофазные колебания низкой частоты с большой амплитудой и пр. Для этого фонограмма, записываемая на мастер-диск, специально обрабатывается. Самый простой способ обработки — сведение в моно всех сигналов на частотах ниже 500 Гц. Одна из особенностей человеческого слуха, как известно, заключается в том, что мы с трудом обнаруживаем в пространстве источник звука на частотах ниже 500 Гц, поэтому такая обработка фонограммы почти незаметна на слух. Более сложные процессоры контролируют и компенсируют другие «незаписываемые» музыкальные ситуации.

60…70-е годы ХХ века можно считать расцветом грамзаписи. На диск формата «гигант» можно было записать до 60 минут звучания (по 30 минут на каждую сторону). Появились новые высококачественные пластмассы, из которых стали изготавливать грампластинки. Исполнители начали выпускать сборники своих произведений. Появилось такое понятие, как «альбом».

В конце 70-х годов были разработаны наиболее совершенные системы записи мастер-дисков. Это оборудование позволяло производить запись непосредственно на металлический диск из аморфной меди (технология DMM, Direct Metal Mastering — прим. ред.). Такое устройство с полным правом можно называть «станком с ЧПУ», поскольку процесс записи мастер-диска на нем контролируется компьютером. Компьютер в таких системах не только следит за скоростью вращения мастер-диска, обрабатывает фонограмму на предмет компенсации «незаписываемых» звуковых комбинаций в стереоканалах, но и контролирует процесс перемещения режущей головки в зависимости от громкости записываемого сигнала. Благодаря этой функции, удается существенно увеличить продолжительность записи на одной стороне грампластинки. Действительно, ведь если звука в исходном материале нет, нарезаемая канавка имеет строгую спиралевидную форму. При этом шаг витков в спирали грамзаписи можно уменьшить. А в случае, когда записывается звук с максимальной амплитудой, — шаг витков необходимо увеличить, чтобы исключить замыкание витков. Так продолжительность звучания одной стороны грампластинки может возрасти до 45 минут и более. Благодаря тому, что при производстве отпала необходимость осаживать металл на поверхность полимера или воска, существенно улучшилось отношение «сигнал/шум» в записи. Диски, записанные по этой технологии, мало отличаются по качеству звучания от компакт-дисков.

Принятая «компромиссная» система стереозаписи. После того, как режущая головка была повернута на 45°, оба канала стерео оказались наполовину глубинно и наполовину поперечно модулированы. В результате компромисса удалось достичь одинакового звучания обоих каналов стереозаписи 

Сигнал есть только в левом канале

Сигнал есть только в правом канале

Запись моно при помощи стереофонической режущей головки

Запись «суперстерео»-сигналов или моносигналана 2 канала с противофазой в одном из них

Теперь, после того, как внесена ясность в процесс создания грампластинки, самое время понять, как эти сведения применить к процессу проигрывания, чтобы достичь максимальной точности воспроизведения звука. Бытует мнение, что пластинки, записанные акустическим способом (без применения электричества) надо непременно воспроизводить на патефонах и граммофонах. Пропагандисты такого подхода объясняют это некоей теорией «аутентичного звучания».

Но давайте подумаем, что же происходит на этапе воспроизведения грампластинки? Колебания воспроизводящей иглы проигрывающего устройства должны быть каким-то образом преобразованы в звуковые колебания. При этом вполне правомерно считать, что чем меньше искажений будет внесено в полезный сигнал на этапе воспроизведения, тем более естественным будет звучание оригинальной записи. Уровень нелинейных искажений лучших английских патефонов порядка 14%, а бытовые пьезо- и магнитные адаптеры середины ХХ века имеют КНИ на уровне 7…11%. В бытовых радиолах и электрических проигрывателях сигнал с такого адаптера поступает на вход усилителя, который тоже привносит нелинейные искажения и гармоники. Несмотря на «благородство» звучания старых ламповых усилителей, уровень нелинейных искажений и гармоник в них зачастую превышает 5%. Вот такая арифметика…

Динамический и частотный диапазоны патефонов и бытовой техники тоже не выдерживают никакой критики. Для лучших патефонов пределы частотного диапазона это 250 Гц…4,5 кГц, а для бытовых проигрывателей середины прошлого века — 100 Гц…8 кГц. Динамика у патефонов не превышает 27 дБ, а у проигрывателей — 36…40 дБ. Понятно, что воспроизведение записей на таком оборудовании не может дать результат, сколько-нибудь пригодный для дальнейшей реставрации.

Профессиональные проигрыватели грампластинок имеют суммарный уровень нелинейных искажений порядка 0,05% при динамическом диапазоне более 80 дБ и частотном диапазоне от 10 Гц до 50 кГц.

Предположим, что у вас имеется проигрыватель, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к профессиональному оборудованию, и вы хотите получить высококачественную копию грампластинки для последующей реставрации. Как же использовать на все 100% такие возможности профессионального проигрывателя грампластинок?