Мифы и реальности древней звукозаписи
Листаю Hi-Fi-журналы семидесятых годов по проигрывателям, акустике, головкам, усилителям. Все те же, что и в сегодняшних номерах журналов для аудиофилов субъективные оценки, те же эпитеты, восторги и разочарования, лампы и транзисторы, CD и грампластинки... как бы и не прошло ровно 20 лет. Насколько все-таки субъективен человеческий мозг! Учитывая тот факт, что в настоящее время растет интерес к альтернативным источникам информации, в частности, к грамзаписи и свойствам самого носителя — виниловой грампластинке, мне хочется поделиться с читателями журнала сугубо техническими особенностями этой технологии, по возможности как раз исключая какой бы то ни было субъективизм.
Сначала о достигнутых в области грамзаписи технических параметрах, касающихся только механических устройств в трактах звуковоспроизведения.
Частотные характеристики, достигнутые, например, уже в далеком 1978 году, были, даже по сегодняшним меркам, очень хороши как для головок звукоснимателей — например, 10 Гц—50 кГц ±1.5 дБ (Pickering XUV-4500Q), так и для грампластинок — 10 Гц—20 кГц.
Коэффициент детонации многих проигрывателей также великолепен — например, 0012% (WRMS — взвешенный) ±0,035% по DIN моего любимца — Pioneer PL-L800 с тангенциальным тонармом, или Sony PS-X800 с биотрейсером с теми же значениями этих параметров. Можно найти большой ряд и совсем простых в техническом исполнении проигрывателей, весьма недалеко отстающих от указанных величин.
Рис. а. Интермодуляционные искажения студийной головки в зависимости от уровня сигнала и прижимной силы (измерительная пластинка DIN 45512)
Отношение сигнал/шум (более точно — сигнал/рокот) для проигрывателей как с пассиковым, так и с прямым приводом давно перевалил за порог слышимости и составляют ±78 дБ. Сигнал/шум самих грампластинок также составляет более 60 дБ. Если вышеуказанными параметрами обладали бы сегодняшние кассетные деки, ей-богу, за них можно было бы выложить солидные деньги.
Однако далее сходство в количественных показателях заканчивается. Вступает в дело Его Величество Носитель. Вот тут-то «собака и порылась».
Технология записи и воспроизведения цифровой информации, в частности, на CD-ROM’ы предусматривает чисто электрический способ создания определенных последовательностей «единичек и нулей», запечатленных на поверхности компакт-диска в виде только двух разновидностей углублений, причем с возможностью полного исправления погрешностей записи и матрицирования носителя опять же электрическим путем с помощью математических методов кодирования информации. Это позволяет говорить о практически идеальном представлении информации на реальном носителе, где разговор об искажениях, за исключением специфических для данного способа обработки информации, может идти только о привнесенных аналоговым трактом, например, усилителями мощности с их непременными нелинейными искажениями и т.д., при этом теоретически форма носителя и его качество не имеет каких-либо особенностей, не позволяющих обойти его конечную неидеальность, и на заключительной стадии электрических преобразований все-таки получить конечный продукт, не отличающийся от оригинала.
В отличие от цифрового метода, аналоговый, в особенности для механической грамзаписи, что называется «на полную катушку», вынужден использовать форму носителя информации и его конечную неидеальность.
По этой причине, кроме теоретически неизбежных искажений, присущих аналоговому способу представления информации, аналоговые проигрыватели вынуждены использовать различные технические «хитрости», дабы уменьшить разного рода искажения, привносимые и формой носителя, в частности — виниловой грампластинкой, и ее конечной неидеальностью по сравнению с теоретическим представлением.
Что же влияет и насколько значимы искажения, присущие аналоговому способу воспроизведения информации.
Грампластинка
Рис. b.
Коробление. Вид деформации поверхности грампластинки при ее изготовлении или неправильном хранении, приводящий к подъему или опусканию участков поверхности грампластинки относительно среднего уровня. Приводит к увеличению реального плавания звука («Wow») с частотами 0,5—10 Гц, вплоть до значения в 0,2%.
Эксцентриситет. Эта погрешность при изготовлении грампластинки приводит к синусоидальному изменению линейной скорости считывания информации с частотой 0,55 Гц (для скорости 33 об/мин). Существуют, правда, технические решения, преднамеренно изменяющие скорость вращения диска проигрывателя в зависимости от отклонения головки звукоснимателя вправо или влево от центра вращения диска и уменьшающие этот дефект.
Контакт «грампластинка — игла». Теоретически превращает воспроизводимую синусоиду в ее разновидность — поиду. Несоответствие реальной формы острия иглы и режущей кромки резца, а также их физических размеров, в общем случае приводят к возникновению как четных, так и нечетных гармоник воспроизводимого сигнала, которые приводят к нелинейным искажениям, во всяком случае на порядок превышающем нелинейные искажения, например, оконечного усилителя мощности.
Технологические издержки. Пластинки, во всяком случае тех, восьмидесятых годов, являлись продуктом кропотливого процесса редактирования, микширования, монтажа. Результатом этого является то, что, по утверждениям японцев, лучшие экземпляры грампластинок имели интегральный коэффициент детонации не менее 0,25%.
Головка звукоснимателя
Как ни странно, но звукосниматель один из самых совершенных узлов тракта звуковоспроизведения. Действительно, и частотные характеристики, и разделение между каналами, и выходные напряжения, и способность следования, и гибкость подвижной системы — все самого высокого качества, способно угодить самому привередливому меломану и самой привередливой грампластинке, пока... пока игла головки не опустится в канавку. Контакт иглы с канавкой приводит к искажениям огибания, которые возникают из-за геометрических различий между резцом рекордера и иглой головки звукоснимателя. Результатом при воспроизведении неизбежно будут не только новые гармонические составляющие, но еще и фазовая модуляция. Нелинейные искажения увеличиваются пропорционально частоте, поэтому их мешающее действие чрезвычайно велико, и они считаются определяющими искажениями головки звукоснимателя. Фазовая модуляция, в свою очередь, означает и частотную модуляцию, что является причиной, например, интермодуляционных искажений, зависящих как от прижимной силы, так и уровня сигнала. (рис. а)
О порядке величин нелинейных искажений головок звукоснимателей высокого класса можно судить по головке Shure V-15 Type IV — 1,2 % на частоте 1000 Гц (для подвижного магнита), интермодуляционных — 2,2% для колебательной скорости 20 см/сек. Великолепная головка Ortophon SL 20E (подвижная катушка) имеет интермодуляционные искажения около 1,0%. Я привожу здесь минимальные цифры. Посмотрим на зависимость гармонических и интермодуляционных искажения от типа иглы, предоставленный фирмой Shure (рис. b). Ну, и как вам величины искажений от самых совершенных форм иглы? А при неправильной установке или износе иглы они достигают вообще устрашающих величин (рис. e).
Кроме этого, принципиально существует так называемый пинч-эффект (паразитное вертикальное перемещение иглодержателя), генерирующий при поперечной записи четные гармоники основного сигнала, а при глубинной записи — нечетные, а это в музыке — диссонирующие звуки. Правда, этот тип искажений снижается при уменьшении геометрических размеров иглы и ее малого радиуса. Существуют и менее значимые искажения, рассматривать которые в данной статье не имеет смысла из-за недостатка места.
Тонарм
Рис. с. Коэффициент второй гармоники при оптимальном поворотном тонарме
Рис. d.
Рис. е. Коэффициент интермодуляционных искажений при неправильной установке тонарма для новой (а) и изношенной иглы (б) в зависимости от расстояния до центра пластинки
Необходимо напомнить читателю, что весь проигрыватель представляет из себя целый набор резонансных систем (spring-mass system), частоты основных резонансов, каждая из которых находится не только вне воспроизводимого диапазона частот, но и внутри его. Суть этих систем состоит в конечной упругости многих элементов проигрывателя и связанной с этой упругостью определенной массой.
Примером могут служить гибкость подвижной системы головки звукоснимателя и масса иглодержателя, та же гибкость звукоснимателя и масса тонарма, приведенная к кончику иглы, масса иглы и конечной упругости материала грампластинки, масса всего проигрывателя и гибкость опор корпуса, ну и т.д. Тонарм призван в значительной степени помочь нивелировать паразитные резонансные колебания и улучшить параметры звуковоспроизведения в случае грамотной конструкции и верно подобранной под него головки звукоснимателя. Смею вас заверить, что математика построения идеального тонарма тщательно отработана, но идеал так и не достигнут.
Какие искажения привносит система «головка звукоснимателя — тонарм» после того, как игла головки звукоснимателя опустится в канавку?
Как вы уже знаете, отслеживание коробления и эксцентриситета грампластинки приводят к детонации и плаванию звука. Легче с этой проблемой справляются обычные поворотные 9—12-дюймовые тонармы и все виды тонармов с обратной связью по положению тонарма над пластинкой как поворотные, так и тангенциальные. Пассивные тангенциальные тонармы, да еще короткие, очень трудно справляются с этой проблемой, так как гораздо более жесткие по сравнению с гибкостью подвижной системы головки звукоснимателя провода оставят тонарм неподвижным, в то время как иглодержатель «примет на себя» все уходы из-под него канавки. Как правило, изготовители данной продукции опускают этот феномен в технических параметрах, хотя он является определяющим в точном ведении головки в канавке. Для коротких тонармов типа модели Evolution фирмы Clearaudio или заслуженного Revox B 790 кошмарны величины коэффициента детонации при проигрывании коробленых пластинок (см. выше). По этой причине проигрыватели с «короткоствольными» тонармами и не прижились в широких слоях меломанов.
Даже для оптимально рассчитанного поворотного тонарма всегда присутствуют нелинейные искажения величиной около 1% за счет т.н. горизонтального угла погрешности, определяющего угол между касательной к данной канавке и продольной осью головкодержателя тонарма (рис. c).
Кроме того, существуют ведь и факторы, влияющие на величину переходных затуханий между каналами — сдвиг, поворот и наклон осей чувствительности подвижной системы головки звукоснимателя — ну, прямо сход-развал колес в вашем «Мерседесе».
Необходимо предостеречь меломанов от бесконечных смен головок звукоснимателей с целью выдвижения середины стереокартины или устранения мешающих стен комнаты прослушивания ввиду того, что узел «головка звукоснимателя—тонарм» как раз является одной из spring-mass-систем, где изготовители проигрывателя обязаны учитывать ее резонансные свойства, определяемые как головкой (гибкость подвески иглодержателя), так и тонармом (массой тонарма, приведенной к кончику иглы). Несоблюдение этих требований приводит к частой полной потере контакта или, что еще невыносимей, к его частичной потере. Нельзя забывать, что указанный узел должен оставаться безучастным к частотам коробления грампластинок, но уже с 20 Гц полностью воспроизводить записанный сигнал (рис. d)!
Представляется, что изложенное выше, которое является только частью проблем воспроизведения аналоговой грамзаписи (ведь мы почти не говорили об износе самой пластинки, сроке службы иглы и многом, многом другом) являлось достаточно сильным аргументом, что появился компакт-диск или что-то ему подобное.
Немного субъективного
Если вы хотите субъективно оценить свою High End-систему во всех звеньях, рекомендую достать грампластинку с записью увертюры П. И. Чайковского «1812 год», выпущенную фирмой «Telarc» в начале 80-х. В полном соответствии с партитурой на ней присутствует выстрел пушки, причем в данном случае было взято орудие именно тех времен. Вы можете на грампластинке почти в самом конце даже без увеличения обнаружить этот блестящий излом канавки, составляющий несколько миллиметров. Если после проигрывания этого замечательного произведения хрусталь у вас в квартире дрогнул и понес потери — ваш проигрыватель для винила достоин вашей системы. В противном случае CD-проигрыватель за разумные деньги будет лучшей альтернативой.
Всего вам наилучшего!