О соотношении скорости, диапазона частот и уровня записи









В XXI-м веке для высококачественной магнитной записи звука практически применяются следующие точные значения скоростей движения ленты: 38.1, 19.05, 9.525 и 4.7625 см/с. Скорости 2.38 и 1.19 см/с (значения округлены до сотых) даже в кассетной звукозаписи дают качество не выше диктофонного. Скорость 76.2 см/с, с которой началось становление магнитофонов, ушла в прошлое и теперь осталась уделом избранных. Скорость 152.4 см/с существовала столь краткий период, что теперь уже не каждый и вспомнит о её существовании. Нецелые значения сантиметров обусловлены их дюймовым происхождением, так что в дюймовой системе мер этот ряд выглядит куда более простым и понятным: 60, 30, 15, 7.5, 3.75 и 1.875 IPS, где аббревиатура IPS означает «Inches Per Second», а по-русски — дюймов в секунду. Для краткости в дальнейшем тексте я буду называть скорости по целому значению сантиметров, опуская их дробную часть, а иногда и единицу измерения.

Говоря о высококачественной звукозаписи, мы подразумеваем полный или почти полный диапазон частот, воспринимаемый человеческим слухом, то есть примерно от 20 Гц до 20 кГц с разумным сужением или расширением его на краях. Надо заметить, что головка записи не вносит частотных ограничений снизу и почти не вносит их сверху. Оба этих ограничения возникают в головке воспроизведения и обусловлены со стороны высоких частот конечной шириной её рабочего зазора, а со стороны низких — конечными размерами сердечника и экрана (или экранов, если их несколько). Практически не составляет проблемы изготовить головку, размеры которой в тысячу раз превышали бы ширину зазора, однако для двухскоростного магнитофона это соотношение должно быть удвоено, а для трёхскоростного — учетверено, и примерно с этого момента начинаются практические сложности проектирования и изготовления таких головок, так как потери в сердечнике будут тем больше, чем больше размеры сердечника.

Напротив, номинальный уровень записи, то есть именно уровень намагниченности (это устаревший, но на мой взгляд более понятный термин, чем «остаточный магнитный поток») ленты обусловлен почти исключительно каналом записи и зависит, конечно же, в первую очередь от магнитных свойств ленты, но также и от способа её намагничивания. В подавляющем большинстве моделей магнитофонов используется способ намагничивания ленты, при котором в головку записи подаётся звуковой сигнал вместе с сигналом высокочастотного подмагничивания. Хотя этот способ и не позволяет достичь всех тех пределов, на которые способна магнитная лента, но иные способы (созданием высокочастотного подмагничивания отдельной головкой, формированием специальной формы магнитного поля за счёт внешних полюсных наконечников и т.д.) не прижились, и не в последнюю очередь это обусловлено критерием разумной достаточности. В настоящее время существует несколько общепринятых уровней намагниченности ленты, наивысший из которых является также и самым молодым, это 510 нВб/м (встречается также его вариация 514 нВб/м). До него в профессиональной звукозаписи наиболее широко применялось значение 320 нВб/м, а в бытовой — 250 нВб/м и его вариации 256 и 257 нВб/м. Вместе с тем в Японии использовался уровень 185 нВб/м, а в аппаратах с системой Долби — уровни 160 и 200 нВб/м. Это разнообразие вызвано как различными перегрузочными способностями лент, производившихся в разные периоды, так и различными подходами к определению максимально допустимого уровня: числом каналов, отсутствием или наличием шумопонижения, причём последнее является тем самым исключением, когда номинальный уровень намагниченности ленты обуславливали каналом воспроизведения, а не записи (уровень записи при использовании компандерных систем шумопонижения должен быть выдержан очень точно, поэтому с появлением лент со всё более и более высокой перегрузочной способностью номинальный уровень записи для них тем не менее оставляли прежним — для совместимости с шумодавами).

С учётом качества лент "одинарной" толщины (50-55 микрон), доживших до начала XXI-го века, мне видится целесообразным использование уровня 510 нВб/м для скорости в 38 см/с независимо от ширины дорожки записи. Теоретически это создаёт некоторый барьер при совместимости моно- и стерео-записей при выдаче их в эфир. Однако часто ли в наше время в реальной практике выдают в эфир фонограмму с аналогового магнитофона?! А вот при снижении скорости становится интересной зависимость между самой короткой длиной волны, записанной на ленте, и максимально допустимым для неё уровнем, то есть фактически перегрузочной способностью на высоких частотах. Известно, что на средних и не самых низких частотах у магнитных лент есть запас по перегрузочной способности, составляющий примерно от 3 до 13 дБ в зависимости от типа ленты. Известно и то, что на высоких частотах и скоростях ниже 38 см/с такого запаса нет ни у одной ленты. Поэтому интерес заключается в рассмотрении этой в некотором роде философской границы между наличием запаса и его отсутствием. При уменьшении вдвое скорости ленты также вдвое уменьшается и та частота, на которой перегрузочная способность равна нулю. И если на скорости 38 см/с эта частота находится выше 20 кГц, то уже на скорости 19 см/с эта частота, как правило, попадает в звуковой диапазон, делая невозможной запись последней его октавы с полным уровнем, а на скорости 9 см/с запись с полным уровнем невозможна даже для сибилянтов, максимум спектра которых находится как раз в полосе 5—10 кГц. Казалось бы логичным предложить для сохранения полного диапазона записываемых и воспроизводимых частот снижать номинальный уровень записи пропорционально скорости, выбрав его равным 256 нВб/м для 19 см/с и 128 нВб/м для 9 см/с. Однако это естественным образом приведёт к пропорциональному сужению динамического диапазона ценой сохранения (возможно, неоправданного) диапазона частотного. Именно поэтому более логичным мне видится предложение разделять двукратное сокращение возможностей ленты на две геометрически равные части: при каждом понижении скорости на 6.02 дБ уменьшать как уровень записи на 3.01 дБ, так и максимально допустимую частоту записи также на 3.01 дБ. Говоря иными словами, я предлагаю сокращать частотный диапазон, принудительно увеличивая самую короткую длину волны записи и делая запись менее качественной, поскольку при попытке сохранения полного диапазона частот динамический диапазон сократится в ещё большей мере, делая запись ещё менее качественной. При таком раскладе ряд рекомендуемых уровней записи для скоростей 76, 38, 19, 9 и 4 выглядит так: 720, 510, 360, 255 и 180. Обратите внимание: для скоростей 38 и 9 получились вполне общепринятые значения 510 и 255. Также вполне общепринятое значение получилось и для скорости 4 (уровень 185 нВб/м используется в магнитофонах Акай даже для скоростей 9 и 19). Неувязка получается лишь в скорости 19. Возможно, именно этой неувязкой как заложенной в XX-м веке 13%-ной заначкой по перегрузочной способности лент и обусловлен миф о высоких качественных показателях скорости 19, столь распространённый в среде любителей магнитной записи? Во всяком случае, в наше время компания ATR при изготовлении измерительных магнитных лент пытается ориентировать нас на уровень 355 нВб/м, что гораздо ближе к предложенному значению 360.

А что же с диапазонами частот? Не секрет, что и без планомерного снижения уровня по мере снижения скорости ленты этот диапазон всё равно сужался. Если же мы ставим целью сохранение предельной перегрузочной способности (равной некоторому условному значению) на верхней частоте рабочего диапазона, то при выборе верхней частоты этого диапазона, например, 20 кГц для скорости 38, для всех скоростей получаем ряд 28, 20, 14, 10 и 7 кГц (советский ГОСТ и международные стандарты рекомендуют нам значение частоты 7.1 кГц). Вполне оправдан также и ряд частот 32, 22.4, 16, 11.2 и 8, перегрузочная способность на каждой из которых при скоростях 76, 38, 19, 9 и 4 и номинальных уровнях намагниченности ленты 720, 510, 360, 255 и 180 также остаётся неизменной. Вполне очевидно, что и предложенные границы частотного диапазона не сильно отличаются от принятых разными стандартами, однако выбор именно этих значений граничных частот делает скорости более универсальными (то есть менее предпочтительными) к записываемому музыкальному материалу, а изменения в звуке при переходе с одной скорости на другую — более однородными и прогнозируемыми.

Однако до сих пор за рамками рассмотрения оставался тот аспект, что измерительные ленты записывают при уровне, на 20 дБ ниже номинального. При этом же, заниженном на 20 дБ, уровне измеряют и АЧХ сквозного канала магнитофонов. Действительно, выбор такого низкого уровня вызван попыткой избежать насыщения ленты именно на высоких частотах, где на невысоких скоростях есть вероятность (чуть больше единицы) превышения перегрузочной способности ленты. Но именно на решение этой проблемы и направлена предложенная матрица скоростей, частот и уровней (76,38,19,9,4)−(32,22.4,16,11.2,8)−(720,510,360,255,180). Вот так она выглядит в табличном виде:
76 38 19 9 4
32 22.4 16 11 8
720 510 360 255 180
Попытка записать (а затем и воспроизвести) на скорости 19 частоту, скажем, 18 кГц неизбежно приведёт к выходу за пределы перегрузочной способности ленты, а при снижении уровня записи — к повышению уровня шума (по крайней мере, в этой частотной области, если мы говорим о снижении уровня с помощью системы шумопонижения). Понятно, что измерение частотного диапазона при заниженном уровне записи характеризует способности скорее магнитофона, нежели ленты. Однако кому нужен магнитофон в отсутствии ленты? Ведь почти все вопросы практического выбора тех или иных параметров магнитной записи направлены на обеспечение совместимости при обмене фонограммами, то есть именно лентами, а не магнитофонами! В свете этого гораздо более логичным видится принудительное отрезание высокочастотного (в том числе и ультразвукового) участка спектра как в усилителе воспроизведения, так и в усилителе записи, причём если в первом это целесообразно делать для уменьшения уровня шума, то есть увеличения динамического диапазона снизу, то во втором — для исключения превышения перегрузочной способности ленты, то есть для увеличения динамического диапазона сверху. Таким образом, на лентах, предназначенных для измерения АЧХ канала воспроизведения, нелогично не только отсутствие частот 20 кГц и 22.4 кГц на скорости 38 см/с, но и наличие частоты 18 кГц на скорости 19 см/с, а также частот 12.5 кГц и 14 кГц на скорости 9 см/с.

Говоря об уровне и диапазоне частот, нельзя не заметить, что даже в пределах рабочего диапазона частот на уровень записи наложены довольно широкие допуски, составляющие на краях диапазона 6—7 дБ по отношению к средним частотам. Фактически это означает, что на верхней рабочей частоте магнитофон имеет право вместо уровня 510 нВб/м сделать запись с уровнем вдвое меньшим, то есть 255 нВб/м и воспроизвести её каналом воспроизведения с условно горизонтальной АЧХ, сохранив записанный завал на верхах. При измерениях АЧХ (выполняемых, напомню, с заниженным на 20 дБ уровнем) такой допуск даёт дополнительные 6 дБ к снижению уровня и, тем самым, кажущееся расширение диапазона частот сверху. Естественно, что такие широкие допуски приняты лишь для бытовых магнитофонов, которым не предусмотрена индивидуальная подстройка АЧХ на конвейере, а для профессиональных магнитофонов эти рамки несколько уже и, как правило, не превышают 3—4 дБ, что всё равно больше неравномерности полива ленты и даже больше предложенного шага уменьшения уровня записи с уменьшением скорости. В рамках высококачественной звукозаписи с учётом качества лент, разработанных в последней четверти XX-го века, резонно ограничить допуск на высокочастотную область АЧХ сквозного канала приблизительно 2…4-кратным допуском на неравномерность полива ленты (для хороших лент эта неравномерность не превышает четверти децибела в пределах рулона и полдецибела от рулона к рулону), но не более 3 дБ. В низкочастотной области при отсутствии змейки целесообразно сформировать АЧХ, симметричную высокочастотной области относительно вертикальной оси, проходящей через опорную частоту (обычно это 1000 Гц), а при наличии змейки распределить её симметрично относительно уровня опорной частоты. Это позволит оценивать реальные возможности сквозного канала с учётом используемой ленты, то есть фактически оценивать качество не только магнитофона, но и фонограмм. К сожалению, бездумная погоня за цифрами в конце XX-го века привела к неоправданным попыткам расширения частотного диапазона на скорости 19.05 см/с (и рекламирования этого диапазона) с одновременным сужением диапазона динамического, в том числе за счёт уменьшения перегрузочной способности ленты на высоких частотах (и замалчиванием этих двух факторов).


19 марта 2015 года. На главную Евгений Цветиков.