Эквалайзер RIAA: История и стандартизация записи грампластинок

Введение

Спецификация записи и воспроизведения грампластинок

RIAA-эквалайзация – это спецификация для записи и воспроизведения грампластинок, разработанная Ассоциацией звукозаписывающей индустрии Америки (RIAA). Целью эквалайзации является увеличение времени записи (за счет уменьшения средней ширины дорожки), улучшение качества звука и снижение повреждений дорожки, которые могли бы возникнуть при воспроизведении. Кривая эквалайзации RIAA задумывалась как де-факто глобальный отраслевой стандарт для грампластинок с 1954 года, однако точное время внедрения определить сложно. До этого, особенно начиная с 1940 года, каждая звукозаписывающая компания применяла собственную эквалайзацию; использовалось более 100 комбинаций частот переключения и спада, основными из которых были Columbia 78, Decca U.S., European (различные), Victor 78 (различные), Associated, BBC, NAB, Orthacoustic, World, Columbia LP, FFRR 78 и microgroove, а также AES. Очевидным следствием этого было то, что разные результаты воспроизведения получались при несовпадении фильтров записи и воспроизведения.

Истоки предварительного подчеркивания

Практика эквализации электрических записей восходит к началу развития этой технологии. В 1926 году Джозеф П. Максвелл и Генри К. Харрисон из Bell Telephone Laboratories обнаружили, что модель записи магнитного резака Western Electric "резиновой линии" обладала характеристикой постоянной скорости. Это означало, что с увеличением частоты в высоких частотах амплитуда записи уменьшалась. И наоборот, в низких частотах, с уменьшением частоты, амплитуда записи увеличивалась. Поэтому было необходимо ослаблять низкие частоты ниже примерно 250 Гц, точки перехода басов, в усиленном микрофонном сигнале, подаваемом на записывающую головку. В противном случае басовая модуляция становилась чрезмерной и происходило перерезание канавок, когда резак заходил в следующую канавку записи. При воспроизведении электрическим способом с использованием магнитного звукоснимателя с плавным откликом в низкочастотном диапазоне требовалось дополнительное усиление амплитуды в точке перехода басов. Г. Х. Миллер в 1934 году сообщил, что при использовании дополнительного усиления в точке перехода при радиовещании записей воспроизведение звучало более реалистично, и многие музыкальные инструменты выделялись в своей истинной форме. Уэст в 1930 году, а позже П. Г. Х. Войт (1940) показали, что ранние конденсаторные микрофоны конструкции Венте вносили вклад в 4–6 дБ яркости среднего диапазона или предварительное усиление в цепи записи. Это означало, что характеристики электрической записи лицензиатов Western Electric, таких как Columbia Records и Victor Talking Machine Company, имели более высокую амплитуду в среднем диапазоне. Такая яркость компенсировала тусклость многих ранних магнитных звукоснимателей с затухающим откликом в среднем и высоком диапазонах. В результате эта практика стала эмпирическим началом использования предварительного усиления выше 1000 Гц в записях на 78 и 33⅓ оборотах, примерно за 29 лет до появления кривой RIAA. С годами возникло множество методов эквализации записей, не имеющих единого отраслевого стандарта. Например, в Европе на протяжении многих лет для воспроизведения записей требовалась настройка точки перехода басов в диапазоне 250–300 Гц и спад высоких частот на частоте 10 000 Гц в диапазоне от 0 до −5 дБ и более. В Соединенных Штатах практика варьировалась, и появилась тенденция использовать более высокие частоты точки перехода басов, такие как 500 Гц, а также более сильный спад высоких частот, например, −8,5 дБ и более. Целью было добиться записи с более высоким уровнем модуляции.

Equalization practice for electrical recordings dates to the beginning of the art. In 1926, Joseph P. Maxwell and Henry C. Harrison from Bell Telephone Laboratories disclosed that the recording pattern of the Western Electric "rubber line" magnetic disc cutter had a constant velocity characteristic. This meant that as frequency increased in the treble, recording amplitude decreased. Conversely in the bass, as frequency decreased, recording amplitude increased. Therefore, attenuating the bass frequencies was necessary below about 250 Hz, the bass turnover point, in the amplified microphone signal fed to the recording head. Otherwise, bass modulation became excessive and overcutting took place, with the cutter getting into the next record groove. When played back electrically with a magnetic pickup having a smooth response in the bass region, a complementary boost in amplitude at the bass turnover point was necessary. G. H. Miller in 1934 reported that when complementary boost at the turnover point was used in radio broadcasts of records, the reproduction was more realistic and many of the musical instruments stood out in their true form. West in 1930 and later P. G. H. Voight (1940) showed that the early Wente style condenser microphones contributed to a 4 to 6 dB midrange brilliance or pre emphasis in the recording chain. This meant that the electrical recording characteristics of Western Electric licensees such as Columbia Records and Victor Talking Machine Company had a higher amplitude in the midrange region. Brilliance such as this compensated for dullness in many early magnetic pickups having drooping midrange and treble response. As a result, this practice was the empirical beginning of using pre emphasis above 1,000 Hz in 78 and 331/3 rpm records, some 29 years before the RIAA curve. Over the years, a variety of record equalization practices emerged, with no industry standard. For example, in Europe, for many years recordings required playback with a bass turnover setting of 250 to 300 Hz and a treble rolloff at 10,000 Hz ranging from 0 to −5 dB, or more. In the United States, practices varied and a tendency arose to use higher bass turnover frequencies, such as 500 Hz, as well as a greater treble rolloff such as −8.5 dB, and more. The purpose was to record higher modulation levels on the record.

Стандартизация

Доказательства из ранней технической литературы, касающейся электрической записи, указывают на то, что серьезные усилия по стандартизации характеристик записи в отрасли не предпринимались до 1942–1949 годов. До этого времени технология электрической записи от компании к компании считалась коммерческой тайной, начиная с 1925 года, когда Western Electric лицензировала метод, впервые использованный Columbia и Victor. Например, подход Brunswick отличался от практики Victor. Телерадиовещателям приходилось ежедневно адаптироваться к разнообразным характеристикам записи из множества источников: различных производителей "домашних записей", свободно доступных публике, европейских записей, транскрипций с боковой и вертикальной канавкой. В 1942 году были начаты работы по стандартизации в рамках Национальной ассоциации вещателей (NAB), позднее известной как Национальная ассоциация радио- и телевизионных вещателей. NAB, среди прочего, выпустила стандарты записи в 1942 и 1949 годах для записей с боковой и вертикальной канавкой, главным образом транскрипций. Ряд производителей 78-оборотных пластинок, а также ранние производители LP, также нарезали свои записи в соответствии со стандартом NAB. Кривая NAB была весьма похожа на кривую NBC Orthacoustic, которая развивалась на основе практики, применяемой в Национальной радиовещательной компании с середины 1930-х годов. Эмпирически, а не по какой-либо формуле, низкочастотную часть аудиоспектра ниже 100 Гц можно было немного усилить, чтобы подавить системный гул и шум от вращения диска. Аналогично, в высокочастотном диапазоне, начиная с 1000 Гц, усиление аудиочастот на 16 дБ при 10 000 Гц позволяло слышать нежные шипящие звуки речи и высокие обертоны музыкальных инструментов, несмотря на высокий фоновый шум шеллачных дисков. При воспроизведении записи с использованием соответствующей обратной кривой (деэмфазис) улучшалось отношение сигнал/шум, и программа звучала более естественно. В смежной области, около 1940 года, предварительное усиление высоких частот, аналогичное используемому в кривой записи NBC Orthacoustic, впервые было применено Эдвином Говардом Армстронгом в его системе частотной модуляции (FM) радиовещания. FM-радиоприемники, использующие схемы Армстронга и деэмфазис высоких частот, обеспечивали высококачественный, широкополосный аудиовыход с низким уровнем шума. Когда в июне 1948 года был выпущен LP Columbia, разработчики впоследствии опубликовали техническую информацию о 33⅓-оборотных, микроканавочных, долгоиграющих пластинках. Columbia раскрыла характеристику записи, показывающую, что она была похожа на кривую NAB в высокочастотном диапазоне, но имела большее усиление низких частот или предварительное усиление ниже примерно 150 Гц. Авторы раскрыли характеристики электрической схемы для кривой Columbia LP. Тем не менее, кривая еще не была основана на математических формулах, по крайней мере, явно. В 1951 году, в начале популярности высококачественного звука (hi-fi) после Второй мировой войны, Audio Engineering Society (AES) разработала стандартную кривую воспроизведения. Она предназначалась для использования производителями hi-fi усилителей. Если бы записи создавались так, чтобы хорошо звучали на hi-fi усилителях с использованием кривой AES, это было бы достойной целью для стандартизации. Эта кривая определялась переходными частотами аудиофильтров и имела полюс на 2,5 кГц (приблизительно 63,7 мкс) и ноль на 400 Гц (приблизительно 397,9 мкс). RCA Victor и Columbia вели "рыночную войну" относительно того, какой формат записи победит: Columbia LP или 45-оборотной пластинки RCA Victor (выпущенной в феврале 1949 года). Помимо борьбы за размер диска и скорость записи, существовало техническое различие в характеристиках записи. RCA Victor использовала "New Orthophonic", в то время как Columbia использовала свою собственную кривую LP. В конечном итоге, кривая New Orthophonic была раскрыта в публикации Р.С. Мойера из RCA Victor в 1953 году; дополнительная справочная информация об этой эволюции также содержится в другой статье того же автора, опубликованной в 1957 году. Он проследил характеристики RCA Victor до рекордера "резиновой линии" Western Electric 1925 года и до начала 1950-х годов, заявляя о многолетней практике записи и причинах 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 она стала техническим предшественником кривой RIAA. Между 1953 и 1956 годами (до выхода стерео LP в 1958 году) несколько организаций по стандартизации по всему миру приняли ту же кривую воспроизведения — идентичную кривой RCA Victor New Orthophonic, — которая стала стандартом на национальных и международных рынках звукозаписи. Однако, несмотря на то, что все эти стандарты были идентичны, универсального названия не существовало. Один из стандартов назывался просто "RIAA", и, вероятно, это название в конечном итоге было принято из-за его запоминаемости. Некоторые нишевые производители записей, возможно, все еще использовали другие эквалайзерные кривые, отличные от кривой RIAA, вплоть до 1970-х годов. В результате некоторые производители аудио сегодня выпускают фонокорректоры с выбираемыми эквалайзерными кривыми, включая варианты для Columbia LP, Decca, CCIR и TELDEC's Direct Metal Mastering.

Evidence from the early technical literature concerning electrical recording suggests that serious efforts to standardize recording characteristics within an industry did not occur until 1942–1949. Before this time, electrical recording technology from company to company was considered a proprietary art all the way back to the 1925 Western Electric licensed method first used by Columbia and Victor. For example, what Brunswick did was different from the practices of Victor. Broadcasters were faced with having to adapt daily to the varied recording characteristics of many sources various makers of "home recordings" readily available to the public, European recordings, lateral cut transcriptions, and vertical cut transcriptions. Efforts were started in 1942 to standardize within the National Association of Broadcasters (NAB), later known as the National Association of Radio and Television Broadcasters. The NAB, among other items, issued recording standards in 1942 and 1949 for laterally and vertically cut records, principally transcriptions. A number of 78 rpm record producers, as well as early LP makers, also cut their records to the NAB lateral standard. The lateral cut NAB curve was remarkably similar to the NBC Orthacoustic curve, which evolved from practices within the National Broadcasting Company since the mid 1930s. Empirically, and not by any formula, the bass end of the audio spectrum below 100 Hz could be boosted somewhat to override system hum and turntable rumble noises. Likewise at the treble end beginning at 1,000 Hz, if audio frequencies were boosted by 16 dB at 10,000 Hz the delicate sibilant sounds of speech and high overtones of musical instruments could be heard despite the high background noise of shellac discs. When the record was played back using a complementary inverse curve (de emphasis), signal to noise ratio was improved and the programming sounded more lifelike. In a related area, around 1940 treble pre emphasis similar to that used in the NBC Orthacoustic recording curve was first employed by Edwin Howard Armstrong in his system of frequency modulation (FM) radio broadcasting. FM radio receivers using Armstrong circuits and treble de emphasis would render high quality, wide range audio output with low noise levels. When the Columbia LP was released in June 1948, the developers subsequently published technical information about the 331/3 rpm, microgroove, long playing record. Columbia disclosed a recording characteristic showing that it was like the NAB curve in the treble, but had more bass boost or pre emphasis below about 150 Hz. The authors disclosed electrical network characteristics for the Columbia LP curve. Nevertheless, the curve was not yet based on mathematical formulae, at least not explicitly. In 1951, at the beginning of the post World War II high fidelity (hi fi) popularity, the Audio Engineering Society (AES) developed a standard playback curve. This was intended for use by hi fi amplifier manufacturers. If records were engineered to sound good on hi fi amplifiers using the AES curve, this would be a worthy goal towards standardization. This curve was defined by the transition frequencies of audio filters and had a pole at 2.5 kHz (approximately 63.7 μs) and a zero at 400 Hz (approximately 397.9 μs). RCA Victor and Columbia were in a "market war" concerning which recorded format was going to win: the Columbia LP versus the RCA Victor 45 rpm disc (released in February 1949). Besides also being a battle of disc size and record speed, there was a technical difference in the recording characteristics. RCA Victor was using "New Orthophonic", whereas Columbia was using their own LP curve. Ultimately, the New Orthophonic curve was disclosed in a publication by R. C. Moyer of RCA Victor in 1953; additional background information about this evolution can also be found in another article of the same author, published in 1957. He traced the RCA Victor characteristics back to the Western Electric "rubber line" recorder in 1925 up to the early 1950s laying claim to long held recording practices and reasons for major changes in the intervening years. The RCA Victor New Orthophonic curve was within the tolerances for the NAB/NARTB, Columbia LP, and AES curves. It eventually became the technical predecessor to the RIAA curve. Between 1953 and 1956 (before the stereo LP in 1958), several standards bodies around the world adopted the same playback curve—identical to the RCA Victor New Orthophonic curve—which became standard throughout the national and international record markets. However, although these standards were all identical, no universal name was used. One of the standards was called simply "RIAA", and it is likely that this name was eventually adopted because it was memorable. Some niche record cutters possibly were still using EQ curves other than the RIAA curve well into the 1970s. As a result, some audio manufacturers today produce phono equalizers with selectable EQ curves, including options for Columbia LP, Decca, CCIR, and TELDEC's Direct Metal Mastering.

Мифический "полюс Неймана"

Официальный стандарт RIAA определяет три временные константы с предварительным подъемом, неограниченно возрастающим выше 75 мкс, но на практике это невозможно. Когда разрабатывался стандарт эквализации RIAA, внутренние ограничения полосы пропускания записывающего оборудования и режущего усилителя накладывали свой собственный конечный верхний предел на характеристику предварительного подчеркивания, поэтому официальный верхний предел в определение RIAA не был включен. Современные системы обладают значительно большей потенциальной полосой пропускания. Существенной особенностью всех режущих усилителей, включая режущие усилители Neumann, является принудительное подавление высоких частот за пределами звукового диапазона (>20 кГц). Это подразумевает наличие двух или более дополнительных временных констант сверх тех, что определены кривой RIAA. Это нигде не стандартизовано, а определяется производителем режущего усилителя и сопутствующей электроники. Так называемый "полюс Неймана" предназначен для обеспечения компенсации этих неофициальных временных констант при воспроизведении. Однако такого полюса не существует.

Предыстория

В 1995 году ненадежный источник ошибочно предположил, что усилители для резки Neumann используют единственный высокочастотный ноль на 3,18 мкс (около 50 кГц) и, следовательно, при воспроизведении следует добавить компенсирующий ноль. Однако, такого нуля не существует. Обоснованием было снижение дозвукового выхода фонокорректора, вызванного деформацией диска и гулом проигрывателя. Это так называемое поправка IEC к кривой RIAA не считается повсеместно желательной, поскольку она вносит существенные амплитудные и, что более важно, фазовые искажения в низкочастотный отклик при воспроизведении. Простое затухание первого порядка также обеспечивает лишь незначительное подавление гула. Хотя характеристика Teldec близка к характеристике RIAA, она достаточно отличается, чтобы записи, сделанные с использованием первой, и воспроизводимые с использованием второй, звучали немного приглушенно.