Эквализация RIAA — это спецификация для записи и воспроизведения граммофонных пластинок , установленная Ассоциацией звукозаписывающей индустрии Америки (RIAA). Цели эквализации — обеспечить большее время записи (за счет уменьшения средней ширины каждой канавки), улучшить качество звука и уменьшить повреждение канавок, которое в противном случае возникло бы во время воспроизведения.
Кривая выравнивания RIAA должна была стать фактическим мировым стандартом индустрии звукозаписи с 1954 года, но когда именно произошли эти изменения, определить сложно. [1]
До этого, особенно с 1940 года, каждая звукозаписывающая компания применяла собственную эквализацию; использовалось более 100 комбинаций частот оборота и спада , основными из которых были Columbia-78, Decca-US, European (различные), Victor-78 (различные), Associated, BBC, NAB, Orthacoustic, World, Columbia LP, FFRR-78 и microgroove, и AES. Очевидным следствием было то, что при несовпадении фильтрации записи и воспроизведения получались разные результаты воспроизведения.
RIAA-выравнивание — это форма предварительного акцента при записи и деакцента при воспроизведении. Запись выполняется с пониженными низкими частотами и повышенными высокими частотами, а при воспроизведении происходит обратное. Конечным результатом является ровная частотная характеристика, но с ослаблением высокочастотного шума, такого как шипение и щелчки, которые возникают в носителе записи. Уменьшение низких частот также ограничивает отклонения, которые должен сделать резак при прорезании канавки. Таким образом, ширина канавки уменьшается, что позволяет большему количеству канавок поместиться на заданной площади поверхности, что позволяет увеличить время записи. Это также снижает физические нагрузки на иглу , которые в противном случае могли бы вызвать искажение или повреждение канавки во время воспроизведения.
Потенциальным недостатком системы является то, что грохот от приводного механизма проигрывателя усиливается низкочастотным усилением, которое происходит при воспроизведении. Поэтому проигрыватели должны быть спроектированы так, чтобы ограничивать грохот, в большей степени, чем если бы эквализация RIAA не выполнялась.
Эквализация воспроизведения RIAA — это не простой фильтр нижних частот. Она определяет точки перехода в трех местах: 75 мкс, 318 мкс и 3180 мкс, что соответствует 2122 Гц, 500,5 Гц и 50,05 Гц. [2] Математически функция передачи предыскажений выражается следующим образом, где T 1 =3180 мкс, T 2 =318 мкс, T 3 =75 мкс: [3]
Реализация этой характеристики не особенно сложна, но более сложна, чем простой усилитель. [4] Практически каждый предварительный усилитель hi-fi 20-го века , интегрированный усилитель и ресивер имели встроенный фонокорректор с характеристикой RIAA. Поскольку более современные конструкции исключили входы фонографа, стали доступны дополнительные фонокорректоры с кривой выравнивания RIAA. Они адаптируют магнитный фонокорректор к несбалансированному линейному входу RCA потребительского уровня -10 дБВ . Некоторые современные проигрыватели имеют встроенное предварительное усиление по стандарту RIAA. Специальные предварительные усилители также доступны для различных кривых выравнивания, используемых на записях до 1954 года.
Цифровые аудиоредакторы часто обладают возможностью выравнивать аудиосэмплы с использованием стандартных и пользовательских кривых выравнивания, устраняя необходимость в специальном аппаратном предусилителе при захвате звука с помощью компьютера. Однако это может добавить дополнительный шаг в обработку сэмпла и может усилить или уменьшить недостатки качества звука звуковой карты, используемой для захвата сигнала.
Практика выравнивания для электрических записей восходит к началу этого искусства. В 1926 году Джозеф П. Максвелл и Генри К. Харрисон из Bell Telephone Laboratories раскрыли, что шаблон записи магнитного дискового резака Western Electric «резиновая линия» имел характеристику постоянной скорости. Это означало, что с увеличением частоты в высоких частотах амплитуда записи уменьшалась. И наоборот, в басах, с уменьшением частоты амплитуда записи увеличивалась. Поэтому было необходимо ослабить низкие частоты ниже примерно 250 Гц , точки оборота баса, в усиленном сигнале микрофона, подаваемом на записывающую головку. В противном случае модуляция баса становилась чрезмерной, и происходило перерезание, при этом резак попадал в следующую канавку записи. При электрическом воспроизведении с магнитным звукоснимателем, имеющим плавный отклик в области баса, было необходимо дополнительное усиление амплитуды в точке оборота баса. В 1934 году Г. Х. Миллер сообщил, что при использовании дополнительного усиления в точке оборота при радиотрансляциях записей воспроизведение становится более реалистичным, и многие музыкальные инструменты звучат в своей истинной форме.
West в 1930 году и позже PGH Voight (1940) показали, что ранние конденсаторные микрофоны в стиле Wente способствовали яркости средних частот или предыскажению в 4–6 дБ в цепи записи. Это означало, что электрические характеристики записи лицензиатов Western Electric, таких как Columbia Records и Victor Talking Machine Company, имели более высокую амплитуду в области средних частот. Такая яркость компенсировала тусклость во многих ранних магнитных звукоснимателях, имеющих падающие средние и высокие частоты [ необходима ссылка ] . В результате эта практика стала эмпирическим началом использования предыскажений выше 1000 Гц в записях на 78 и 33 1⁄3 об ./ мин , примерно за 29 лет до кривой RIAA.
С годами появились различные практики эквализации записей, без какого-либо отраслевого стандарта. Например, в Европе в течение многих лет записи требовали воспроизведения с настройкой оборота басов от 250 до 300 Гц и спада высоких частот на 10 000 Гц в диапазоне от 0 до −5 дБ или более. В Соединенных Штатах практики различались, и возникла тенденция использовать более высокие частоты оборота басов, такие как 500 Гц, а также больший спад высоких частот, такой как −8,5 дБ и более. Целью было записать более высокие уровни модуляции на пластинке.
Данные из ранней технической литературы, касающейся электрической записи, свидетельствуют о том, что серьезные усилия по стандартизации характеристик записи в отрасли не предпринимались до 1942–1949 гг. До этого времени технология электрической записи от компании к компании считалась запатентованным искусством вплоть до лицензированного метода Western Electric 1925 года, впервые использованного Columbia и Victor. Например, то, что делала Brunswick , отличалось от практики Victor .
Радиовещатели сталкивались с необходимостью ежедневно адаптироваться к различным характеристикам записи из многих источников — различных производителей «домашних записей», легко доступных для публики, европейских записей, транскрипций с боковой нарезкой и транскрипций с вертикальной нарезкой. В 1942 году были начаты усилия по стандартизации в рамках Национальной ассоциации радиовещателей (NAB), позже известной как Национальная ассоциация радио- и телевещателей. NAB, среди прочего, выпустила стандарты записи в 1942 и 1949 годах для записей с боковой и вертикальной нарезкой, в основном транскрипций. Ряд производителей пластинок на 78 об./мин, а также первые производители LP также обрезали свои записи до бокового стандарта NAB.
Кривая NAB с боковым срезом была удивительно похожа на ортакустическую кривую NBC, которая развивалась из практики Национальной вещательной компании с середины 1930-х годов. Эмпирически, а не по какой-либо формуле, басовый конец звукового спектра ниже 100 Гц мог быть несколько усилен, чтобы перекрыть системный гул и шумы грохота проигрывателя. Аналогично на верхнем конце, начиная с 1000 Гц, если звуковые частоты были усилены на 16 дБ при 10 000 Гц, тонкие шипящие звуки речи и высокие обертоны музыкальных инструментов могли быть услышаны, несмотря на высокий фоновый шум шеллачных дисков. Когда запись воспроизводилась с использованием дополнительной обратной кривой ( de-emphasis ), отношение сигнал/шум улучшалось, и программа звучала более реалистично.
В смежной области, около 1940 года, Эдвин Говард Армстронг впервые применил высокочастотную предыскажение, аналогичное тому, которое использовалось в кривой записи Orthacoustic на NBC, в своей системе радиовещания с частотной модуляцией ( FM ). Радиоприемники FM, использующие схемы Армстронга и высокочастотную предыскажение, воспроизводили высококачественный широкополосный аудиовыход с низким уровнем шума.
Когда Columbia LP был выпущен в июне 1948 года, разработчики впоследствии опубликовали техническую информацию о 33 1 ⁄ 3 об./мин, микроканавке, долгоиграющей пластинке. [5] Columbia раскрыла характеристику записи, показывающую, что она была похожа на кривую NAB в высоких частотах, но имела большее усиление басов или предыскажения ниже примерно 150 Гц. Авторы раскрыли характеристики электрической сети для кривой Columbia LP. Тем не менее, кривая еще не была основана на математических формулах, по крайней мере явно.
В 1951 году, в начале послевоенной популярности высокой точности (hi-fi), Audio Engineering Society (AES) разработало стандартную кривую воспроизведения. [6] Она предназначалась для использования производителями усилителей hi-fi. Если бы записи были спроектированы так, чтобы хорошо звучать на усилителях hi-fi с использованием кривой AES, это было бы достойной целью на пути к стандартизации. Эта кривая была определена 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 против RCA Victor 45 rpm disc (выпущен в феврале 1949 года). Помимо битвы 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, кривая New Orthophonic была раскрыта в публикации RC Moyer из RCA Victor в 1953 году; [7] дополнительную справочную информацию об этой эволюции можно также найти в другой статье того же автора, опубликованной в 1957 году. [8] Он проследил характеристики RCA Victor до рекордера Western Electric «резиновая линия» в 1925 году до начала 1950-х годов, заявив о давних практиках записи и причинах серьезных изменений в 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 появления стерео LP в 1958 году) несколько органов стандартизации по всему миру приняли одну и ту же кривую воспроизведения — идентичную кривой RCA Victor New Orthophonic — которая стала стандартом на всех национальных и международных рынках звукозаписи. [9] Однако, хотя все эти стандарты были идентичны, универсального названия не использовалось. Один из стандартов назывался просто «RIAA», и вполне вероятно, что это название в конечном итоге было принято, потому что оно было запоминающимся.
Некоторые нишевые производители пластинок, возможно, все еще использовали кривые эквалайзера, отличные от кривой RIAA, в 1970-х годах. В результате некоторые производители аудио сегодня выпускают фонокорректоры с выбираемыми кривыми эквалайзера, включая опции для Columbia LP, Decca, CCIR и Direct Metal Mastering от TELDEC .
Официальный стандарт RIAA определяет три временные константы с предыскажением, неограниченно возрастающим выше 75 мкс, но на практике это невозможно. Когда был написан стандарт выравнивания RIAA, присущие ограничения полосы пропускания записывающего оборудования и усилителя-обрезчика наложили свой собственный окончательный верхний предел на характеристику предыскажения, поэтому официальный верхний предел не был включен в определение RIAA.
Современные системы имеют гораздо более широкую потенциальную полосу пропускания. Существенной особенностью всех режущих усилителей, включая режущие усилители Неймана, является принудительно наложенный спад высоких частот выше звукового диапазона (>20 кГц). Это подразумевает две или более дополнительных постоянных времени к тем, которые определены кривой RIAA. Это нигде не стандартизировано, но установлено производителем режущего усилителя и связанной с ним электроники.
Так называемый "полюс Неймана" пытается обеспечить дополнительную коррекцию для этих неофициальных временных констант при воспроизведении. Однако такого полюса нет.
В 1995 году неквалифицированный источник ошибочно предположил, что усилители с режущей кромкой Неймана применяют один высокочастотный ноль на частоте 3,18 мкс (около 50 кГц) и что поэтому при воспроизведении следует включать дополнительный ноль. [10] Однако такого нуля не существует. [11] [2]
Например, предыскажение RIAA в популярном эквалайзере Neumann SAB 74B применяет спад второго порядка на частоте 49,9 кГц, реализованный активным фильтром Баттерворта (максимально плоским), плюс дополнительный полюс на частоте 482 кГц. [2] Это не может быть компенсировано простым нулем, даже если бы это было необходимо, и в любом случае другие усилители будут отличаться. Коррекция при воспроизведении, по сути, не требуется, поскольку она учитывается на этапе резки, когда применяется ручная эквализация при мониторинге начальных срезов на стандартной системе воспроизведения RIAA. Тем не менее, использование ошибочного нуля, неправильно названного «полюсом», остается предметом некоторых 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 [4] как t6 , с уравнениями и RC-цепями для решения: все это было упущено Райтом, который утверждал, что это не было упомянуто Липшицем. Это решение реализовано в некоторых, но не во всех затронутых фонокорректорах. [11]
В 1976 году Международная электротехническая комиссия предложила альтернативную версию кривой воспроизведения (но не кривой записи) , отличающуюся от кривой воспроизведения RIAA только добавлением полюса на 7950 мкс (приблизительно 20 Гц). [12] Обоснованием было снижение инфразвукового выходного сигнала фонокорректора, вызванного деформацией диска и грохотом проигрывателя.
Эта так называемая поправка IEC к кривой RIAA не всегда рассматривается как желательная, поскольку она вносит значительные амплитудные и — что еще более важно — фазовые ошибки в низкочастотную характеристику во время воспроизведения. Простой спад первого порядка также обеспечивает лишь очень слабое снижение гула, [11] и многие производители считают, что комбинации проигрывателей, тонарма и картриджа должны быть достаточно качественными, чтобы не возникало проблем.
Некоторые производители следуют стандарту IEC, другие — нет, а остальные делают эту опцию IEC-RIAA выбираемой пользователем. Она остается предметом дебатов примерно 35 лет спустя. [2] Однако эта поправка к IEC была отозвана в июне 2009 года.
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). Кстати, этот предложенный стандарт определял точно такую же характеристику, 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 характеристика RIAA уже была хорошо известна; и она действовала до ноября 1962 года, когда немецкий DIN наконец принял характеристику RIAA (DIN 45536:1962 и DIN 45537:1962). Однако масштабы использования характеристик Teldec неясны.
Постоянные времени характеристики Teldec составляют 3180 мкс (приблизительно 50 Гц), 318 мкс (приблизительно 500 Гц) и 50 мкс (приблизительно 3183 Гц), таким образом, отличаясь только третьим значением от соответствующих значений RIAA. [13] Хотя характеристика Teldec близка к характеристике RIAA, она достаточно отличается для того, чтобы записи, записанные с помощью первой и воспроизведенные с помощью второй, звучали немного скучно. [14]
