Какая разновидность цифровой фотографической записи звука записывается на оптический диск
Обновлено: 06.07.2024
Оптическая запись — это регистрация данных остро-сфокусированным лучом лазера на светочувствительном носителе. Результат воздействия лазерного луча на носитель, т.е. вид сигналограммы, может быть различным, в подавляющем большинстве случаев сигналограмма приобретает вид последовательности деформированных и недеформированных участков дорожки на рабочем слое диска.
Лазер — основной инструмент оптической записи, генерирующий излучение. Он содержит активное вещество и систему возбуждения и управления излучением. Для генерации излучения активное вещество лазера должно быть возбуждено. При возбуждении в активном веществе происходит рекомбинация носителей электрических зарядов, сопровождающаяся выделением энергии. Последняя выделяется в виде квантов света — возникает вынужденное излучение лазера. Оно имеет ряд особенностей по сравнению с излучением обычных тел накала: излучение лазера когерентно, т.е. определенным образом упорядочено, линейно поляризовано и распространяется в одном или преимущественно в одном направлении, а не во все стороны, как, например, излучение поверхности раскаленного металла.
Кроме того, излучение лазера монохроматично, т.е. лазером генерируется свет с одним значением длины волны. Эти особенности позволяют получать очень острую фокусировку излучения. Фокальное пятно лазера может иметь круглую форму с диаметром порядка десятых долей микрометра и с очень высокой концентрацией энергии.
По применяемому активному веществу и устройству лазеры подразделяются на твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые. Прибором массового применения является полупроводниковый лазер, который называют лазерным
диодом. Он должен иметь малые размеры, низкую стоимость и длительный срок службы.
Взаимодействие лазерного луча с носителем записи обеспечивается лазерной головкой. Конструктивные особенности лазерной головки зависят от ее назначения (воспроизведение, воспроизведение и запись, стирание информации), от применяемого носителя.
Независимо от конструктивных особенностей лазерная головка содержит лазерный диод мощностью 2—10 мВт, оптическую систему для фокусировки и управления положением фокального пятна, а также светоприемники. Последние воспринимают отраженный диском свет лазера и преобразуют его в электрический сигнал. В процессе воспроизведения светоприемники служат как для выполнения основной функции-воспроизведения записи, так и для управления положением фокального пятна, а в процессе записи — только для управления положением фокального пятна.
Лазерная головка выполняет не только функции воспроизведения и записи информации, но также автотрекинг и автофокусировку.
Автотрекинг — это следящая система, поддерживающая правильное положение фокального пятна относительно дорожки записи в радиальном направлении, т.е. это система ведения фокального пятна по дорожке записи. При отсутствии такой системы малейший эксцентриситет диска или его привода неизбежно привел бы к сбою в процессах воспроизведения или записи — ведь шаг дорожек записи 0,74 мкм, а их ширина еще меньше.
Фокальное пятно необходимо не только безошибочно вести по дорожке, но и точно поддерживать постоянство расстояния между ним и фокусирующей линзой, т.е. точно поддерживать его диаметр на диске. Это обеспечивается системой автофокусировки. Ее необходимость вызвана неизбежным осевым биением диска.
Рассмотрим устройство аппаратуры для цифровой оптической записи и воспроизведения сигналов на примере CD-проигрывателя.
CD-проигрыватель имеет весьма сложную электронную часть, предназначенную для декодирования записанных на диск сигналов, выделения и расшифровки различных служебных кодов, разделения стереосигналов, исправления ошибок. Для этого используются несколько больших интегральных схем с десятками тысяч элементов.
На рис. представлена упрощенная структурная схема CD-проигрывателя, включающая функциональные узлы: загрузочные устройства, оптико-механический блок (ОМБ), узел систем автоматического регулирования (САР), декодер, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и контроллер управления и индикации.
Загрузочное устройство автоматически загружает компакт-диск в проигрыватель и устанавливает его на план-шайбу двигателя вращения диска. ОМБ обеспечивает вращение CD, перемещение лазерного звукоснимателя (ЛЗ) по радиусу, а также считывание информации с диска.
В CD-проигрывателях качество звучания в первую очередь зависит от того, насколько точно оптическая головка считывает с поверхности диска цифровую информацию.
САР оптимизируется расположением линз оптической головки относительно поверхности диска с помощью нескольких систем автоматики, включающих независимые сервоприводы. Одна из них точно ведет луч по звуковой дорожке, другая поддерживает фокусировку луча. Вращаясь, диск может несколько смещаться вверх или вниз реально на десятые доли миллиметра, а необходимо, чтобы расстояние между отражающей поверхностью пластинки и фокусирующим объективом сохранялось неизменным с точностью до долей микрона. За этим и следит вторая система автоматики — при малейшем смещении пластинки вверх
рис. Упрощенная структурная схема CD-проигрывателя
или вниз она немедленно в ту же сторону смещает и фокусирующий объектив. Датчиком для обеих систем автоматики служит сам фотоприемник, воспринимающий свет, — светодиод. Он секционирован и фактически представляет собой четыре самостоятельных микроскопических светоди-
ода, и все они воспринимают основной цифровой сигнал. Причем если лазерный луч точно сфокусирован, то он падает на светодиод ровным кружком и все его четыре секции получают одинаковое количество света. При расфокусировке световой круг превращается в эллипс — если расстояние между линзой и пластинкой увеличилось, эллипс вытянут в одном направлении, если расстояние уменьшилось — в другом, перпендикулярном. Система автоматически сопоставляет сигналы, полученные с каждой из четырех секций светодиода, по ним определяет, куда сместится диск, и подает команду коррекции электромагниту, перемещающему объектив.
Аналогично работает и система слежения за дорожкой. Секции светодиода получают одинаковые порции света лишь в том случае, если луч точно следует по своей дорожке. Если же он отклонился вправо или влево, то на одной из секций световой поток уменьшается, tifa другой — возрастает. Система автоматики, заметив это, тут же подает сигнал коррекции на электромагнит, который смещает фокусирующий объектив в горизонтальной плоскости.
Декодер представляет собой специализированный цифровой процессор обработки считанного с CD сигнала. В его состав входят корректор ошибок и запоминающее устройство, которое сохраняет информацию о звуке, даже если она кратковременно пропала.
Поток цифровой информации, прежде чем попасть в ЦАП, подвергается цифровой фильтрации (передискретизации). Форма цифрового сигнала становится более гладкой, приближающейся к аналоговой.
ЦАП поочередно преобразует поступающие с декодера кодовые слова левого и правого каналов в аналоговый сигнал. После преобразования цифрового сигнала необходимо отфильтровать высокочастотные составляющие, порождаемые частотой дискретизации с ее гармониками. Для этого служит фильтр нижних частот (ФНЧ). Далее напряжение подается на стереоусилитель с акустическими системами.
Контроллер управления и индикации на базе процессора обрабатывает служебную информацию, подает ее на устройство индикации, а также управляет системами в различных режимах его работы: воспроизведения, поиска, программирования и др.
При загрузке диска контроллер считывает информацию с "вводной" дорожки. Она записывается во внутреннее запо-минащее устройство, после чего слушатель может запрограммировать порядок воспроизведения фрагментов и их количество.
Применение процессора позволяет реализовать дистанционное управление CD-проигрывателем.
Однодисковый проигрыватель CD имеет тот недостаток, что часто приходится менять компакт-диск. Существенно лучшие условия создают многодисковые проигрыватели — CD-чейнд-жеры (changer) — в небольшом металлическом корпусе размещаются CD-проигрыватель и магазин на 6, 12, 18 и более компакт-дисков с возможностью их автоматической замены.
Совмещённая фонограмма — фонограмма, размещённая на общем носителе с изображением в кинематографе и видеозаписи. Чаще всего понятие употребимо применительно к оптической или магнитной фонограммам, нанесённым на киноплёнку в совмещённых фильмокопиях. За счёт использования общего носителя при демонстрации фильмов с совмещённой фонограммой синхронизация звука с изображением не требуется.
Оптическая фонограмма, фотографическая фонограмма — одна или несколько дорожек с оптической записью звука на киноплёнке, предназначенных для воспроизведения фотоэлектрическим методом.
Магнитная фонограмма получается копированием звуковой дорожки фильма на полоски магнитного лака, нанесённые на киноплёнку со стороны подложки. Большинство современных кинематографических систем рассчитано на использование оптических или магнитных совмещённых фонограмм, однако некоторые из них, такие как IMAX, предусматривают отдельный носитель в виде оптического диска или магнитной ленты, требующих дополнительной синхронизации с изображением.
Технология изготовления Первоначально в профессиональном кинематографе оптическая фонограмма записывалась непосредственно с микрофонов на специальную «фонограммную» киноплёнку отдельным аппаратом. Синхронизация соблюдалась за счёт общего привода или синхронных электродвигателей в раздельных механизмах киносъёмочного и звукозаписывающего аппаратов. Питание на электродвигатели обоих аппаратов подавалось от общего источника переменного тока, обеспечивая синфазность их вращения. Отдельная киноплёнка необходима из-за различия фотографических характеристик, требующихся для записи изображения и звука, и для раздельного монтажа. Поэтому синхронная съёмка с созданием совмещённой фонограммы непосредственно на исходном негативе, использовалась только в первые годы развития звукового кино. В дальнейшем технология нашла ограниченное применение в документальном кино и на телевидении в узкоплёночных камерах, а звук художественных фильмов записывался на отдельный носитель. Записанный на отдельной киноплёнке негатив фонограммы после проявления мог быть использован для печати совмещённых фильмокопий, однако, предварительно с него печатался рабочий позитив фонограммы, который монтировался параллельно с рабочим позитивом изображения. Смонтированные рабочие позитивы изображения и фонограммы сдавались приёмной комиссии, утверждавшей фильм «на двух плёнках» С распространением магнитной звукозаписи классическая технология получения оптической фонограммы уступила место «магнитофотографическому» процессу. В СССР полный переход на магнитную технологию изготовления первичных фонограмм первой осуществила Киностудия имени А. Довженко в 1949—1950 годах. При магнитофотографическом процессе исходные фонограммы записываются на магнитную ленту. После монтажа и сведения нескольких исходных фонограмм в одну общую, она перезаписывается с магнитной ленты на киноплёнку. Проявленная оптическая фонограмма (негатив перезаписи) используется при тиражировании фильмокопий. Для получения негатива перезаписи на 35-мм киноплёнке в СССР использовались звукозаписывающие аппараты «1Д—3». Аналогичное устройство под названием «1Д—4» позволяло записывать одновременно две фонограммы на киноплёнке шириной 32-мм , предназначенной для печати 16-мм фильмокопий.
Фильмокопии для кинопроката печатаются на кинокопировальных фабриках с дубльнегативов, получаемых с мастер-позитива, на котором в процессе печати обычно происходит совмещение изображения и оптической звуковой дорожки Фотографическая фонограмма печатается контактным способом с негатива перезаписи только при непрерывном движении киноплёнки. В кинокопировальных аппаратах прерывистой печати фонограмма копируется на отдельном барабане. В аппаратах непрерывной (ротационной) печати фонограмма может печататься на общем барабане с изображением, если оригиналом служит совмещённый дубльнегатив, или в отдельном «звукоблоке». В последнем случае, характерном для изготовления монтажных фильмокопий, печать с негатива изображения происходит на одном барабане, а с негатива фонограммы — на другом. Со второй половины 1950-х годов кроме оптической совмещённой фонограммы в кинематографических системах «Синемаскоп» и «Todd AO», а также их вариациях получила распространение магнитная. Дорожки магнитного лака наносились на соответствующие участки фильмокопии после её химико-фотографической обработки. В СССР для этого использовались специальные поливочные машины «МП-4», «МП-6» и «МП-7» производительностью 1400—2000 погонных метров в час. Затем на эти дорожки магнитными головками специальных электрокопировальных установок записывали готовую фонограмму фильма. Магнитная фонограмма «Синемаскоп» (как и её советского аналога «Широкий экран») состояла из четырёх дорожек, нанесённых снаружи и изнутри перфорации. В результате фильмокопия содержала три фронтальных канала звука и один эффектный: с помощью записанного на четвёртой дорожке управляющего сигнала звуковые эффекты подавались на дополнительные громкоговорители, размещённые вокруг зрителей]. Шестиканальная фонограмма «Todd AO» также размещалась на четырёх магнитных дорожках, и предусматривала пять фронтальных каналов и один эффектный, работавший по принципу, сходному с широкоэкранными фильмокопиями. В конце 1960-х годов магнитные совмещённые фонограммы широкоэкранных «стереофонических» фильмокопий стали заменять оптической дорожкой, размещённой там же, где и в классическом формате[20]. Это было связано с многочисленными неудобствами, недолговечностью и более низким качеством магнитных фонограмм на киноплёнке по сравнению с записанными на обычной магнитной ленте.
Фотографическая запись основана на воздействии светового потока на светочувствительный слой носителя записи - киноленты (рис. 3.7, а). Электрический сигнал от микрофона М через усилитель записи УЗ поступает на модулятор света МС. Промодулированный световой поток образует на светочувствительном слое негативной ленты НЛ узкий пишущий штрих переменной ширины или переменной интенсивности. После фотохимической обработки и копирования образуется позитивная фонограмма ПФ. При воспроизведении источник света - читающая лампа ЧЛ - с помощью оптической системы О создает в плоскости позитивной фонограммы узкий читающий штрих. Промодулированный фонограммой световой поток попадает на фотоэлемент ФЭ.
Рис. 3.7. Схема фотографической записи звука (а) и получаемые оптические фонограммы переменной ширины (б) и переменной плотности (в).
- Различают фонограмму переменной ширины (рис. 3.7, б)
- переменной плотности (рис. 3.7, в).
В первом случае ширина фонограммы меняется, а прозрачность остается постоянной, во втором - при неизменной ширине фонограммы меняется ее прозрачность. Преимущество способа переменной плотности - более широкая полоса частот, т.к. он менее критичен к точности установки пишущего штриха. Но при записи способом переменной плотности требуется тщательный подбор режима проявления, при отступлении от него увеличиваются нелинейные искажения. Кроме того, отдача фонограммы переменной плотности меньше отдачи фонограммы переменной ширины. По указанным причинам в подавляющем большинстве случаев используют фонограмму переменной ширины. В зависимости от конструкции модулятора света фонограмма получается односторонней (рис. 3.7, б), двусторонней (симметричной) и даже с несколькими одинаковыми дорожками. Ширину пишущего штриха выбирают равной примерно 5 мкм, что позволяет уменьшить нелинейные искажения записи и получить освещенность пишущего штриха порядка 106 лк. Это облегчает процесс записи. Ширину читающего штриха берут больше, примерно 20 мкм, чтобы увеличить световой поток, падающий на фонограмму, и соответственно увеличить фототок. В качестве модулятора света используют преобразователи электромеханического типа, электроскопического типа и электронно-лучевого типа. По этим же причинам от магнитных дорожек позднее отказались и на широкоформатных фильмокопиях. Им на смену пришли цифровые оптические фонограммы, обладающие улучшенным звучанием по сравнению с аналоговыми оптическими и магнитными фонограммами. В настоящее время в кинопроизводстве используется цифровая звукозапись первичной фонограммы, которая в дальнейшем перекодируется в цифровые и аналоговую оптические совмещённые фонограммы. Современные фильмокопии могут содержать до трёх совмещённых фонограмм, одна из которых аналоговая, а две другие — цифровые. Как правило, это фонограммы, закодированные в системах SDDS «Sony» и Dolby Digital. Для воспроизведения таких фонограмм на кинопроектор устанавливается специальный цифровой звукоблок, поддерживающий одну из систем. Печать нескольких фонограмм предназначена для совместимости фильмокопий с наибольшим количеством кинотеатров, поддерживающих разные системы.
Многоканальные фонограммы Цифровые и аналоговые фонограммы, используемые в современных фильмокопиях, содержат несколько каналов звуковой информации для создания объёмного звучания и эффекта следования звука за своим источником на экране. Идея многоканальной оптической дорожки появилась одновременно с появлением звукового кино, но впервые реализована в 1940 году в системе оптической звукозаписи «Фантасаунд», не получившей распространения из-за сложности]. Успешные системы многоканального звука впервые реализованы в магнитных фонограммах на отдельной магнитной ленте киносистем «Синерама» и «Кинопанорама». Совмещённые многоканальные фонограммы появились только после изобретения технологии нанесения магнитного лака на киноплёнку. Первым был четырёхканальный звук системы «Синемаскоп», а вслед за ним шестиканальный звук появился в широкоформатной системе «Todd AO». Современные цифровые оптические фонограммы позволяют записывать от 5 до 8 каналов звука.
Современные совмещённые фонограммы Наиболее высокую отдачу оптической фонограммы обеспечивают чёрно-белые киноплёнки, фонограмма которых состоит из металлического серебра. Появление цветного кино на многослойных киноплёнках заставило искать способы улучшения качества фонограммы, поскольку изображение таких киноплёнок состоит из красителей, а серебро растворяется при отбеливании. Фонограмма, состоящая из красителей, обладает более низким качеством звучания, поскольку значительно хуже, чем серебро, задерживает сине-фиолетовое излучение, к которому наиболее чувствительны самые распространённые типы фотоэлементов. Таким недостатком не обладали фильмокопии, отпечатанные гидротипным способом, поскольку их фонограмма состояла из серебра чёрно-белого бланкфильма, на который предварительно печаталась. Однако, гидротипный способ печати фильмокопий сравнительно дорог, и распространение получила технология изготовления серебряной фонограммы на цветных многослойных киноплёнках. Для получения серебряной фонограммы применялись специальные проявочные машины, раздельно обрабатывавшие участки с изображением и фонограммой. Уменьшения эффекта заплывания добивались печатью только в верхнем пурпурном слое киноплёнки. На участок с отпечатанной таким образом фонограммой специальным аппликаторным устройством наносился вязкий защитный слой, препятствующий действию отбеливателя. В результате, серебро, находившееся в месте расположения фонограммы, оставалось в киноплёнке]. С 2006 года начала повсеместно использоваться технология так называемых циановых фонограмм (англ. Dye Track. Такая фонограмма состоит только из голубого (англ. cyan) красителя цветной киноплёнки (печатается в красном чувствительном слое киноплёнки через красный светофильтр) и не требует сложных технологий для получения серебряной фонограммы. Применение специальных звукочитающих блоков с источником красного света, позволяет достичь эффективности, сопоставимой с серебряной фонограммой. Голубой краситель задерживает красный свет в наибольшей степени, поскольку является дополнительным к нему. Большинство современных фильмокопий выпускается с «циановыми» аналоговой фонограммой Dolby SR и цифровой SDDS, которые считываются в кинопроекторе звукоблоком на основе красного светодиодного лазера, а также нейтрально-серой цифровой фонограммой Dolby Digital (напечатанной в трёх слоях киноплёнки). Звукоблоками для чтения таких фонограмм могут дополнительно оснащаться кинопроекторы с устаревшими звукочитающими системами.
Аналоговые фонограммы В прокатных фильмокопиях могут использоваться обесшумленные аналоговые фонограммы трёх типов:
- Монофоническая — классическая оптическая фонограмма, существующая с момента стандартизации звукового кино в 1932 году. Такая фонограмма может представлять собой одну, две и более дорожек переменной ширины, на которых записан один канал звука. Чаще всего встречается двухдорожечная одноканальная фонограмма, снижающая искажения заплывания. Другое число дорожек в современных фильмокопиях не используется. Монофоническая оптическая дорожка встречается на архивных фильмокопиях, выпущенных советским кинопрокатом до конца 1980-х годов. Ширина, отведённая ей на 35-мм киноплёнке, оставалась неизменной с 1932 года и составляла 1/10 дюйма, или 2,54 мм. По ГОСТ 25704-83 двухдорожечная фотографическая фонограмма 35-мм фильмокопий занимала ширину 1,90 мм, а на 16-мм фильмах этот же размер составлял 1,50 мм. С начала 1990-х годов оптическая фонограмма получила новый международный стандарт ISO 17266 и на 35-мм киноплёнке располагается на дорожке шириной 1,93 мм. 16-мм фильмокопии в настоящее время не выпускаются. Современная аналоговая фонограмма создаётся по более сложной технологии и может быть двух разновидностей:
- Dolby Stereo — четырёхканальная фонограмма с шумоподавлением системы «Dolby». Магнитная фонограмма, которая служит источником для такой дорожки, содержит четыре канала: три фронтальных и один канал окружения. После компрессирования и кодирования матричным устройством «Долби Стерео-35» звуковая информация записывается в аналоговой форме на две дорожки оптической фонограммы];
- Dolby SR (англ. Spectral Recording) — четырёхканальная фонограмма, аналогичная «Dolby Stereo», но с улучшенными характеристиками звучания за счёт разделения сигналов на 67 частотных полос. Кроме четырёх таких же каналов возможно получение дополнительного пятого эффектного выделением низких частот из основных каналов. В случае отсутствия процессора, поддерживающего стандарты «Dolby Stereo» и «Dolby SR», оба типа фонограммы воспроизводятся как одноканальная;
- Последний тип фонограммы обеспечивает наиболее высокое качество звука: динамический диапазон 60 дБ, полоса частот до 12,5 кГц (до 16 при записи лазером) и коэффициент гармоник менее 1%].
Цифровые фонограммы Первым цифровым форматом кинематографического звука стал CDS (англ. Cinema Digital Sound), разработанный компанией Optical Radiation Corporation совместно с Kodak в 1990 году. Шестиканальная оптическая цифровая фонограмма такого стандарта впечатывалась на киноплёнку вместо стандартной аналоговой между перфорацией и изображением. По такой системе были выпущены всего несколько фильмов из-за невозможности проката фильмокопий стандартными кинопроекторами. В дальнейшем получили распространение цифровые фонограммы других стандартов, располагающихся на других участках киноплёнки, что позволило сохранить аналоговую фонограмму на привычном месте в качестве резервной и для стандартных киноустановок. При нарушениях считывания цифровой фонограммы из-за повреждений киноплёнки или по другим причинам, звукоблок проектора автоматически переключается на воспроизведение аналоговой до момента восстановления нормальной работы цифрового звука. В отличие от стандарта CDS, не использовавшего компрессию звукоданных, современные цифровые фонограммы предусматривают различные технологии сжатия с потерями, основанные на удалении «избыточной» информации. Как правило, на большинстве фильмокопий присутствует несколько цифровых фонограмм разных стандартов, что позволяет осуществлять прокат в кинотеатрах, оснащённых разным оборудованием, поддерживающим какую-либо из этих систем. Наибольшее распространение получили два типа совмещённых цифровых фонограмм.
Цифровые оптические фонограммы:
- Sony Dynamic Digital Sound (SDDS);
- Dolby Digital (между отверстий перфорации);
- аналоговая оптическая; метки (DTS).
В центре участка цифровой фонограммы Dolby виден логотип, печатаемый вместе с информацией на каждой перемычке Dolby Digital В 1991 году компания Dolby Laboratories разработала цифровую технологию оптической записи и воспроизведения многоканального звука для 35-мм киноплёнки Dolby Digital. Независимые левый, центральный, правый каналы, раздельные левый и правый каналы окружающего звука зала, плюс канал низкочастотных эффектов преобразовывались в цифровой поток, который затем подвергался информационному сжатию по алгоритму Dolby AC-3. Цифровая информация была размещена на «нерабочей» части пленки — между отверстиями перфорации. Дополнительно к многоканальности, оптическая цифровая запись Dolby Digital обеспечивает большой динамический диапазон в 97 дБ, полосу частот от 20 Гц до 20 кГц, низкий уровень гармонических искажений 0,001% и повышенную износоустойчивость фонограммы. Показ первого фильма с использованием системы Dolby Digital, «Бэтмен возвращается», состоялся в кинотеатрах в 1992 году. В настоящее время стандарт Dolby Digital получил в отечественном кинопрокате наибольшее распространение, несмотря на относительно невысокое качество звука по сравнению с другими цифровыми стандартами. Более современная версия Dolby Digital Surround EX содержит дополнительный тыловой канал, и впервые использована в картине «Звёздные войны. Эпизод I: Скрытая угроза» в 1999 году.
Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) — цифровая система многоканального звука фирмы «Сони». Впервые система была использована для записи звука картины «Последний киногерой» в 1993 году]. Восьми- или шестиканальное звуковое сопровождение к фильму печатается фотографическим методом в голубом слое 35-мм киноплёнки с её обоих краёв за пределами перфорации. Обе дорожки «циановой» фонограммы с взаимным смещёнием на 7 кадров, дублируют друг друга для повышения надёжности воспроизведения. В системе SDDS используется кодирование с потерями ATRAC (англ. Adaptive Transform Acoustic Coding). В восьмиканальной фонограмме SDDS скорость цифрового потока составляет 1136 кбит/c. Для совместимости с уже установленным в кинотеатрах оборудованием, разработчики предусмотрели декодирование восьмиканальной фонограммы в шести- и четырёхканальный звук.
Все системы записи звука основаны на преобразовании звуковых колебаний в другие виды колебаний: электрические, механические, световые.
ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ЗАПИСИ
Фотографическая (оптическая) запись звука производится на светочувствительную мелкозернистую кинопленку пишущим световым штрихом. Пишущий штрих представляет собой световую полоску прямоугольной формы, которая, действуя на светочувствительный слой равномерно движущейся кинопленки, оставляет на ней фотографический след, соответствующий записываемому звуку. После химикофотографической обработки кинопленки на ней появляется фотографическая фонограмма. На рисунке показана принципиальная схема фотографической записи звука, где в качестве светомодулятора используется зеркальный гальванометр.
Источник света, питаемый постоянным током, с помощью конденсора равномерно освещает вырез-маску, имеющую треугольную форму. Ахроматическая линза проецирует изображение вырез-маски через зеркальце гальванометра и коллективную линзу на механической щели в виде светового пятна. Освещенный участок механической щели проецируется микрообъективом на кинопленку в уменьшенном виде. Это изображение и служит пишущим штрихом.
Звуковые колебания, поступающие в микрофон, преобразуются им в колебания электрического тока, которые поступают в обмотку зеркального гальванометра, предварительно усиленные усилителем записи. Зеркальце гальванометра начинает совершать крутильные колебания, при этом изображение вырез-маски перемещается по механической щели, изменяя засвечиваемый участок.
В результате на движущейся кинопленке меняется длина пишущего штриха, т.е. звук будет записан в виде фонограммы переменной ширины. Рисунок фонограммы зависит от формы выреза-маски.
Фотографическая фонограмма характеризуется частотным и динамическим диапазонами.
Частотный диапазон в основном зависит от двух величин:
- от скорости движения кинопленки;
- от ширины пишущего штриха.
Чем больше скорость движения кинопленки при записи, и чем уже пишущий штрих, тем шире частотный диапазон.
При ширине штриха в 12 мкм (0,0012 мм) и скорости движения равной 456 мм/с частотный диапазон записи лежит от 50 до 12000 Гц.
Динамический диапазон записи звука воспринимается на слух как разность уровней громкости самого громкого и самого тихого звуков; он 3 меньше, чем при естественном звучании; и составляет 35- 40 Дб. При записи динамический диапазон определяется шириной звуковой дорожки, разностью амплитуд записи самого громкого и самого тихого звуков. Сужение динамического диапазона происходит из-за недостаточной ширины звуковой дорожки. Кроме того, самый тихий звук по громкости должен быть достаточным, чтобы не маскироваться шумом зрительного зала. Громкость самых громких звуков не должна вызывать раздражение у зрителей первых рядов зрительного зала.
Прозрачные участки на звуковой дорожке при эксплуатации фильмокопии быстро загрязняются, на них появляются царапины. Загрязнения и царапины фонограммы воспроизводятся как шум. При малой амплитуде сигнала при записи или во время пауз, когда на звуковой дорожке звук не записывается, специальная заслонка шумопонижения в звукозаписывающем аппарате закрывает кинопленку и эти участки будут непрозрачными. Такая фонограмма называется обесшумленной.
На сегодняшний день все фотографический фонограммы – двухканальные, т.е. на одной звуковой дорожке располагаются две фотографические фонограммы.
При изготовлении фильмокопий фотографическая фонограмма печатается на позитиве вместе с изображением. Для обеспечения синхронизации изображения и звука при демонстрировании фильма фонограмму печатают на позитиве со сдвигом на 21±0,5 кадров для 35-мм кинофильма. Таким образом звуковая дорожка опережает соответствующее ей изображение. Это необходимо потому, что звуковая часть, воспроизводящая фотографическую фонограмму, расположена в лентопротяжном механизме кинопроектора ниже кадрового окна фильмового канала; чтобы изображение и звук при кинопроекции были синхронны, необходим этот сдвиг.
ПРОЦЕСС ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА С ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ
Кинопленка, с отпечатанной на ней фонограммой с помощью лентопротяжного механизма перемещается с равномерной скоростью. На движущуюся фонограмму падает световое пятно, имеющее прямоугольную форму и называемое читающим штрихом, которое создается источником света и оптической системой.
Так как к источнику света подводится постоянный электрический ток, то на фонограмму падает постоянный световой поток. Пройдя сквозь движущуюся фонограмму, световой поток становится модулированным (меняющимся), так как разные участки фонограммы, благодаря наличию различных площадей почернений, пропускают различные количества света. Таким образом, фотографическая фонограмма при своем движении выступает 4 как модулятор проходящего сквозь нее света.
Модулированный фонограммой свет попадает на фотодиод, который преобразует изменение световой энергии в соответствующие изменения электрического тока. Ввиду малой амплитуды электрических колебаний они подводятся к усилительному устройству, усиливаются, а затем поступают в громкоговоритель, преобразующий их в акустические.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗВУКОЧИТАЮЩИМ СИСТЕМАМ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ
1) Читающий штрих должен иметь форму прямоугольника с резкими границами и строго определенными размерами, для воспроизведения 35-мм фонограмм: длина 2,13±0,05 мм и ширина 0,016±0,002 мм.
Длина читающего штриха соответствует ширине фотографической фонограммы.
Ширина читающего штриха играет важную роль при воспроизведении 5 ВЧ. При ширине штриха в 16 мкм (0,0016 мм) и скорости движения равной 456 мм/с частотный диапазон воспроизведения достигает 12кГц. Увеличение ширины читающего штриха (например, вследствие нерезкости его границ) приводит к появлению частотных искажений звука, проявляющихся в снижении уровня громкости при воспроизведении ВЧ.
2) Читающий штрих должен быть расположен симметрично относительно осевой линии фонограммы, т.е. середина читающего штриха должна совмещаться с осевой линией фонограммы.
При значительном смещении в любую из сторон может наступить «чтение» кадров или перфораций, т.е. световой поток будет модулироваться (перекрываться) не только фонограммой, но и межкадровыми полосами или межперфорационными перемычками.
Когда штрих смещен в сторону кадров, читающий штрих дополнительно перекрывается межкадровой полосой 24 раза в секунду (частота проекции 24 кадра в секунду), на слух это проявляется в уменьшении уровня громкости основного сигнала и появлении дополнительной частоты f = 24Гц.
При «чтении» межперфорационных перемычек появляются те же искажения, только с f = 96 Гц (4 перфорации на кадр, f проекции 24 кадра/с: 24*4=96).
3) Читающий штрих должен быть перпендикулярен к осевой линии фонограммы.
Перекос читающего штриха приводит к появлению частотных искажений при воспроизведении высоких частот, проявляющихся в виде спада уровня громкости в области ВЧ, звук становится неразборчивым.
4) Читающий штрих должен иметь равномерное освещение по всей длине. При значительной неравномерности освещенности возникают нелинейные искажения, проявляющиеся в виде спада уровня громкости в области низких частот.
5) Световой поток читающего штриха, т.е. световой поток, падающий на фонограмму в пределах читающего штриха и падающий затем на фотодиод, должен быть возможно большим.
Чем больше освещенность читающего штриха, тем выше уровень полезного сигнала над помехами и, следовательно, тем выше качество воспроизводимого звука.
6) Глубина резкости микрообъектива должна составлять ±0,03 мм. Под глубиной резкости понимается расстояние, измеренное вдоль оптической оси, в пределах которого, читающий штрих остается резким.
Глубина резкости определяется исходя из допуска на толщину киноленты (0,02 мм) и радиального биения гладкого барабана (0,01мм).
Радиальное биение гладкого барабана – отклонение от соосности поверхности вращения гладкого барабана относительно базовой оси вращения (при условии точного изготовления).
Суммарное смещение пленки и барабана 0,02+0,01=0,03 мм в одну из сторон. При обеспечении глубины резкости читающего штриха при смещении кинопленки и гладкого барабана штрих, сфокусированный в плоскости фонограммы, останется резким.
7) Спектральные характеристики источника света, фонограммы и светоприемника (фотодиода) должны быть согласованы между собой.
Величина напряжения питания источника света (спектр излучения лампы накаливания зависит от напряжения) должна выбираться так, чтобы максимум излучения находился в той части спектра, к которой светоприемник имеет максимальную чувствительность.
Фонограммы на фильмокопиях могут быть черно-белыми, образованные металлическим серебром (серебряными), в черно-белых и старых цветных фильмокопиях, или образованные синим красителем (циановые) в фильмокопиях на лавсановой основе.
Лучшими являются серебряные фонограммы. Они в одинаковой мере модулируют лучи всех длин волн.
Циановые фонограммы имеют избирательное пропускание светового потока. Такая фонограмма состоит только из голубого (англ. cyan) красителя цветной киноплёнки, она печатается в красном чувствительном слое, через красный светофильтр. Такая фонограмма считываются звукоблоком на основе красного светодиодного лазера, потому что непрозрачные участки этой фонограммы в меньшей степени модулируют лучи коротковолновой (синей) части спектра.
Звукоза́пись — процесс сохранения колебаний в диапазоне 20—20 000 Гц (музыки, речи или иных звуков) на каком-либо носителе (грампластинки, магнитная лента, компакт-диск и т. д.) с помощью специальных приборов (микрофон, микшерный пульт, магнитофон и т. д.).
Сохранённая в результате этого процесса на каком-либо носителе звуковая запись называется фонограммой.
Необходимое оборудование: прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические (микрофон) или генератор тона (напр. звуковой синтезатор, семплер), устройство для преобразования электрических колебаний в последовательность цифр (в цифровой записи), устройство для сохранения (магнитофон, жесткий диск компьютера или иное устройство для сохранения полученной информации на носитель).
Самая старая из известных звукозаписей была сделана 9 апреля 1860 года парижским изобретателем Эдуардом-Леоном Скоттом де Мартенвилем с помощью устройства, называемого «фоноавтограф». [1]
В зависимости от метода сохранения, выделяют два основных вида записи звуков: аналоговый и цифровой.
Под аналоговой подразумевают запись звуков на физический носительтаким образом, чтобы устройство воспроизведения производило колебания и создавало звуковые волны аналогичные тем, что были получены при сохранении.
Под цифровой записью понимают оцифровку и сохранение звука в виде набора бит (битовой последовательности), который описывает воспроизведение тем или иным устройством.
Оптическая (фотографическая) запись звука – относится к аналоговой звукозаписи;
Фотографическая фонограмма имела переменную ширину дорожки (1904) или переменную оптическую плотность (1919) и наносилась на кромку киноленты. При воспроизведении световой поток лампы проходя сквозь киноленту изменялся (модулировался) в соответствии с записанными звуковыми колебаниями. Фотоэлемент превращал падающий на него переменный световой поток в электрические колебания. Электрический сигнал усиливался усилителем воспроизведения и поступал на громкоговоритель, установленный у экрана в зрительном зале кинотеатра.
Фотографическая запись звука
Фотографическая (Оптическая) запись звука
Фотографическая запись, запись электрических сигналов, несущих информацию о звуке и (или) изображении, осуществляемая с помощью фотографических методов. В системах Ф. з. носителем записи (НЗ) служит фото- или киноплёнка, фотопластинка либо какой-либо другойфотографический материал, а запись производится световым или электронным пучком. В процессе записи либо НЗ перемещается относительно неподвижного пучка, либо записывающий пучок перемещается относительно неподвижного НЗ. При записи изменяют в соответствии с записываемым сигналом интенсивность или форму падающего на НЗ пучка. В результате последующей фотографической обработки НЗ (проявления фотографического,фиксирования фотографического и пр.) получают сигналограмму, на которой записанный сигнал закодирован в форме соответствующего изменения оптической плотности или коэффициента отражения различных участков НЗ. Различают Ф. з. некогерентным светом (с использованием светового луча, не обладающего пространственнойкогерентностью), электронно-фотографическую запись (с использованием электронного луча) и Ф. з. когерентным светом (с использованием светового луча лазера). Ф. з. некогерентным светом – наиболее распространённый вид Ф. з. Её используют для звукозаписи (например, в звуковом кино), а также для записи телевизионных изображений с экрана приёмной телевизионной трубки (кинескопа),осуществляемой в телевизионных студиях с целью консервации (хранения) телевизионных программ. В практике фотографической звукозаписи некогерентным светом преимущественно используют системы с модуляцией длины записываемого на НЗ штриха электромеханическим модулятором света с подвижным зеркальцем (управляемым магнитоэлектрическим устройством) с применением внешнего источника света постоянной интенсивности. В таких системах Ф. з. на НЗ (например, киноплёнке) создаётся (при помощи микрообъектива) изображение оптическое диафрагмы с узким прямоугольным вырезом. В свою очередь, в плоскости этой диафрагмы формируется (при помощи изображающей линзы, зеркальца иконденсоров) оптическое изображение диафрагмы с М-образным вырезом, освещаемой т. н. записывающей лампой. При колебаниях зеркальца в соответствии с законом изменения записываемого сигнала изображение М-образного выреза колеблется относительно узкой щели, в результате чего происходит изменение ширины незасвеченных участков на НЗ. Полученная (после проявления плёнки) фонограмманазывается двухсторонней фотографической фонограммой переменной ширины.
Воспроизведение записанной информации с фотографической сигналограммы осуществляется при прохождении через неё воспроизводящего светового пучка. В процессе воспроизведения сигналограмма движется относительно воспроизводящего пучка со скоростью, равной скорости движения НЗ относительно записывающего пучка при записи. Прошедший через сигналограмму (или отражённый от неё) свет поступает в фотоэлектрический преобразователь (например, нафотоэлемент), в котором закодированный на сигналограмме сигнал превращается в электрический сигнал.
Электронно-фотографическая запись и Ф. з. когерентным светом позволяют осуществить более качественную (по сравнению с Ф. з. некогерентным светом) запись высокочастотных колебаний и повысить плотность записи; это обусловливает целесообразность (и перспективность) использования таких видов Ф. з. для записи изображений.
Фотографическая запись звука производится на светочувствительную мелкозернистую кинопленку пишущим световым штрихом. Пишущий штрих представляет собой яркую световую полоску прямоугольной формы, которая, действуя на светочувствительный слой равномерно движущейся кинопленки, оставляет на ней фотографический след, соответствующий записываемому звуку. После химико-фотографической обработки кинопленки на ней появляется фотографическая фонограмма.
Источник света – лампа накаливания, питаемая постоянным током, с линзовым конденсором – равномерно освещает вырезмаску. В данной схеме вырезмаска имеет треугольную форму. Ахроматическая линза проецирует изображение выреза маски через зеркальце гальванометра и коллективную линзу на механической щели в виде светового пятна. Освещенный участок механической щели проецируется микрообъективом на кинопленку в уменьшенном виде. Это изображение и служит пишущим штрихом.
Звуковые колебания, поступающие в микрофон, преобразуются им в колебания электрического тока, которые поступают в обмотку зеркального гальванометра, предварительно усиленные усилителем записи. Зеркальце гальванометра начинает совершать крутильные колебания, при этом изображение вырезамаски перемещается по механической щели, изменяя засвечиваемый участок. В результате на кинопленке меняется длина пишущего штриха, т. е. звук будет записан в виде фонограммы переменной ширины.
В случае постоянства длины пишущего штриха, при изменении его ширины или освещенности на кинопленке будет записана фонограмма переменной плотности.
Наибольшее применение получила фонограмма переменной ширины. Рисунок фонограммы зависит от формы вырезамаски.
Немного из истории
В 1904 году французский изобретатель Эжен (Юджин) Августин Ласт подготовил свой первый прототип системы записи звука на кинопленку. В 1906 году он (вместе с австралийцем Хейнсом и британцем Джоном С. В. Плеттсом), подал заявку на патент, и получил патент № 18057 в 1907 годуна «Процесс записи и воспроизведения одновременно движения людей или объектов и звуков, издаваемых ими», таким образом, 35-мм целлулоидная плёнка, содержала одновременно и кадр изображения и дорожку звука. В 1911 году он представил звуковой фильм в США, возможно, первый в истории показ фильма с помощью технологии оптической записи звука. [13]
В 1919 году американский изобретатель Ли де Фо́рест подал свой первый патент на процесс озвучивания фильмов, в котором усовершенствовал разработку финского изобретателя Эрика Тигерштедта и немецкой компании Tri-Ergon, и назвал этот процесс «Фонофильм Фореста». В «Фонофильме» звук записывается непосредственно на плёнку в виде параллельных линий различных оттенков серого цвета. Позже такой метод стал известен как метод «переменной плотности», в отличие от метода «переменной ширины» в системе «RCA Фотофон», разработанной в RCA. Эти линии кодируют электрические сигналы от микрофона и наносятся фотографическим способом на плёнку, а во время демонстрации фильма переводятся обратно в звуковые волны.
В ноябре 1922 года Форест организовал в Нью-Йорке свою компанию Фонофильм, но ни одна из голливудских студий не выразила никакого интереса к его изобретению. Тогда Форест создал 18 коротких звуковых фильмов, и 23 апреля 1923 года организовал их показ в театре Риволи в Нью-Йорке. Макс и Дэйв Флейшеры использовали процесс «Фонофильм» в своём музыкальном трюковом мультсериале «Вслед за грохочущим шаром», начиная с мая 1924 года. Форест работал вместе с Фриманом Оуэнсом и Теодором Кейсом, совершенствуя систему «Фонофильм». Однако, они потерпели неудачу. Кейс передал их патенты владельцу студии Fox Film Corporation Вильяму Фоксу, который затем усовершенствовал собственный процесс озвучивания «Мувитон». В сентябре 1926 г. компания Фонофильм подала документы на банкротство. Голливуд к тому времени внедрил новый метод озвучивания «Витафон», разработанный компанией Warner Brothers, и выпустил 6 августа 1926 г. звуковой фильм «Дон-Жуан» с Джоном Бэрримором в главной роли.
В 1927—1928 годах, Голливуд начал использовать для озвучивания фильмов системы «Мувитон» Фокса и «Фотофон» RCA. Между тем, владелец сети кинотеатров Великобритании Шлезингер приобрёл права на «Фонофильм», и с сентября 1926 г. по май 1929 г. выпускал короткометражные музыкальные фильмы британских исполнителей.
Читайте также: