Оптическая запись звука

Опти́ческая за́пись зву́ка — запись электрических колебаний звуковой частоты, осуществляемая фотографическим способом на движущейся киноплёнке.

Опти́ческая фоногра́мма — звуковая дорожка на киноплёнке, предназначенная для воспроизведения оптическим методом. Может быть получена:

• фотографическим способом на светочувствительном материале, например при синхронной съёмке;

• печатью на бланкфильме в гидротипном или ином процессе создания копии фильма.

Воспроизведение фонограммы

• Вне зависимости от метода записи фонограммы её воспроизведение осуществляется с помощью лампы, оптической системы, формирующей изображение узкой щели поперёк звуковой дорожки фильма и датчика светового потока (нескольких датчиков при многоканальной записи). Электрический выходной сигнал датчика усиливается усилителем звуковой частоты.

Фонограммы Таггера и Шорина

Системы звукового кино были созданы почти одновременно в СССР, США и Германии. Советские системы с фотографической записью звука начали разрабатываться в 1926 г. в Москве группой изобретателей под руководством П. Г. Тагера (система «Тагефон») и в 1927 г. в Ленинграде под руководством А. Ф. Шорина. В системе Шорина фонограмма имела переменную ширину дорожки записи, а в системе «Тагефон» — переменную оптическую плотность. В этих системах фотографическая фонограмма переменной ширины или переменной плотности пересекала световой поток лампы просвечивания в месте равномерного движения киноленты (в звуковом блоке, установленном в кинопроекционном аппарате) и изменяла (модулировала) его 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.

Первая кинопрограмма с записью звука по системе Шорина была показана в 1929 г., а первым советским художественным полнометражным фильмом с записью звука по системе «Тагефон» стал «Путевка в жизнь» (1931, реж. Н. В. Экк).

Система оптической звукозаписи Системы чтения оптической фонограммы

Непрозрачная область кинопленки, смежная с изображением содержит фотографическую (академическую) фонограмму в виде звуковой дорожки, ширина которой изменяется в соответствии с изменениями звука. По мере воспроизведения копии через кинопроекционную установку, световой луч лампы кинопроектора, проходя через фонограмму, передает изменения на фотоэлемент, преобразующий световой сигнал в электрический. Этот сигнал усиливается, обрабатывается с помощью фильтров и преобразовывается как звуковой.

Оптический звук имеет ряд преимуществ, которые определили его универсальность. Прежде всего — экономичность при производстве, так как оптическая фонограмма печатается на пленке вместе с изображением. Срок жизни звуковой дорожки такой же, как и изображения и может быть достаточно долгим. Кроме того, оптическая считывающая головка, установленная в проекторе — наиболее эффективная и простая в обслуживании технология из существующих на сегодняшний день.

Для того чтобы предупредить возможные проблемы совместимости фотографической фонограммы для киноустановок различных производителей, в конце 1930-х годов «де-факто» была принят метод стандартизации, регламентирующий требования к воспроизведению звука в театрах, который сегодня известен как «Академия». Результатом этого стала система надежной записи и воспроизведения, сделавшая приемлемым показ практически любого фильма в любом кинотеатре мира.

Коррекция записи и воспроизведения фонограмм

Динамическое шумоподавление. При аналоговой звукозаписи всегда возникают трудности с шумами, в основном в форме шипения. Для подавления системного шума записывать программу всегда следует при достаточно высоком уровне громкости. Для этого применяется метод компандирования, т.е. сужения динамического диапазона программы при записи и расширения его при воспроизведении. Это позволяет повышать средний уровень при записи, а при воспроизведении понижать уровень сравнительно тихих пассажей (и вместе с ними шума). При разработке эффективной системы компандирования возникают трудности двоякого рода. Одна из них – это трудность согласования компрессора и экспандера во всем диапазоне частот и громкости. Другая – предотвращение повышения и понижения уровня шума вместе с уровнем сигнала, так как это делает шум более заметным. В системах шумоподавления Долби весьма остроумно решаются эти проблемы несколькими разными способами. В них учитывается эффект «маскирования»: чувствительность слуха на той или иной частоте существенно понижается во время и непосредственно после более громких звучаний на близких частотах (рис. 2).

«Долби А». Метод «Долби А» – это промежуточная обработка, осуществляемая на входе и выходе звукозаписывающей аппаратуры, результатом которой является нормальная (плоская) характеристика на выходе. Метод «Долби А» применяется главным образом в профессиональной звукозаписи, в особенности на многодорожечные магнитофоны, в которых уровень шума повышается с увеличением числа используемых дорожек.

Проблема согласования компрессора и экспандера решается созданием двух параллельных путей – одного через линейный усилитель, а другого через дифференциальную цепь, выходной сигнал которой добавляется к «прямому» сигналу при записи и вычитается при воспроизведении, в результате чего действие компрессора и экспандера оказывается взаимно дополняющим. Дифференциальная схема разбивает частотный спектр на четыре полосы и каждую полосу обрабатывает отдельно, так что подавление осуществляется только там, где это требуется, т.е. в полосе, в которой сигнал программы недостаточно громок, чтобы маскировать шум. Так, например, музыка обычно концентрируется в нижней и средней полосах частот, а шипение магнитной ленты – на высоких частотах и слишком удалено по частоте, чтобы эффект маскирования был существенным.

«Долби В». Метод «Долби В» применяется главным образом в бытовой аппаратуре, в частности в кассетных магнитофонах. В отличие от метода «Долби А», записи по методу В выполняются с характеристикой Долби, рассчитанной на воспроизведение на аппаратуре с дополнительной характеристикой. Как и при методе «Долби А», здесь имеются прямой путь для программы и боковая цепь. В боковую входит компрессор с предваряющим активным фильтром верхних частот на частоты от 500 Гц и выше.

В режиме записи компрессор повышает уровень сигналов, лежащих ниже порогового значения, и они добавляются к сигналу боковой ветви. Активный фильтр создает в своей полосе пропускания усиление, нарастающее до 10 дБ на частоте 10 кГц. Таким образом, высокочастотные сигналы низкого уровня записываются с превышением первоначального уровня, достигающим 10 дБ. Подавитель выбросов предотвращает воздействие переходных процессов на постоянную времени компрессора.

Декодер системы «Долби В» аналогичен кодеру, используемому при записи, но в нем выходной сигнал боковой ветви компрессора суммируется с сигналом основной цепи в противофазе, т.е. вычитается из него. При воспроизведении уровень высокочастотных сигналов низкого уровня, а также уровень шипения магнитной ленты и системный шум, добавляющиеся при записи, понижаются, что приводит к повышению отношения сигнал/шум на величину до 10 дБ.

Важное различие между методом Долби и простой системой введения предыскажений (повышения высокочастотной характеристики) при записи и коррекции предыскажений при воспроизведении состоит в том, что характеристика «Долби В» влияет только на звуковые сигналы низкого уровня. Материал, закодированный по методу «Долби В», можно воспроизводить на аппаратуре, не имеющей системы шумоподавления Долби, если понизить высокочастотную характеристику для компенсации характеристики Долби, но это приводит к потере высоких частот в более громких пассажах.

 «Долби С». Метод «Долби С» представляет собой дальнейшее усовершенствование метода «Долби В», позволяющее понизить шум на величину до 20 дБ. В нем используются два компрессора, включенные последовательно, при записи и два дополняющих экспандера при воспроизведении. Первый каскад работает при уровнях сигналов, сравнимых с уровнями в системе «Долби В», а второй чувствителен к сигналам, уровень которых на 20 дБ ниже. Система «Долби С» начинает действовать примерно со 100 Гц и обеспечивает понижение шума на 15 дБ на частотах около 400 Гц, тем самым ослабляя эффект модуляции средних частот высокочастотными сигналами.