Немного о магнитной записи и её возможностях

« Статьи

Не секрет, что до сих пор в звуковой индустрии используются пленочные магнитофоны, особенно при мастеринге. При сведении иногда переносят треки с компьютерной станции на пленку и дальнейшая работа идет с использованием аналоговых сумматоров и дальнешей записи готового микса на пленочный магнитофон с оцифровкой на последнем этапе работ.

Что даёт такое решение:

  1. Искажения и мягкая компрессия приятная слуху, звук пропущенный через пленку приобретает новые краски, которых не было в исходнике
  2. В случае аналогового сведения с использованием мультирековых магнитофонов или аналоговых сумматоров лучшее разделение по планам музыкальных инструментов и более прозрачный микс, но при условии, что все звенья цепи работают идеально и все приборы прошли калибровку
  3. Примерно 95% всех записей делаются на компьютерных станциях. В этом случае миллионы песен сведены с использованием похожей обработки, что понижает ценность этих записей и интерес к ним у слушателей, так как компьютер с его возможностями доступен всем, что делает даже удачные миксы похожими друг на друга. Удачные записи сделанные на пленку в прошлом веке до сих пор составляют золотой фонд музыки. Таких примеров в дигитальной записи я не знаю, песня появляется, и максимум через 2 года про неё все успешно забывают. Сведенный или отмастерованный материал на плёнке заметно отличается от компьютерных миксов, что делает его более заметным на фоне других записей.

Коротко о том как работает магнитофон:

При записи лента движется вдоль стирающей и записывающей головок. Сигнал поступающий на записывающую головку превращается в электромагнитный и намагничивает плёнку, а стирающая головка уничтожает старую запись и шумы ленты. При воспроизведении магнитный поток в обратном порядке преобразуется в электрический сигнал и затем усиливается до такого уровня, чтобы его можно было прослушать через динамики. На записывающую головку, кроме звукового сигнала подаётся ещё сигнал от генератора подмагничивания, частота работы которого выше верхней граничной частоты записи в несколько раз, обычно от 30 до 120кгц, поэтому работу генератора в магнитофоне мы не слышим.

Необходимость подачи тока подмагничивания обусловлена тем, что магнитное поле, образующееся в зазоре записывающей головки, неодинаково. Оно имеет максимальную напряженность в середине зазора головки и уменьшается по мере удаления от него. Над поверхностью головки, в месте расположения рабочего слоя магнитной ленты, магнитное поле имеет различные напряжения и направленность. В результате магнитная лента подвергается различному по величине и направлению продольному намагничиванию. Закон изменения намагниченности ленты в этом случае не совпадает с законом изменения магнитного поля в зазоре головки и возникают сильные искажения. Генератор своими высокочастотными колебаниями и с большим чем сам звуковой сигнал током создают вместе с звуковым сигналом более сильное магнитное поле, что выравнивает нелинейность остаточной намагниченности пленки. Если генератор отключить, то искажения будут напоминать работу плохого гейта, сильные сигналы будут как то проходить, а слабые — нет, так как окажутся ниже порога срабатывания гейта и будут возникать искажения в виде «ступеньки». На слух эта картина будет похожа на щелчки от громких звуков и провал на малых.

Прежде, чем звуковой сигнал поступает на записывающую головку, он корректируются по частотам и имеет завал в области средних частот и подъём в области высоких и низких. Такая коррекция необходима для того, чтобы расширить полосу воспроизведения частот в силу нелинейности магнитной записи. При воспроизведении сигнал тоже подвергается частотной коррекции, иначе ничего кроме средних частот мы не услышим. Глубокая коррекция нужна в первую очередь для низких скоростей, с увеличением скорости глубина коррекции в магнитофонах схематически уменьшается и искажения от коррекции уже не так сильно окрашивают звук, как на низких скоростях.

Ток аудио сигнала поданный к головке записи находится в пределах 0,07- 0,20 ма. Сигнал с генератора подмагничивания имеет ток в пределах 0,3- 0,8 ма. Генератор стирания и подмагничивания ещё необходим, чтобы стирать старую запись. К стирающей головке подводиться сигнал с того же генератора током около 30-60ма и происходит цикл перемагничивания доменов пленки. Чем чаще генератор изменяет свой синус(частота), тем больше циклов перемагничивания проходит пленка во время движения, соответственно качество стирания выше. Высокие скорости движения пленки 19, 38, 76 см/сек требуют больше циклов стирания, поэтому частоту работы генераторов для этих скоростей увеличивают. Так же сигнал с генератора влияет на качество записи при подмагничивании головки магнитофона. Форма сигнала генератора должна иметь идеальный синус, тогда аудио сигнал будет записан с минимальными искажениями. Частота работы генератора оказывает влияние на верхние гармоники аудио сигнала, при частоте 30кгц верхний диапазон записи будет заметно промодулирован генератором, что окажет влияние на форму волны аудиосигнала(14-20 кгц), поэтому в студийных магнитофонах генераторы настроены на 80 -120кгц.

Скорость движения ленты и величина зазора головки имеют решающее значение для качества записи, так как при цикле записи во время движении ленты намагничиваются домены пленки и чем их будет больше на каждое изменение формы волны звука, тем выше точность передачи и разрешающая способность записанного сигнала, меньше искажений и шума, шире динамический диапазон и частотная характеристика.

Магнитные головки и качество записи:

Головки для магнитофонов устроены довольно просто. Представьте железную подкову на которую намотан изолированный провод. К проводу при записи подается сигнал и он намагничивает железо, а железо пленку, при воспроизведении происходит обратный процесс — пленка намагничивает железо головки и в проводе головки возникает напряжение, которое затем усиливается и передаётся в динамики. Расстояние от одного рога подковы до другого и есть зазор, чем он меньше, тем сильнее магнитный поток между 2 мя частями подковы, соответственно меньше потерь при намагничивании и более узкие сектора записи в процессе движения пленки и качество увеличивается при уменьшении расстояния между рогами подковы. Первые головки начала конца 40х и начала 50х годов имели довольно большой зазор, порядка 20-30 мкм, поэтому высокие скорости записи не спасали положение, качество записи было низким и полоса частот не доходила выше 10 000 гц, суммарный уровень искажений был тоже на несколько порядков выше. В процессе эволюции перед закатом эры магнитофонов зазор уменьшили в бытовых до 5-3мкм, в студийных до 2 -1 мкм.

Чем отличаются студийные аналоговые магнитофоны от бытовых:

  1. Скорость движения ленты выше минимум в 2 раза
  2. Более совершенный и сложный лентопротяжный механизм управляемый электроникой
  3. Отсутствуют микрофонные усилители, в наличии усилитель записи, усилитель воспроизведения, генератор и индикация, часто все выполнено отдельными выносными модулями
  4. Наличие сбалансированных входов и выходов с трансформаторной развязкой
  5. Рабочая часть головок у «master tape recorder» в разы больше, чем в бытовых магнитофонах, ширина дорожки записи тоже соответственно больше в 2-4 раза, смотря какой формат пленки используется, привычный стандарт 6,25-мм или 12,7мм, 25,4 мм
  6. Движение пленки идёт только в одну сторону, дорожки занимают всё место на пленке
  7. Студийные магнитофоны могут работать сутками, а бытовые от 3 до 6 часов, иначе будет перегрев моторов и компонентов схемы

Профессиональные аналоговые магнитофоны разделяются на 2 основных вида, это — многоканальные («multitrack recorder», более 8 каналов) и «master tape» с 2 мя каналами для записи сведенного материала. Ширина дорожек у последних больше. Есть так же полупрофессиональные магнитофоны с более скромными техническими характеристиками для записи 4 и 8 каналов со скоростью 19, а иногда 38см/сек. Они предназначены были для записи демо, но с их применением тоже записывался популярный музыкальный материал.

Особенности настройки студийных «master tape»:

Сейчас модно сильно сжимать сигнал (компрессия), чтобы быть громче других. Если требуется сжать динамический диапазон фонограммы с помощью магнитной ленты, то ток подмагничивания следует увеличить на 15% от номинального, иначе при усилении до + 3 дб появяться искажения на высоких частотах. Их амплитуда будет в этом случае выше и верх начнет сам себя дополнительно подмагничивать, звучание будет резким. Сжать можно до уровня 8 RMS, при этом звучать фонограмма будет заметно лучше, чем сжатие одним компрессором до этого уровня.

Высокое качество пленки стали постепенно вытеснять первые компьютеры и далекие от совершенства цифро — аналоговые преобразователи, внося в звук новые непривычные искажения. Звук превратился в набор из дискретных ступенек, но все звуки, которые нас окружают не подаются описанию в виде дискретных формул. С переходом на цифру музыка лишилась души, но появились новые возможности для создания электронной музыки без участия живых инструментов и новые способы обработки голоса. Если дальше так пойдет, то смысл делать музыку пропадёт, все полностью заменят виртуальные инструменты, включая голоса и потреблять это всё будут роботы, которые сидя в кафе или в гостях не вылазят из социальных сетей, вместо живого общения друг с другом.

Пока не изобретен новый аналоговый носитель с возможностью редакции как у компьютера, можно использовать ретро технику для получения особого настроения в музыке. Пленка сгладит дискретность сигнала и добавит гармоник там, где их не было. Например если взять мп3 плохого качества, где полоса будет идти только до 16кгц , то после прохода этого сигнала через пленку появятся новые гармоники выше 16кгц.

Иметь магнитофоны для студийных дел в наше время, могут себе позволить только единицы. Это занятие требует высокой квалификации обслуживани и скорее всего разочаруют нового владельца, который далек от понимания того, как магнитофон устроен и как его обслуживать, поэтому магнитная запись широкого распространения сейчас не имеет в силу смены поколений. Магнитофоны в идеальном состоянии сейчас практически не найти, если купить б.у., то ремонт и поиск запчастей может обойтись по времени и деньгам в 20 раз дороже основной покупки, но это не останавливает «горячие сердца» и интерес к ретро устройствам в данный момент заметно увеличился. Разработчики программного обеспечения разумеется в стороне не остались, обещая «теплый звук ленты» эмулированный на компьютере всего за 100-200 долларов.

Интерес к этой теме проснулся и у меня, так как своё время лет 20 слушал музыку на виниле и плёнке, бывал в студиях, где использовались многоканальные студийные магнитофоны и «master tape» рекордеры и мозг ещё хорошо помнит как это работало и звучало. Из интереса к техническим новинкам решил испытать программные эмуляторы магнитной ленты на некоторых треках в миксе в надежде получить знакомый или хотя бы приближенный к магнитной ленте звук.

Из плагинов использовались: E-TubeTape-Warmer, MPX-Master-Tape, VTM-M2

Полученным результатом был ….мягко говоря удивлен, в качестве «ухудшайзера» их применение вполне корректно. Красивые картинки сделанные в графическом редакторе в сочетании с простотой использования программ конечно подкупают, но заменой магнитофонов они быть не могут по совокупности многих причин.

Некоторые из выявленных причин:

  1. В программных эмуляторах используются алгоритмы частотной компрессии в сочетании с обрезными фильтрами, последние эмулируют скорость протяжки ленты. В реальных магнитофонах обрезных фильтров нет и компрессия на на разных частотах зависит от уровня записи, типом пленки и настройки генератора подмагничивания, скоростью протяжки ленты, корректирующими элементами усилителя записи и воспроизведения.
  2. Гармонические искажения при использовании плагинов имеют одинаковую структуру, словно сетка натянутая на предмет, уши от этого быстро устают, так как появление каждой гармоники идет по математическому алгоритму и их баланс предсказуем в отличии от настоящей магнитной плёнки, где гармоники и пики сигнала могут возникнуть в совершенно неожиданных местах фонограммы, так как слой магнитной ленты неоднороден и его неровность не возможно описать цифрами и построить алгоритм.
  3. Эффект пересыщения магнитной ленты плагином при увеличении уровня до + 3 дб даёт непохожий на настоящюю пленку результат, волна скорее обрезается словно ножницами, а не упаковывается как на пленке.Гармонические искажения при этом больше напоминают испорченное транзисторное радио, чем заявленный «tape recorder Ampex».

Потратив пару дней на программные глупости, решил приобрести настоящий магнитофон. Какой? …этот вопрос решился логично, исходя из технических требований

  1. Обрабатывать нужно по 1 моно треку(перегоняя сигнал с компьютера на ленту и обратно), поэтому стереофония отменяется
  2. Ровный по АЧХ звук с минимальными гармоническими искажениями от магнитофона мне ни к чему, хочется новых гармоник, теплоты, преукраса и прозрачности, которую даёт минимальный проход звука по цепям усиления, что позволит разделить по планам разные инструменты, которые пересекаются друг с другом по частотным составляющим, поэтому магнитофон — только ламповый
  3. Простая и надежная кинематика с возможностью легко достать запасные части или изготовить их самостоятельно
  4. Максимально простая схема, минимум ламп и обвесов, чтобы не убить звук фазовыми искажениями от глубокой частотной коррекции предварительного усилителя магнитофона, которую любили делать в бытовых транзисторных магнитофонах в 80х годах прошлого века с целью повысить ширину полосы от 20-22 000гц не увеличивая скорость протяжки ленты
  5. Наличие встроенного усилителя мощности с динамиками для контроля того, что записываешь
  6. Наличие ламп, которые до сих пор выпускаются
  7. Качественные компоненты схемы (конденсаторы, резисторы, переключатели, разъёмы)
  8. Компактный старинный дизайн с закругленными краями
  9. Широкая дорожка записи и величина рабочей поверхности магнитной головки, близкая к студийным master tape

Под эти требования подходят некоторые старинные бытовые 2х дорожечные магнитофоны 60х годов с 19 скоростью и навесным монтажом деталей, что позволяет в случае необходимости легко переделать схему и детально отработать каждый каскад усиления и коррекции сигнала.

Ламповые Aeg, Telefunken , Crown, Ampex, Revox достать сейчас проблематично даже в нерабочем состоянии, в рабочем состоянии их цена достигает от 3000 до 20 000евро, а если у купленного экземпляра сильно изношены головки или двигатели имеют межвитковые замыкания, то покупать надо будет за те же деньги донора + 3-4 месяца потраченного на полную настройку аппарата. Для удовлетворения любопытства и придания особых тонкостей звуку 1-3 треков — не рационально.

Поэтому выбор сужается до 4-6 моделей бытового уровня 40-50 летней давности, а если повезет можно, взять ретро — про.

Из бытовых это — немецкий — Grundig TK5 и советские Яуза — 5 (увековечена в фильме «Бриллиантовая рука»), Тембр и все модификации Комета — 201.

На e-bay интересующий меня «Telefunken M5» увели за 10 секунд до окончания аукциона. На местных интернет аукционах удалось купить следущие магнитофоны:

«Комета» 1964 года, «Комета мг-201» 1965 года, «Комета мг-201м» 1974 года и на запчасти «Айдас -9м» 1968 года. Не один из магнитофонов не работал, аппараты пришлось восстанавливать.

В процессе восстановления сделал несколько сравнительных записей с использованием магнитофов Комета 201.Для сравнения с транзисторным магнитофоном бытового уровня брал у знакомого рабочий Pioner RT707. Записывался сильно сжатый файл мп3 с обрезом высоких и широкой динамикой, чтобы наглядно увидеть как упаковывается звук на пленку и оценить характер гармоник пленки с ламповым и транзисторным магнитофонами. Ниже приведены звуковые примеры и графики частотной характеристики оригинала и последующего прохода сигнала через пленку обратно на компьютер.

В первом файле в начале идёт оригинал мп3, далее перезаписанный звук с Комета мг — 201 1965 года после настройки, затем Комета м- 201 с восстановленной головкой, но заводской настройкой электроники, последний пример записан с магнитофоном Pioner RT707.

  • разные магнитофоны 0:35

Во втором файле в начале идёт оригинал мп3, далее перезаписанный звук с «Комета мг — 201м» 1974 года, с собранным новым генератором стирания и подмагничивания и точной отстройкой электроники. Образцы частотной характеристики и форма волны представлены с этого файла. Третий пример записан с использованием профессионального студийного магнитофона Studer A -80. В начале идёт оригинал, затем запись с плёнки на 38 скорости при уровне записи 0дб, далее уровень + 3дб.

При прослушивании обратите внимание как компрессируются сильные пики сигнала отмеченные красными стрелками, как вытягиваются слабые, и как звучит этот фрагмент волны в оригинале и на пленке. Результат на плёнке совершенно не похож на работу традиционного мастер лимитера.

  • Магнитофон "Studer A -80" 1:15
  • Магнитофон "Комета мг-201м" 0:50

Если Вам эффект пленки понравился и появилось чёткое представление о том, какой звук с помощью пленки можно получить и у Вас есть интересный музыкальный материал, то можно попробовать сделать мастер на пленке и посмотреть на результат, только с использованием профессионального и настроенного магнитофона. Иметь такой магнитофон в домашней студии не целесообразно, так как он требует много места, знаний и опыта его обслуживания. Кроме этого требуются цифро-аналоговые преобразователи топового уровня с отдельным устройством для поддержки точности дискретной частоты, чтобы обеспечить максимальное качество и минимальные потери при оцифровке сигнала, такие в магазинах не продаются и надпись «Profesional» на них тоже отсутствует, о их цене промолчу.

В студии, где есть подготовленный персонал и нужная техника, это сделать гораздо проще и стоит недорого. В России наверняка есть такие студии. В Финляндии знаю несколько студий, кто делает мастер с использованием плёнки. У нас в Эстонии есть только одна такая студия с персоналом, опыт работы которого более 30 лет. Кроме аналогового мультитрек рекордера и современных средств записи и обработки звука, в студии имеется master tape recorder «Studer A80», а для контроля результата есть специальное помещение, с выверенной акустической средой и мониторами для мастеринга 3х типов. Если есть, что мастеровать и материал сделан с любовью, то студийный мастер с использованием плёнки сделает звучание лучше и интереснее, чем дома с набором плагинов и наушниками.

Обработкой отдельных треков ламповым магнитофоном в проекте можно придать винтажный оттенок гитарам, сделать звучание бас гитары более основательным, недостающие вокалу обертона можно подчеркнуть пленкой и сделать звучание голоса более монолитным в миксе. Более 2-3 треков не следует обрабатывать, только главные партии, которые необходимо подчеркнуть, и конечно магнитофон должен быть в идеальном техническом состоянии, чтобы ему можно было доверить обработку звука.

 

Евгений Удалов

01.02.2013