Az optikai hangrögzítés a hangrezgések rögzítése a hordozó optikai sűrűségének vagy visszaverőképességének megfelelő változása révén [1] . A legtöbb esetben az optikai hangrögzítés fogalmát a hangfilmes hangfelvételnek köszönhetően széles körben elterjedt fotográfiai módszerrel történő hangrögzítés kapcsán használják . Ebben az esetben a hangot fény segítségével egy mozgó fényérzékeny filmre rögzítik, amely a laboratóriumi feldolgozás után megváltoztatja optikai sűrűségét . Ezt a technikát a moziban néha fényképes hangfelvételnek vagy hangfilmnek is nevezik.. A hang- és képrögzítésre közös médium alkalmazása kiküszöböli azok szinkronizálásának problémáit filmvetítéskor [2] .
Ezt követően az analóg, majd a digitális optikai hangrögzítés széles körben elterjedt az optikai lemezeken és egyes zenei eszközökben. Az analóg módszerrel a hangfrekvencia elektromos rezgéseit közvetlenül rögzítik , a digitális módszerrel pedig a hangadatokat bináris biteknek megfelelő átlátszó és átlátszatlan szakaszok formájában rögzítik . Jelenleg (2020) az optikai hangrögzítési módszereket teljesen digitalizálták, és a digitális hangrögzítés részévé váltak .
A fény hangrezgésekkel történő modulálását először 1907-ben Ernst Rumer német fizikus hajtotta végre elektromos íven alapuló Poulsen ívgenerátorral végzett kísérletei során [3] . A hangfrekvenciás pulzáló áram , amely az ív elektródáihoz kapcsolódik, az általa kibocsátott fényáramot az elektromos rezgéseknek megfelelően változtatja. Ugyanakkor a lángzónában a hőmérséklet és a nyomás változásai miatt a fényrezgések mellett hangrezgések is keletkeznek, az alkalmazott jelnek megfelelően, ami miatt egy ilyen ívet "beszélgetésnek" neveztek [4] [5 ] ] .
A fénymodulációt használó hangátvitelt először a hajón szállított vezeték nélküli távírásban használták . Az emberi beszéd optikai eszközökkel történő továbbításával és rögzítésével kapcsolatos első kísérleteket Theodore Case amerikai fizikus végezte. 1914-ben laboratóriumot hozott létre különféle anyagok fotoelektromos tulajdonságainak tanulmányozására. A kutatás eredménye a "Talofid" - tallium -szulfid fotorezisztencia feltalálása vákuum rádiócső formájában [6] . A felfedezést azonnal felhasználták az amerikai haditengerészet szigorúan titkos infravörös interhajó kommunikációs rendszerében , amelyet Case fejlesztett ki Earl Sponsable asszisztenssel. Az első tesztek, amelyeken Thomas Edison részt vett, New Jersey államban zajlottak, és sikeresnek bizonyultak. A kommunikációs rendszert az első világháború befejezése után fogadták el . A Case-sel egy időben Charles Hoxsey hasonló Pallophotophone rendszert fejlesztett ki a General Electric társfinanszírozásával . A fejlesztést transzatlanti kommunikációra is szánták, de később RCA Photophone néven hangfelvételre és hangos filmre használták . A Hoxsey hangrögzítője először tette lehetővé Calvin Coolidge amerikai elnök rádióbeszédének előzetes felvételét. Az optikai távírás és a hangrögzítés sikerei ellenére ezek kevésbé bizonyultak kényelmesnek, mint a rádiókommunikáció és a gramofonfelvétel . Az optikai hangrögzítés fő alkalmazási területe a hangos filmekhez kötődik.
Az első rendszerek, amelyek alkalmasak hangsáv rögzítésére filmmodulált fényre, elektromos lámpa izzószálának izzásának megváltoztatásával . Ezt az elvet Lee de Forest alkalmazta az 1922- ben kifejlesztett Forest Phonofilm rendszerében [7] . Az izzólámpák tehetetlensége miatt azonban a felvétel minősége rendkívül rossz volt. Sikeresebb volt Vadim Ohotnyikov szovjet feltaláló fejlesztése , aki 1929-1930-ban egy speciálisan tervezett vékony izzószálú izzólámpát használt a felvételhez [5] . Kis tömegének köszönhetően körülbelül 3-5 kilohertz frekvenciát lehetett rögzíteni a hagyományos izzólámpák határát jelentő 200-400 Hertz ellenében. E séma szerint rögzítették a hangot Vlagyimir Vainštok és Arkagyij Kolcatoj (1932) A világ dicsősége című filmjében, a Szeretlek? Szergej Geraszimov (1934) és a "Puccs". Kedvezőbb frekvenciaátvitelt a gázlámpás lámpák biztosítottak . Először 1919-ben jelent meg ilyen technológia a német Triergon -rendszerben, de a nem szabványos filmek használata nem tette lehetővé, hogy elterjedjen [8] .
Később Case sikereket ért el a Movieton szabvány fejlesztésének alkalmazásával , amelynek jogait a XX Century Fox szerezte meg 1926-ban [9] . A speciálisan a Case laboratóriumában hangsáv rögzítésére készített lámpát angolnak hívták. AEO-light . A hangmozi első rendszereinek működése azt mutatta, hogy a fény modulációja a lámpa izzásának változtatásával alkalmatlan a jó minőségű hangfelvétel készítésére. Ennek eredményeként megjelentek a köztes modulátoron alapuló új technológiák: az amerikai Western Electric és a Pavel Tager által kifejlesztett szovjet " Tagephone " [9] . Ez utóbbi 1926-1928-ban kifejlesztett és először alkalmazott polarizáló fénymodulátort. A "Tagephone" rendszert az első szovjet hangos játékfilm " Start in Life " [10] [7] forgatásakor használták .
1923-ban a dánok Axel Petersen és Arnold Poulsen bemutatták rendszerüket, amelyben a hangot külön szinkronfilmre rögzítették egy változó szélességű sávban [9] [11] . Ennek a felvételi módszernek a kereskedelmi alkalmazása az 1929-ben kifejlesztett amerikai RCA Photophone technológia kombinált fonogramján kezdődött. A Szovjetunióban a fény egy ütés hosszával történő modulálását 1926-1928-ban Alexander Shorin végezte . Ehhez olajfürdőben szál galvanométert használt, amely megakadályozza a modulátor mechanikai rezonanciáját . A galvanométer izzószála úgy van elhelyezve, hogy a jel nulla értékénél a rögzítési löket szélességének pontosan a fele világítson [12] . A hangrezgések fényképes rögzítése filmre, vagy "tonfilmre" az 1930-as évek közepén nemcsak a moziban, hanem a rádióadásban , valamint a zenei hangrögzítésben is elterjedt, komolyan versenyezve a gramofonos módszerekkel. A technológia alapvető előnye az elsődleges rögzítés időtartamának gyakorlatilag nem létező korlátozása volt. A gramofonlemezekkel ellentétben, amelyek csak rövid hangfelvételek készítésére alkalmasak, a film bármilyen hosszúságú lehet [13] .
1940-ben jelent meg a világ első többcsatornás hangrögzítő rendszere, a „ Phantasound ”, amely optikai módszeren alapul. A háromcsatornás filmzenét a Walt Disney Studios " Fantázia " című teljes hosszúságú rajzfilmjében használták [14] . Az optikai többcsatornás audiotechnológia elterjedését a zenegyártásban a második világháború után a magnó megjelenése hátráltatta . A 35 mm-es és 70 mm-es filmre rögzített többsávos optikai hangot azonban időnként közbenső médiumként használták egyes zenészek kiváló minőségű gramofonkiadásaihoz. Így 1959-ben a Command Records Dick Hyman , Ray Charles, Doc Severinsen és mások albumainak elkészítésekor elsődleges optikai felvételt használt a filmre. Az LP -ket az audiofil gyűjtemény lemezeiként helyezték el , és nagyon jó minőségű hangsávokat tartalmaztak. Ennek ellenére a filmre történő rögzítés kellemetlenségei miatt, amelyek laboratóriumi feldolgozást igényeltek , a technológia nem terjedt el a zeneiparban [15] .
Az analóg hang optikai rögzítését 1961-ben David Gregg szabadalmaztatta a Laserdisc szabvány részeként . Az egyik első optikai lemezen változtatható szélességű sávként tárolták a hangot, amely lejátszás közben áttetsző volt. Egy későbbi, 1969-es szabványban visszavert fényt használtak, majd valamivel később az analóg hangsávot digitálisra cserélték. A Laserdiskhez használt fejlesztések később az Audio-CD digitális optikai hangrögzítő rendszer alapját képezték .
Az optikai hangrögzítés alapjául szolgáló fotoelektromos hangreprodukciós módszert alkalmazták az első zenei szintetizátorokban is, amelyeket az 1930 -as években fejlesztettek ki a Szovjetunióban, majd az USA-ban. A szovjet feltalálók egy csapata alapvetően új hangzások létrehozására törekedett, amelyek a meglévő hangszerek számára elérhetetlenek . Ezt úgy érték el, hogy különféle eszközökkel egy optikai sávot „rajzoltak” filmre fénnyel. Jevgenyij Sholpo tervező fejlesztette ki a Variofon optikai szintetizátort, amely egy sor mechanikus fénymodulátor segítségével nem csak egyetlen zenei hangot, hanem egész akkordokat is létrehoz [16] [17] . A keletkező hangokat filmre lehetett rögzíteni.
Borisz Jankovszkij "Vibroexponator" című filmje rajzokat generált filmen, amelyeket tetszőleges hangszínnel reprodukáltak. Nikolay Voinov optikai zene létrehozására tervezte a Nivotont az "optikai fésűk" megjelölésére, amelyeket animációs módszerekkel újrafilmeztek egy optikai sávra [17] . A felhasznált sablonanyag miatt a The Thief filmzenéjét "papírhangnak" nevezik a kreditekben. Az így készített hangsávokat ugyanúgy reprodukáltuk, mint egy filmvetítő hangblokkjában. Arseniy Avraamov ötlete , aki a hang képpé alakítását javasolta a Metamorphon eszközzel, soha nem valósult meg, ahogyan az emberi beszéd optikai szintetizátorával kapcsolatos saját projektje sem [18] . Az általa a NIKFI laboratóriumában 2000 méteres filmre rögzített „díszhang” abszurd körülmények között semmisült meg.
Az 1970-es években az amerikai Mattel cég ugyanezen elv szerint megalkotta az Optigan optikai orgonát , amely egy 12 hüvelyk átmérőjű átlátszó forgó lemez gyűrűs optikai sávjaiból szintetizálta a hangot [19] [20] . A számok a hangszer billentyűinek megfelelő, különböző hangszínek optikai felvételeit tartalmazták. Az egyes gombok megnyomása egy adott műsorszám lejátszását váltotta ki fotoelektromos módon, lámpa és fotodiódák segítségével. A készülék készlete több lemezt is tartalmazott, amelyeken különböző hangszínű felvételek találhatók.
A fényképészeti hangrögzítő eszközök alapja egy fénymoduláló berendezés, amely két funkciót lát el: írásvonal kialakítása a film felületén, és annak egyik paramétere megváltozik a rögzített hangjelnek megfelelően [21] . Az optikai rögzítés történetének nagy részében különféle típusú elektromechanikus modulátorokat használtak, amelyeknek a rezonancia miatt korlátozottak a saját frekvenciaválasza . A modern eszközök lézer alapú elektro-optikai modulátorokat használnak [22] .
Maga a hangrögzítő berendezés egy fényzáró kamera, amelyben egy fényérzékeny film egy 6 mikron széles fényvonalon halad át egy szalagos meghajtó mechanizmus segítségével [23] [24] [25] . Ellentétben a filmes kamerával , amelyben a film szakaszosan mozog, az optikai hangrögzítő berendezésben annak egyenletes mozgását alkalmazzák, amelynek sebessége egybeesik a filmkamera átlagos mozgási sebességével.
A szinkronizálást a filmező és hangrögzítő készülék fogaskerekes dobjainak forgási sebességének egybeesésével érik el [26] . Egy 24 képkocka/másodperces szabványos hangosfilm felvételi sebesség mellett a fénysáv mellett elhaladó 35 mm-es film sebessége 45,6 centiméter / s [27] . 16 mm -es filmeknél ugyanez a paraméter 18,3 centiméter másodpercenként [28] . A hangrezgések rögzíthetők az írásvonal fényerejének vagy szélességének módosításával.
Változó sűrűségű fonogramot (vagy intenzív fonogramot ) úgy kapunk, hogy egy fényképészeti emulziót változó intenzitású fénynek teszünk ki [29] [30] . Ennek eredményeként egy változó optikai sűrűségű fonogramot kapunk a filmen . Ennek a rögzítési módnak az előnye a szélesebb frekvenciasáv, azonban a változó sűrűségű hangfelvétel dinamikus tartománya kisebb, mint a változó szélességű fonogramoké [23] [31] . A modern moziban a változó sűrűségű hangfelvételeket replikációjuk nehézségei miatt nem használják.
Változó szélességű fonogramot (vagy keresztirányú fonogramot ) az írási fényvonás hosszának változtatásával kapunk [1] [32] . Léteznek egysávos és többsávos, változó szélességű hangfelvételek. Ez utóbbiak nem egy, hanem több sávból állnak, amelyek szélessége szinkronban változik, és egyetlen rögzítési csatornának felel meg. A Szovjetunióban, mint a legtöbb más országban, a legelterjedtebb a kétsávos, változó szélességű monofonikus hangfelvétel, amely egybeesik egy kétcsatornás sztereofonikus hangfelvétellel. Mindkét sáv ugyanarról a hangrögzítési csatornáról tartalmazott információkat. A modern moziban az egysávos hangfelvételeket egyáltalán nem használják, mivel a hangolvasó eszközök optikai útjának igazítása során csökken a pontatlanságokkal szembeni ellenállás. A világon a legszélesebb körben elterjedt kétsávos hangfelvételeket tartják optimálisnak [33] .
A változtatható szélességű fonogramok olvasása nem különbözik a változó sűrűségű hangfelvételektől, és izzólámpával vagy LED -del , valamint olyan optikai rendszerrel történik, amely keskeny hangolvasási vonal képét képezi a fonogramon. Egy ütésen túlhaladó fonogrammal ellátott film fényáteresztő képességének változása miatt a rajta keresztül bejutó fény intenzitása egy fotoelektromos szenzoron (többcsatornás rögzítésnél több szenzor) a rögzített hangrezgéseknek megfelelően változik. Ennek eredményeként a fotocella pulzáló áramot állít elő , amelynek amplitúdóját az audiofrekvencia- erősítő a hangszórók normál működéséhez szükséges szintre alakítja át . A filmművészetben az optikai hangsáv reprodukálását a filmvetítő hangolvasó rendszere (hangblokkja) végzi . Az utóbbi időben széles körben elterjedtek a lézeres fényforrással rendelkező hangolvasó rendszerek [34] .
Az optikai hangfelvételek előállítása és másolása során elkerülhetetlen az úgynevezett fonogramúszással („Donner-effektus”) kapcsolatos torzítások felhalmozódása [ 35 ] . A lebegés oka egy változó optikai sűrűségű régió ("rojtok") megjelenése a változó szélességű sáv éles szélei körül, amelynek vonalképnek kell lennie, nem szürkeárnyalatos képnek . Az úszás harmonikus torzítások és az úgynevezett "úszási zaj" megjelenéséhez vezet [36] . Az úszással járó hatások csökkentése érdekében a fényképes hangsáv rögzítésére és másolására kompenzációs módot használnak, amely előtorzítások bevezetését biztosítja a rögzített jelben, valamint optimalizálja a másolási és fényképfeldolgozási módokat [35] . Emellett kiválasztásra kerül a fonogram negatívjának optimális kompenzációs sűrűsége , amely kölcsönös kompenzációt biztosít a negatív és a pozitív úszásához filmmásolatok nyomtatása során [37] . A változtatható szélességű többsávos hang szintén csökkenti az elmosódott torzítást [38] . A fekete-fehér filmeknél alkalmazott fonogram elmosódás csökkentésének egyik módja az volt, hogy a hangsávot ultraibolya sugárzással nyomtatták [39] . Az azonos célú színes filmeken a hangsávot zöld fényszűrőn keresztül csak a felső lila rétegre nyomtatták [40] . Ily módon a fényszórás hatása az alsó emulziós rétegekben [* 1] minimálisra csökkent .
Az analóg optikai hangsáv készítése során a filmszemcse által keltett zaj hozzáadódik az elektronikus erősítőcsatorna zajához, mivel a hangsáv képét fémes ezüstszemcsék építik fel. A filmmásolat működése során a hordozó mechanikai sérülése és a film emulziója hozzáadódik a hangfelvétel szemcsés szerkezetéhez. Ezért a hangfelvételek készítésénél és a filmmásolatok nyomtatásánál a jel-zaj arány javítására speciális finomszemcsés filmeket és speciális zajcsökkentési technológiákat alkalmaznak. Ez utóbbit úgy érik el, hogy a hangszünetekben a fonogram pozitívumának fényes szakaszait mesterségesen szűkítik, ami a legnagyobb zajt okozza [41] . A zajcsökkentés két fő módszere talált gyakorlati alkalmazásra: a csillapítók és a "középvonal eltolás" [42] segítségével .
Mindazonáltal a hangfelvétel belső zaja a filmen elkerülhetetlen, és a hangrögzítési sáv viszonylag kis szélességével együtt ez szigorú korlátozásokat támaszt a maximális dinamikatartományban, amely a legtöbb analóg fényképezésnél nem haladja meg a 45-50 dB-t. hangfelvételek. Ezért az optikai zajcsökkentés mellett leggyakrabban különféle kompander zajcsökkentő rendszereket alkalmaznak , amelyek a dinamikatartományt 60 dB-re bővítik [42] . A digitális optikai hangsávok dinamikus tartománya a kódolás során beállítható, és nem függ a filmtől.
A klasszikus analóg fényképészeti hangsáv frekvenciatartományát a felhasznált fényképanyag felbontása és a rögzítő fénymoduláló eszköz képességei korlátozzák. Egy 35 mm-es filmmásolat analóg optikai hangsávja esetén, amelynek folyamatos sebessége 456 mm/sec, a maximális reprodukálható frekvencia nem haladja meg a 8-9 kHz -et [43] . A modern filmeken az analóg optikai hangsáv frekvenciatartománya nem haladja meg a 40 Hz-10 kHz-et [42] . A 16 mm-es filmeknél, amelyek mozgási sebessége 183 mm/sec, a frekvenciatartomány még szűkebb: az ilyen filmek optikai hangsávja nem képes 6–6,3 kHz-nél nagyobb frekvenciájú hangot reprodukálni. Az optikai hangsáv frekvenciakarakterisztikája javítható ultraibolya sugárzással , amelyet az emulzió sokkal kisebb mértékben szór szét, mint a fehér fény [39] . Hasonló hatás érhető el, ha kék fényszűrőt használunk az írásvonal előtt. A modern optikai hangrögzítő berendezésekben lézer alapú fénymodulátorokat használnak, amelyek lehetővé teszik az analóg 35 mm-es hangsáv frekvenciatartományának 16 kHz-re emelését [44] .
A frekvenciajellemzők jelentős romlása következik be a filmmásolatok kontaktnyomtatással történő replikálása során a fonogram és a pozitív film negatívjának kölcsönös elcsúszása miatt, amelyek zsugorodási foka eltérő. Ennek a hatásnak a csökkentése érdekében a filmmásológépekben speciális csúszáskompenzátorokat használnak . Digitális hangfelvételek használatakor a frekvenciatartomány nem függ a film fényképészeti tulajdonságaitól, hanem a mintavételezési frekvencia határozza meg . A modern digitális hangfelvételek általában 20 Hz és 20 kHz közötti frekvenciasávot továbbítanak.
Az optikai fonogramot legszélesebb körben filmvetítéseknél használják, mivel nem szükséges az azonos adathordozóra rögzített kép és hang szinkronizálása. Ezen túlmenően nagyobb tartósság érhető el az 1950 - es évek közepén elterjedt mágneses fonogramokban rejlő lemágnesezés és delamináció hiánya miatt [45] . Az akkori analóg optikai fonogramok hátránya az alacsony dinamikatartomány, a reprodukálható frekvenciák szűk sávja, valamint a harmonikus torzítás mértékének a film fényképészeti tulajdonságaitól való függése volt. Mindezeket a hiányosságokat kiküszöbölték a modern digitális hangfelvételeknél, amelyek felváltották a többsávos mágneses hangfelvételeket. A modern Dolby szabványoknak megfelelő analóg optikai hangsávok minősége is jelentősen jobb, mint a klasszikus egycsatornás hangsáv, így akár 4 csatornás hangfelvételt is lehetővé tesz [46] . Jelenleg a mágneses hangsávokat nem használják filmmásolatokon, mivel teljesen átadták helyét az optikai hangsávoknak.
Szótárak és enciklopédiák |
---|