19-08-2023
Опти́ческая за́пись зву́ка — способ фиксации звуковых колебаний на движущейся светочувствительной киноплёнке фотографическим способом. При аналоговом способе производится непосредственная запись электрических колебаний звуковой частоты, а при цифровом — запись звуковых данных в виде прозрачных и непрозрачных участков, соответствующих двоичным битам.
Опти́ческая фоногра́мма, фотографическая фонограмма — одна или несколько дорожек на киноплёнке, предназначенных для воспроизведения фотоэлектрическим методом. Может быть получена:
При печати совмещённых фильмокопий производится печать фонограммы на той же плёнке, на которой происходит печать изображения, поэтому при демонстрации готового фильма синхронизация звука с изображением не требуется. Фонограмма, напечатанная на одной киноплёнке с изображением, называется совмещённой.
Содержание |
Первоначально в профессиональном кинематографе оптическая фонограмма записывалась непосредственно с микрофонов на специальную киноплёнку отдельным аппаратом, в котором она двигалась с той же скоростью, что и плёнка в киносъёмочном аппарате. Синхронизация производилась за счёт использования синхронных электродвигателей в приводах кинокамеры и звукозаписывающего аппарата[1]. Питание электродвигателей осуществлялось от общего источника переменного тока. Отдельная киноплёнка была необходима из-за различия фотографических характеристик, требующихся для записи изображения и звука, и необходимости их раздельного монтажа. Поэтому попытки осуществлять синхронную съёмку «микст-камерами» с записью звука на ту же киноплёнку, что и изображение, оказались неудачными[2].
Звукозаписывающий аппарат представляет собой светонепроницаемую камеру, в которой с помощью лентопротяжного механизма производится равномерное продвижение светочувствительной киноплёнки. На движущуюся киноплёнку падает световое пятно в форме прямоугольника, называемое пишущим штрихом. Это световое пятно создается источником света, который питается постоянным электрическим током. Постоянный поток света на своем пути к светочувствительной плёнке проходит через так называемое светомодулирующее устройство, назначение которого — изменять (модулировать) проходящий постоянный световой поток в соответствии с подводимыми к модулятору электрическими сигналами звуковой частоты[3].
Пишущий штрих характеризуется толщиной , длиной и освещённостью . Величина светового потока определяется выражением
Изменение светового потока во времени может осуществляться различными методами.
Изменяя длину штриха , получают фонограмму переменной ширины. При этом время экспозиции (выдержка) постоянно и равно
(где — линейная скорость движения киноплёнки)
В СССР модуляция света длиной штриха была осуществлена в 1926—1928 гг А. Ф. Шориным. Для этого он использовал струнный гальванометр.
В системе записи звука по Шорину свет от лампы накаливания собирается конденсором, проходит через отверстие в северном полюсе магнитной системы гальванометра, фокусируется микрообъективом на нити. Далее световое пятно, положение и размер которого определяется мгновенным значением звукового сигнала (усиленного усилителем), вторым микрообъективом фокусируется на движущуюся кинполёнку.
Ширина нити гальванометра выбирается так, чтобы при нулевом значении сигнала была освещена ровно половина ширины звуковой дорожки.
Фонограмма переменной плотности позволяла получать модулированный звуковой сигнал за счет просвечивания звуковой дорожки с участками разной прозрачности. Фотоэлемент превращал падающий на него переменный световой поток в электрические колебания зависимости от плотности киноплёнки. К преимуществу такого способа записи относят более широкую полосу частот, так как он менее критичен к точности установки пишущего штриха. Однако, на этапе создания фильмокопии требуется тщательный подбор режима проявления – при малейшем отступлении от него увеличиваются нелинейные искажения. Кроме того, отдача фонограммы переменной плотности меньше отдачи фонограммы переменной ширины. [4]
При постоянной длине и освещённости модуляцию светового потока осуществляют шириной . Для этого в схеме Шорина поворачивают гальванометр на 90°, так что нить его оказывается параллельна щели. В этом случае ширина щели меняется от до , а выдержка изменяется порпорционально ширине щели.
П. Г. Тагер в 1926—1928 годах разработал и впервые применил поляризационный модулятор света. В его системе свет от лампы проходит через поляризатор и попадает в наполненную нитробензолом ячейку Керра. К обкладкам ячейки Керра приложено выходное напряжение усилителя звуковой частоты. В результате линейно поляризованный поляризатором свет на выходе из ячейки Керра оказывается эллиптически поляризованным. Далее световой поток попадает на второй поляризатор, служащий анализатором. Его плоскость поляризации повёрнута так, чтобы при нулевом напряжении на конденсаторе получить среднюю величину экспозиции (обычно — около 45°).[5]
По данной системе[6], названной «Тагефон», был снят первый советский звуковой художественный фильм «Путёвка в жизнь».
В 1929—1930 гг советский изобретатель В. Д. Охотников осуществил запись фонограммы переменной плотности, применив специально сконструированную лампу накаливания с тонкой нитью и напрямую регулируя ток её накала напряжением звуковой частоты. Благодаря малой массе тонкой нити ему удалось получить приемлемую характеристику записи для частот около 3-5 килогерц, при том, что инерционность стандартных ламп накаливания полностью «гасит» колебания с частотами выше 200—400 Гц.
Именно по этой схеме производилась запись звука в фильмах «Слава мира» Владимира Вайнштока и Аркадия Кольцатого (1932), «Люблю ли тебя?» Сергея Герасимова (1934), «Переворот».
Однако, помимо большой тепловой инерции, ограничивающей диапазон частот, лампы накаливания имеют существенно изменяющийся спектр излучения, что затрудняет их применение в качестве модулированного звуком источника света с цветными киноматериалами. Дополнительные трудности вносит нелинейность модуляционной характеристики, достигающая десятков процентов (каковые и вносят основной вклад в нелинейные искажения итогового сигнала).
Поэтому в дальнейшем в таких устройствах стали применять газоразрядные лампы, питаемые током высокой частоты, амплитудно модулированным звуковым сигналом. Также в таких схемах возможно применение практически безынерционных (в звуковом диапазоне), экономичных светодиодов.
Записанная на отдельной киноплёнке оптическая фонограмма после проявления могла быть использована для печати совмещённых фильмокопий, однако, предварительно она монтировалась параллельно с изображением. Смонтированный негатив фонограммы вместе с негативом изображения сдавался приёмной комиссии, утверждавшей фильм «на двух плёнках»[7]. С появлением магнитной звукозаписи первые годы использовалась та же технология синхронизации при записи на перфорированную магнитную ленту шириной 35-мм или 16-мм, движущуюся со скоростью киноплёнки 456 мм/с[8]. Использование зубчатых барабанов считалось обязательным для точной синхронизации изображения и звука. Полученная магнитная фонограмма монтировалась механическим способом, как и киноплёнка, а затем со смонтированной магнитной фонограммы записывалась оптическая фонограмма на звуковой киноплёнке. Полученный негатив фонограммы использовался для печати совмещённых фильмокопий. Впоследствии от перфорированной магнитной ленты отказались в пользу узкой плёнки шириной 6,25-мм с записанным сигналом пилот-тона, который часто называли «магнитной перфорацией»[8]. В настоящее время в кинопроизводстве используется цифровая звукозапись первичной фонограммы, которая после монтажа и перезаписи перекодируется в цифровые и аналоговую оптические фонограммы, печатаемые на совмещённых фильмокопиях.
Вне зависимости от метода записи фонограммы её воспроизведение осуществляется с помощью лампы накаливания или светодиода, оптической системы, формирующей изображение узкой звукочитающей щели поперёк фонограммы и фотоэлектрического датчика (нескольких датчиков при многоканальной записи). Электрический выходной сигнал датчика усиливается усилителем звуковой частоты. Воспроизведение оптической фонограммы фильма осуществляется звукочитающей системой (звукоблоком) кинопроектора. В последнее время наиболее широко используются звукочитающие системы с лазерным источником света[9].
Использование в звукочитающих системах кинопроекторов фотоэлемента делало наиболее предпочтительной фонограмму, состоящую из металлического серебра чёрно-белой киноплёнки. Появление цветного кино на многослойных киноплёнках заставило искать способы улучшения качества фонограммы, поскольку изображение таких киноплёнок состоит из красителей, а металлическое 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[10]. На участок с фонограммой специальным аппликаторным устройством наносился вязкий защитный слой, препятствующий действию отбеливателя. В результате, серебро, находившееся в месте расположения фонограммы, оставалось в киноплёнке.
С середины 2000-х годов нашла своё применение технология так называемых «циановых» фонограмм (англ. Dye Track)[9]. Такая фонограмма состоит только из голубого (англ. cyan) красителя цветной киноплёнки (печатается в красном чувствительном слое киноплёнки) и не требует сложных технологий для получения серебряной фонограммы. Применение специальных звукочитающих блоков с источником красного света, позволяет достичь эффективности, сопоставимой с серебряной фонограммой[11]. Голубой краситель задерживает красный свет в наибольшей степени, поскольку является дополнительным к нему. Большинство современных фильмокопий выпускается с «циановой» аналоговой фонограммой Dolby SR, которая считывается в кинопроекторе звукоблоком на основе красного лазерного светодиода, и цифровой фонограммой Dolby Digital (нейтрально-серой, напечатанной в трёх слоях киноплёнки), считываемой в кинопроекторе цифровым ридером. Звукоблоками для чтения таких фонограмм могут дополнительно оснащаться кинопроекторы с устаревшими звукочитающими системами.
На сегодняшний день используются три основных типа аналоговых оптических фонограмм[12]:
Два последних типа обеспечивают большой динамический диапазон и отличную частотную характеристику в случае применения звуковых процессоров Dolby. Ширина, занимаемая аналоговой фотографической фонограммой на 35-мм киноплёнке, остаётся неизменной с 1932 года и составляет 1/10 дюйма, или 2,54 мм[13].
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.
Первым цифровым форматом кинематографического звука стал CDS (англ. Cinema Digital Sound), разработанный компанией Optical Radiation Corporation совместно с Kodak в 1990 году[14]. 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, не оснащёнными цифровым звукоблоком. Поэтому в дальнейшем получили распространение цифровые фонограммы других стандартов, располагающихся на других участках киноплёнки, что позволило сохранить аналоговую фонограмму на привычном месте в качестве резервной для простых киноустановок[14]. 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 какой-либо из этих стандартов. Наибольшее распространение получили нижеприведённые типы цифровых фонограмм, а также цифровая фонограмма DTS на отдельном компакт-диске, синхронизируемая при помощи временного кода на киноплёнке.
В 1991 году компания Dolby Laboratories разработала цифровую технологию оптической записи и воспроизведения многоканального звука для 35-мм киноплёнки Dolby Digital[15]. 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.[16] Дополнительно к многоканальности, оптическая цифровая запись Dolby Digital обеспечивает большой динамический диапазон, широкую полосу частот, низкий уровень гармонических искажений и повышенную износоустойчивость фонограммы.[17] 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[18]. 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[15].
Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) — цифровая cистема многоканального звука фирмы «Сони». Впервые система была использована для записи звука картины «Последний киногерой» в 1993 году[15]. Восьми- или шестиканальное звуковое сопровождение к фильму печатается фотографическим методом непосредственно на 35-мм киноплёнку с её обоих краёв за пределами перфорации. Обе дорожки фонограммы дублируют друг друга для повышения надёжности воспроизведения. В системе SDDS используется кодирование с потерями ATRAC (англ. Adaptive Transform Acoustic Coding)[15]. В восьмиканальной фонограмме SDDS скорость цифрового потока составляет 1168 кбит/c. Для совместимости с уже установленным в кинотеатрах оборудованием, разработчики предусмотрели декодирование восьмиканальной фонограммы в шести- и четырёхканальный звук[15].
Частотный диапазон классической аналоговой фотографической фонограммы ограничен разрешающей способностью киноплёнки, применяемой для изготовления прокатных фильмокопий. Для аналоговой оптической фонограммы 35-мм фильмокопии, непрерывная скорость движения которой составляет 456 мм/сек, максимальная воспроизводимая частота не превышает 8—9 кГц[19]. Для 16-мм фильмов, скорость движения которых составляет 183 мм/сек, частотный диапазон ещё уже: оптическая фонограмма таких фильмов не может воспроизводить звук с частотой больше 4—4,5 кГц.
Ещё большее ухудшение частотных характеристик происходит при контактной печати из-за взаимного проскальзывания негатива фонограммы и позитивной киноплёнки, имеющих разную степень усадки. Для уменьшения этого эффекта в кинокопировальных машинах применяются специальные компенсаторы проскальзывания. При использовании цифровых фонограмм частотный диапазон не зависит от фотографических свойств киноплёнки, а задаётся при кодировании звука. Частотный диапазон современных цифровых фонограмм соответствует другим цифровым носителям и, как правило, превышает возможности человеческого восприятия.
При изготовлении аналоговой оптической фонограммы к шумам электронного канала усиления добавляются шумы, образованные зерном кинопленки, поскольку изображение фонограммы строится зернами металлического серебра. Поэтому для улучшения отношения сигнал/шум при изготовлении фонограмм и печати фильмокопий применяются специальные мелкозернистые киноплёнки. Однако, собственные шумы фонограммы на киноплёнке неизбежны и, в сочетании с относительно небольшой шириной дорожки звукозаписи, это накладывает строгие ограничения на максимальный динамический диапазон, составляющий для большинства аналоговых фотографических фонограмм не более 40 Дб. Цифровые оптические фонограммы обладают динамическим диапазоном, задаваемым при кодировании и не зависят от киноплёнки.
Оптическая фонограмма получила наибольшее распространение в кинопоказе, так как не требует синхронизации изображения и звука, записанных на одном носителе. Кроме того, достигается бо́льшая долговечность, благодаря отсутствию размагничивания и отслоения, присущих магнитным фонограммам, получившим распространение в широкоформатных киносистемах в начале 1960-х годов. Недостатками аналоговых оптических фонограмм того времени были невысокий динамический диапазон, узкая полоса воспроизводимых частот и зависимость уровня гармонических искажений от фотографических свойств киноплёнки. Все эти недостатки устранены в современных цифровых фонограммах, пришедших на смену многодорожечным магнитным. Аналоговые оптические фонограммы современных стандартов Dolby также значительно превосходят по качеству классическую одноканальную фонограмму, позволяя записывать до 4-х каналов звука[12].
Тагефон.
