Оптическая запись звука

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Опти́ческая за́пись зву́ка — оптическая запись, осуществляемая в результате фотографического процесса изменением оптической плотности носителя записи в соответствии с сигналами записываемого звука[1]. Наибольшее распространение получила оптическая звукозапись на движущейся светочувствительной киноплёнке. 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:

  • фотографическим способом на киноплёнке, путём копирования с аналоговой или цифровой фонограмм, полученных в результате перезаписи при озвучении фильма. После проявления получается негатив фонограммы, представляющий собой полоски переменной ширины (плотности) или набор штрихов цифровых данных, состоящие из металлического серебра. Полученный негатив в дальнейшем используется для печати совмещённого дубльнегатива;
  • при гидротипной технологии печати цветных фильмокопий оптическая фонограмма печатается на бланкфильме и также состоит из металлического серебра, в отличие от изображения, состоящего из красителей, наносимых на бланкфильм матрицами.

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.

Аналоговые оптические фонограммы переменной плотности (слева) и переменной ширины (справа)
Совмещённая фильмокопия с цифровыми и аналоговой оптическими фонограммами

Методы записи аналоговой фонограммы[править | править исходный текст]

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[2]. 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[3].

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»[9]. 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[10]. 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»[10]. 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.

Воспроизведение фонограммы[править | править исходный текст]

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[11].

Серебряная и «циановая» фонограммы[править | править исходный текст]

Использование в звукочитающих системах кинопроекторов фотоэлемента делало наиболее предпочтительной фонограмму, состоящую из металлического серебра чёрно-белой киноплёнки[5]. 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[12]. 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)[5][11]. 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[13]. 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.

Разновидности аналоговых фонограмм[править | править исходный текст]

На сегодняшний день используются три основных типа аналоговых оптических фонограмм[14]:

  • Монофоническая — классическая оптическая фонограмма, существующая в неизменном виде с появления звукового кинематографа. Такая фонограмма может представлять собой одну, две и более дорожек переменной ширины, на которых записан один канал звука. Фонограммы переменной плотности в настоящее время не используются;
  • Dolby A — двухканальная стереофонограмма с шумопонижением по системе Dolby;
  • Dolby SR (англ. Spectral Recording) — четырёхканальная фонограмма, записываемая с уплотнением на двух дорожках, аналогичных Dolby A. Возможно получение дополнительного пятого канала[14]. В случае отсутствия процессора, поддерживающего стандарт Dolby SR, фонограмма воспроизводится как стереофоническая;

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[15].

Многоканальные фонограммы[править | править исходный текст]

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.

Цифровые оптические фонограммы[править | править исходный текст]

Первым цифровым форматом кинематографического звука стал CDS (англ. Cinema Digital Sound), разработанный компанией Optical Radiation Corporation совместно с Kodak в 1990 году[16]. 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[16]. 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.

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[править | править исходный текст]

В 1991 году компания Dolby Laboratories разработала цифровую технологию оптической записи и воспроизведения многоканального звука для 35-мм киноплёнки Dolby Digital[17]. 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.[18] Дополнительно к многоканальности, оптическая цифровая запись Dolby Digital обеспечивает большой динамический диапазон, широкую полосу частот, низкий уровень гармонических искажений и повышенную износоустойчивость фонограммы.[19] 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[20]. 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[17].

SDDS[править | править исходный текст]

Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) — цифровая система многоканального звука фирмы «Сони». Впервые система была использована для записи звука картины «Последний киногерой» в 1993 году[17]. 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)[17]. 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[17].

Частотные характеристики[править | править исходный текст]

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[21]. 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.

Заплывание фонограммы[править | править исходный текст]

В процессе производства и копирования оптической фонограммы неизбежно накопление искажений, связанных с так называемым заплыванием фонограммы[22]. Причиной заплывания является появление области переменной оптической плотности («каймы») вокруг резких границ дорожки, которая в идеальном случае должна представлять собой штриховое, а не полутоновое изображение. Заплывание приводит к появлению гармонических искажений и снижению качества звука. Для уменьшения эффектов, связанных с заплыванием используется компенсационный режим записи и копирования фотографической фонограммы, предусматривающий внесение предыскажений в записываемый сигнал и оптимизацию режимов копирования и фотографической обработки[22]. Кроме того, подбирается оптимальная компенсационная плотность дорожки фонограммы, снижающая искажения при воспроизведении.

Шумы и динамический диапазон[править | править исходный текст]

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.

Преимущества и недостатки[править | править исходный текст]

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[14].

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 3 ГОСТ 13699-91, 1992, с. 114
  2. Киносъёмочная техника, 1988, с. 194
  3. Дмитрий Масуренков Кинематограф. Искусство и техника (рус.) // «MediaVision» : журнал. — 2011. — № 9. — С. 60.
  4. Кинопроекционная техника, с. 71
  5. 1 2 3 4 ГОСТ 13699-91, 1992, с. 115
  6. АУДИОИСКУССТВА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ. ЗАПИСЬ ЗВУКА
  7. Тагер, Павел Григорьевич. Статья на сайте НИКФИ
  8. С. М. Провонов «Кинопроекционная техника» Часть 1, стр 70
  9. Основы фильмопроизводства, 1975, с. 384
  10. 1 2 Киносъёмочная техника, 1988, с. 195
  11. 1 2 Сергей Алёхин Звуковое оборудование кинотеатра (рус.) // «Техника и технологии кино» : журнал. — 2006. — № 5.
  12. Кинофотопроцессы и материалы, 1980, с. 138
  13. Современный российский кинотеатр, 2010, с. 23
  14. 1 2 3 Сергей Алёхин Звуковое оборудование кинотеатра (рус.) // «Техника и технологии кино» : журнал. — 2006. — № 3.
  15. Кинопроекция в вопросах и ответах, 1971, с. 46
  16. 1 2 О многоканальном звуковоспроизведении, 2008, с. 14
  17. 1 2 3 4 5 О многоканальном звуковоспроизведении, 2008, с. 15
  18. «Домашний кинотеатр» и технологии Dolby Laboratories. Г. Высоцкий САТПРО ноябрь 2000 г.
  19. Эволюция кинозвука. Часть 1. Технология «Киномеханик», № 6, 1999 lby]
  20. Современный российский кинотеатр, 2010, с. 24
  21. Кинопроекционная техника, с. 78
  22. 1 2 ГОСТ 13699-91, 1991, с. 116

Литература[править | править исходный текст]

  • Б. Коноплев Основы фильмопроизводства. — 2-е изд. — М.,: "Искусство", 1975. — 448 с.
  • Голдовский Е. М. Кинопроекция в вопросах и ответах. — М.,: «Искусство», 1971. — С. 46. — 225 с.

Ссылки[править | править исходный текст]