9.3. ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ

ОСНОВЫ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗВУКОЗАПИСИ

Фотографическая запись основана на воздействии светового потока на светочувствительный слой носителя записи — киноленты (рис. 9.20, а). Электрический сигнал от микрофона через усилитель записи поступает на модулятор света Промодулированный световой поток образует на светочувствительном слое негативной ленты узкий пишущий штрих переменной ширины или переменной интенсивности. После фотохимической обработки и копирования образуется

Рис. 9.20. Схема фотографической записи звука (а) и получаемые оптические фонограммы переменной ширины (б) и переменной плотности (в)

позитивная фонограмма ПФ. При воспроизведении источник света — читающая лампа ЧЛ - с помощью оптической системы О создает в плоскости позитивной фонограммы узкий читающий штрих. Промодулированный фонограммой световой поток попадает на фотоэлемент (или фотоэлектронный умножитель).

Различают фонограмму переменной ширины (рис. 9.20, б) и переменной плотности (рис. первом случае ширина фонограммы меняется, а прозрачность остается постоянной, во втором — при неизменной ширине фонограммы меняется ее прозрачность. Преимущество способа переменной плотности — более широкая полоса частот, так как он менее критичен к точности установки пишущего штриха. Но при записи способом переменной плотности требуется тщательный подбор режима проявления, при отступлении от него увеличиваются нелинейные искажения. Кроме того, отдача фонограммы переменной плотности меньше отдачи фонограммы переменной ширины. По указанным причинам в настоящее время в подавляющем большинстве случаев используют фонограмму переменной ширины. В зависимости от конструкции модулятора света фонограмма получается односторонней (рис. 9.20, б), двусторонней (симметричной) и даже с несколькими одинаковыми дорожками.

Ширину пишущего штриха выбирают равной примерно что позволяет уменьшить нелинейные искажения записи и получить освещенность пишущего штриха порядка Это облегчает процесс записи. Ширину читающего штриха берут больше, примерно чтобы увеличить световой поток, падающий на фонограмму, и соответственно увеличить фототок.

В качестве модулятора света используют преобразователи электромеханического типа (зеркальный гальванометр, гальванометр с подвижной заслонкой, ленточный и петлевой осциллографы), электрооптического типа (с лампой тлеющего разряда или с ячейкой Керра) и электронно-лучевого типа (электронно-лучевая трубка).

ПАРАМЕТРЫ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ФОНОГРАММ

Основными параметрами фотографических фонограмм служат: коэффициент пропускания пропускание фонограммы оптическая отдача, коэффициент модуляции отношение сигнал-помеха и связанный с этим отношением динамический диапазон фонограммы.

Коэффициент пропускания — отношение прошедшего через фонограмму светового потока к падающему потоку

Логарифмической мерой коэффициента пропускания служит оптическая плотность

При при Зависимость оптической плотности от экспозиции где освещенность, время экспозиции, показана на рис. 9.21. Минимальное значение оптической плотности для неэкспонированной киноленты, при определяется вуалью.

Пропускание фонограммы усредненная величина коэффициента пропускания в пределах бесконечно узкого читающего штриха заданной (нормированной) длины Вдоль фонограммы пропускание изменяется. Оно содержит постоянную и переменную составляющие. В случае идеализированной односторонней фонограммы, у которой с записью синусоидального процесса

Рис. 9.21. Зависимость коэффициента пропускания и оптической плотности от экспозиции

Амплитуда переменной составляющей пропускания фонограммы определяет оптическую отдачу фонограммы.

Отношение амплитуды переменной составляющей к постоянной составляющей называют коэффициентом модуляции фонограммы

где максимальное и минимальное значения пропускания.

Практически невозможно получить . С учетом этого обстоятельства

Обычные значения Тогда Для увеличения оптической отдачи применяют высококонтрастную ленту.

В фонограмме переменной плотности коэффициент пропускания по ширине дорожки записи постоянен. Поэтому При неискаженной передаче синусоидального процесса

где ттах и максимальный и минимальный коэффициенты пропускания дорожки записи, коэффициент пропускания в паузе записи.

Чтобы фонограмма переменной плотности не вносила нелинейных искажений, необходима прямо пропорциональная зависимость плотности от экспозиции, но такая зависимость фактически нелинейна (см. рис. 9.21). Правда, нелинейности негативного и позитивного процессов взаимно обратны. Поэтому происходит частичная компенсация нелинейных искажений. Степень компенсации сильно зависит от режима фотохимической обработки, поэтому обеспечить приемлемый коэффициент гармоник довольно трудно и способу записи с фонограммой переменной плотности свойственны заметные нелинейные искажения.

Рис. 9.22. К объяснению оптических характеристик односторонней фонограммы переменной ширины; штриховой линией показаны различные положения читающего штриха

ПОМЕХИ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЙ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ

Помехи фотографической записи в значительной мере определяются зернистостью фотографической эмульсии. Она вызывает случайные изменения пропускания фонограммы Изменения пропускания оценивают величиной

где а — площадь зерна, площадь читающего штриха, среднее значение коэффициента пропускания в пределах читающего штриха.

Примем в соответствии с действительностью длину и ширину читающего штриха 2,15 и Тогда Пусть а Для оптической фонограммы переменной ширины В паузе зачернена половина дорожки записи. Поэтому

Царапины и грязь уменьшают отношение до Для фонограммы переменной плотности Путем применения шумоподавителя отношение улучшают примерно в 2,5 раза (на

Принцип действия шумоподавителя: выпрямленное напряжение сигнала управляет положением заслонки (маски) модулятора света так, что ширина дорожки в паузе при сигналах небольшого уровня минимальна. Благодаря этому шум в паузе и при сигналах малого уровня уменьшается. Чтобы автоматическое регулирование ширины дорожки не создавало ощущения искажений, длительность перехода от минимальной ширины дорожки к максимальной (время открытия) должна составлять а длительность обратного перехода (время закрытия) .

При формировании фонограммы переменной плотности управляющее напряжение смещает рабочую точку на характеристике негативного процесса в сторону меньших экспозиций при записи сигналов небольшого уровня, что уменьшает коэффициент пропускания позитивной фонограммы и тем самым уменьшает влияние загрязненности фонограммы в процессе эксплуатации фонограммы.

Щелевые искажения возникают вследствие конечной ширины читающего штриха. В результате усредняются (интегрируются)

Рис. 9.23. Заплывание фотографической фонограммы (а) и компенсация этого искажения при печати позитива (б), многодорожечная оптическая фонограмма (в)

быстрые изменения светового потока фонограммы, соответствующие высоким частотам записи. Коэффициент щелевых искажений

где ширина штриха, К — длина волны записанных колебаний.

Пусть скорость движения фонограммы Тогда

Для уменьшения щелевых искажений нужно сужать читающий штрих. Но при этом уменьшается чувствительность воспроизводящего устройства и более резко проявляется непараллельность пишущего и читающего штрихов. Компромиссом является ширина читающего штриха

Искажения заплывания обусловлены появлением на границах дорожки записи фотографической фонограммы переменной ширины зон с переходной оптической плотностью, возникновение которых вызвано светорассеянием внутри толщи слоя эмульсии (рис. 9.23, в). Заплывание проявляется тем сильнее, чем короче длина волны записи, и приводит, как и щелевые искажения, к ухудшению передачи высокочастотных составляющих, а также к появлению четных гармоник. Искажения заплывания негативной фонограммы в некоторой степени компенсируются при печати позитивной фонограммы (рис. 9.23, б). Искажения заплывания значительно уменьшаются при использовании многодорожечной фонограммы (рис. 9.23, в).

Искажения из-за неточной настройки читающего штриха вызваны тремя причинами: неточной фокусировкой светового луча, при этом в плоскости фонограммы не образуется четко очерченного штриха, что равносильно расширению штриха; неравномерностью освещенности по длине штриха, что приводит к Нелинейным искажениям; непараллельностью пишущего и читающего штрихов, что также эквивалентно расширению читающего штриха. Спад АЧХ на верхних частотах, обусловленный непараллельностью штрихов, определяется коэффициентом перекоса.

где максимальная ширина дорожки записи (длина пишущего штриха), а — угол перекоса штрихов.

Пусть ширина штриха максимальная ширина дорожки записи (для фонограммы на киноленте), угол перекоса чему соответствует длина волны записи при скорости Коэффициент перекоса составит

РАЗМЕЩЕНИЕ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ФОНОГРАММЫ НА КИНОЛЕНТЕ

Практически используются киноленты шириной. 70; 35; 17,5; 16 и 8 мм, причем фотографическая фонограмма предусмотрена только на лентах шириной (последняя типа Супер). Расположение дорожек показано на рис. 9.24. Размеры и расположение дорожек для лент шириной определены и для лент шириной Скорости движения фотографических фонограмм кинофильмов равны соответственно при частоте проекции 24 кадра в секунду, принятой в кинематографе, и при частоте проекции 25 кадров в секунду, принятой в телевизионном вещании (см. табл. 9.13).

Таблица 9.13. (см. скан) Номинальные скорости движения киноленты при записи и воспроизведении звука

Рис. 9.24. Размещение фотографической фонограммы на киноленте шириной

Поскольку проекция изображения осуществляется при скачкообразном движении киноленты, а воспроизведение фонограммы должно осуществляться при непрерывном движении ленты, изображение и звук сдвинуты относительно друг друга так, что фонограмма опережает центр относящегося к нему изображения на 21 ±0,5 кадра на ленте, на кадра на ленте и на кадр на ленте Супер-8. При движении лента смещается влево вправо от направления перемещения. Чтобы это не нарушало воспроизведения фонограммы, длину читающего штриха устанавливают несколько больше максимальной ширины дорожки записи, например для фонограммы на

Фотографическая фонограмма, как правило, используется лишь в массовых копиях кинофильмов. Все предварительные и промежуточные процессы записи звука ведутся магнитным способом (см. § 9.4).