RIAA-Entzerrung – Wikipedia

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Spezifikation für die Aufnahme und Wiedergabe von Schallplatten

Die RIAA-Entzerrungskurve für die Wiedergabe von Schallplatten. Die Aufnahmekurve führt die inverse Funktion aus, indem sie tiefe Frequenzen reduziert und hohe Frequenzen anhebt.
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RIAA-Entzerrung ist eine Spezifikation für die Aufnahme und Wiedergabe von Schallplatten, die von der Recording Industry Association of America (RIAA) aufgestellt wurde. Der Zweck der Entzerrung besteht darin, längere Aufnahmezeiten zu ermöglichen (durch Verringern der mittleren Breite jedes Grooves), die Klangqualität zu verbessern und den Groove-Schaden zu reduzieren, der ansonsten während der Wiedergabe auftreten würde.

Die RIAA-Entzerrungskurve sollte als a de facto weltweiter Industriestandard für Aufzeichnungen seit 1954, aber wann die Änderung tatsächlich stattfand, ist schwer zu bestimmen.[1]

Zuvor, insbesondere ab 1940, hat jede Plattenfirma ihre eigene Entzerrung angewendet; über 100 Kombinationen von Turnover- und Rolloff-Frequenzen wurden verwendet, die wichtigsten waren Columbia-78, Decca-US, European (verschieden), Victor-78 (verschieden), Associated, BBC, NAB, Orthacoustic, World, Columbia LP, FFRR -78 und Microgroove und AES. Die offensichtliche Folge war, dass unterschiedliche Wiedergabeergebnisse erzielt wurden, wenn die Aufnahme- und Wiedergabefilterung nicht aufeinander abgestimmt war.

Die RIAA-Kurve[edit]

RIAA-Entzerrung ist eine Form der Preemphasis bei der Aufnahme und der Deemphasis bei der Wiedergabe. Bei einer Aufnahme werden die tiefen Frequenzen reduziert und die hohen Frequenzen verstärkt, und bei der Wiedergabe tritt das Gegenteil ein. Das Endergebnis ist ein flacher Frequenzgang, jedoch mit Dämpfung von hochfrequenten Geräuschen wie Zischen und Klicken, die vom Aufnahmemedium herrühren. Die Reduzierung der niedrigen Frequenzen begrenzt auch die Auslenkungen, die der Fräser beim Fräsen einer Nut machen muss. Die Rillenbreite wird somit reduziert, wodurch mehr Rillen in einen gegebenen Oberflächenbereich passen, was längere Aufzeichnungszeiten ermöglicht. Dadurch werden auch physische Belastungen des Stifts reduziert, die sonst bei der Wiedergabe zu Verzerrungen oder Rillenschäden führen könnten.

Ein potenzieller Nachteil des Systems besteht darin, dass das Rumpeln des Antriebsmechanismus des Wiedergabe-Plattenspielers durch die Niederfrequenzanhebung, die bei der Wiedergabe auftritt, verstärkt wird. Die Spieler müssen daher darauf ausgelegt sein, das Rumpeln zu begrenzen, mehr als wenn kein RIAA-Ausgleich stattgefunden hätte.

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Die RIAA-Wiedergabeentzerrung ist kein einfacher Tiefpassfilter. Es definiert Übergangspunkte an drei Stellen: 75 µs, 318 µs und 3180 µs, was 2122 Hz, 500 Hz und 50 Hz (gerundete Werte) entspricht.[2]

Mathematisch wird die Preemphasis-Übertragungsfunktion wie folgt ausgedrückt, wobei T2=318 μs usw.:[3]

Diese Eigenschaft zu implementieren ist nicht besonders schwierig, aber aufwendiger als ein einfacher Verstärker.[4] In der Vergangenheit hatten fast alle HiFi-Vorverstärker, Vollverstärker und Receiver einen eingebauten Phono-Vorverstärker mit RIAA-Charakteristik; Bei modernen Designs, die nur die Wiedergabe über CD unterstützen, kann der Phono-Vorverstärker entfallen. Add-on-Phono-Vorverstärker mit der RIAA-Entzerrungskurve sind erhältlich; Diese passen einen magnetischen Tonabnehmer an einen unsymmetrischen -10 dBv-Consumer-Line-Level-Cinch-Eingang an. Einige moderne Plattenspieler verfügen über eine eingebaute Vorverstärkung nach dem RIAA-Standard. Für die verschiedenen Entzerrungskurven, die bei Schallplatten vor 1954 verwendet werden, sind auch spezielle Vorverstärker erhältlich.

Digitale Audio-Editoren bieten oft die Möglichkeit, Audio-Samples mit Standard- und benutzerdefinierten Entzerrungskurven zu entzerren, wodurch bei der Audioaufnahme mit einem Computer kein dedizierter Hardware-Vorverstärker erforderlich ist. Dies kann jedoch einen zusätzlichen Schritt bei der Verarbeitung eines Samples hinzufügen und die Audioqualitätsmängel der Soundkarte verstärken, die zum Erfassen des Signals verwendet wird.

Geschichte[edit]

Ursprünge der Prä-Emphasis[edit]

Die Entzerrungspraxis für elektrische Aufzeichnungen stammt aus den Anfängen der Technik. 1926 offenbarten Joseph P. Maxwell und Henry C. Harrison von den Bell Telephone Laboratories, dass das Aufzeichnungsmuster des Western Electric “Gummilinien”-Magnetscheibenschneiders eine Konstantgeschwindigkeitscharakteristik hatte. Dies bedeutete, dass mit zunehmender Frequenz in den Höhen die Aufnahmeamplitude abnahm. Umgekehrt steigt im Bass mit abnehmender Frequenz die Aufnahmeamplitude. Daher war es notwendig, die Bassfrequenzen unterhalb von etwa 250 Hz, dem Bassumkehrpunkt, in dem verstärkten Mikrofonsignal, das dem Aufnahmekopf zugeführt wird, zu dämpfen. Andernfalls wurde die Bassmodulation übermäßig und es kam zu Überschneidungen, wobei der Cutter in die nächste Plattenrille gelangte. Bei elektrischer Wiedergabe mit einem magnetischen Tonabnehmer mit einer sanften Ansprache im Bassbereich war eine komplementäre Anhebung der Amplitude am Bassumkehrpunkt erforderlich. GH Miller berichtete 1934, dass die Wiedergabe realistischer war und viele der Musikinstrumente in ihrer wahren Form hervortraten, wenn eine zusätzliche Verstärkung am Umschlagpunkt in Radiosendungen von Schallplatten verwendet wurde.

West im Jahr 1930 und später PGH Voight (1940) zeigten, dass die frühen Kondensatormikrofone im Wente-Stil zu einer 4- bis 6-dB-Mitteltonbrillanz oder Pre-Emphasis in der Aufnahmekette beitrugen. Dies bedeutete, dass die elektrischen Aufnahmeeigenschaften von Western Electric-Lizenznehmern wie Columbia Records und Victor Talking Machine Company eine höhere Amplitude im Mitteltonbereich aufwiesen. Brillanz wie diese kompensierte die Stumpfheit vieler früher magnetischer Tonabnehmer mit herabhängender Mitten- und Höhenansprache. Infolgedessen war diese Praxis der empirische Beginn der Verwendung von Preemphasis über 1.000 Hz in 78 und 331/3 Drehzahlrekorde, etwa 29 Jahre vor der RIAA-Kurve.

Im Laufe der Jahre hat sich eine Vielzahl von Verfahren zur Schallplattenentzerrung ohne Industriestandard herausgebildet. In Europa zum Beispiel erforderten Aufzeichnungen viele Jahre lang eine Wiedergabe mit einer Bass-Turnover-Einstellung von 250 bis 300 Hz und einem Höhen-Rolloff bei 10.000 Hz im Bereich von 0 bis –5 dB oder mehr. In den Vereinigten Staaten variierten die Praktiken und es entstand die Tendenz, höhere Bassumwandlungsfrequenzen wie etwa 500 Hz sowie einen größeren Höhen-Rolloff wie etwa –8,5 dB und mehr zu verwenden. Der Zweck war, höhere Modulationspegel auf der Platte aufzuzeichnen.

Standardisierung[edit]

Beweise aus der frühen technischen Literatur zur elektrischen Aufzeichnung legen nahe, dass ernsthafte Bemühungen zur Standardisierung der Aufzeichnungseigenschaften innerhalb einer Branche erst 1942–1949 unternommen wurden. Vor dieser Zeit wurde die elektrische Aufzeichnungstechnologie von Unternehmen zu Unternehmen als geschützte Kunst angesehen, bis hin zu der von Columbia und Victor 1925 verwendeten Western Electric-Lizenzmethode. Zum Beispiel unterschied sich das, was Brunswick-Balke-Collender (Brunswick Corporation) tat, von Victors Praktiken.

Die Sender mussten sich täglich an die unterschiedlichen Aufnahmeeigenschaften vieler Quellen anpassen – verschiedene Hersteller von “Homerecordings”, die der Öffentlichkeit leicht zugänglich waren, europäische Aufnahmen, Transkriptionen mit seitlichem Schnitt und Transkriptionen mit vertikalem Schnitt. 1942 begannen die Bemühungen um eine Standardisierung innerhalb der National Association of Broadcasters (NAB), die später als National Association of Radio and Television Broadcasters bekannt wurde. Die NAB gab unter anderem 1942 und 1949 Aufnahmenormen für seitlich und vertikal geschnittene Schallplatten, hauptsächlich Transkriptionen, heraus. Eine Reihe von Plattenproduzenten mit 78 U/min sowie frühen LP-Herstellern haben ihre Platten ebenfalls auf den NAB-Querstandard geschnitten.

Die seitlich geschnittene NAB-Kurve war der NBC Orthacoustic-Kurve bemerkenswert ähnlich, die sich seit Mitte der 1930er Jahre aus der Praxis der National Broadcasting Company entwickelte. Empirisch und nicht durch irgendeine Formel könnte das Bassende des Audiospektrums unterhalb von 100 Hz etwas angehoben werden, um Systembrummen und Plattenspieler-Grumpelgeräusche zu überschreiben. Ebenso am Höhenende ab 1.000 Hz, wenn die Tonfrequenzen bei 10.000 Hz um 16 dB angehoben wurden, waren trotz der hohen Geräuschkulisse von Schellackscheiben die zarten Zischlaute der Sprache und die hohen Obertöne von Musikinstrumenten zu hören. Bei der Wiedergabe der Platte mit einer komplementären inversen Kurve (Deemphasis) wurde das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und die Programmierung klang lebensechter.

In einem verwandten Bereich wurde um 1940 eine Höhenvorverzerrung ähnlich der in der NBC Orthacoustic-Aufzeichnungskurve verwendeten erstmals von Edwin Howard Armstrong in seinem System der Frequenzmodulation (FM) im Rundfunk verwendet. UKW-Radioempfänger, die Armstrong-Schaltungen und Höhen-Deemphasis verwenden, würden eine qualitativ hochwertige Audioausgabe mit breitem Bereich mit niedrigem Rauschpegel liefern.

Als die Columbia LP im Juni 1948 veröffentlicht wurde, veröffentlichten die Entwickler anschließend technische Informationen zum 331/3 U/min, Microgroove, Langspielplatte.[5] Columbia offenbarte eine Aufnahmecharakteristik, die zeigt, dass sie der NAB-Kurve in den Höhen ähnelt, jedoch unter etwa 150 Hz mehr Bassverstärkung oder Preemphasis aufweist. Die Autoren offenbarten elektrische Netzwerkeigenschaften für die Columbia LP-Kurve. Dennoch basierte die Kurve noch nicht auf mathematischen Formeln, zumindest nicht explizit.

Im Jahr 1951, zu Beginn der Popularität von High Fidelity (Hi-Fi) nach dem Zweiten Weltkrieg, entwickelte die Audio Engineering Society (AES) eine Standard-Wiedergabekurve.[6] Dies war für die Verwendung durch HiFi-Verstärkerhersteller vorgesehen. Wenn Schallplatten mit der AES-Kurve auf HiFi-Verstärkern gut klingen würden, wäre dies ein lohnendes Ziel in Richtung Standardisierung. Diese Kurve wurde durch die Übergangsfrequenzen von Audiofiltern definiert und hatte einen Pol bei 2,5 kHz (ca. 63,7 µs) und eine Null bei 400 Hz (ca. 397,9 µs).

RCA Victor und Columbia befanden sich in einem “Marktkrieg”, in dem es darum ging, welches Aufnahmeformat gewinnen würde: die Columbia LP gegen die RCA Victor 45 U/min Disc (veröffentlicht im Februar 1949). Abgesehen davon, dass es auch ein Kampf zwischen Disc-Größe und Aufnahmegeschwindigkeit war, gab es einen technischen Unterschied in den Aufnahmeeigenschaften. RCA Victor verwendete “New Orthophonic”, während Columbia ihre eigene LP-Kurve verwendete.

Letztendlich wurde die New Orthophonic Curve 1953 in einer Veröffentlichung von RC Moyer von RCA Victor offenbart;[7] zusätzliche Hintergrundinformationen zu dieser Entwicklung finden sich auch in einem anderen Artikel desselben Autors, der 1957 veröffentlicht wurde.[8] Er führte die RCA Victor-Eigenschaften auf den Western Electric “Rubber Line”-Recorder von 1925 bis in die frühen 1950er Jahre zurück und behauptete dabei auf langjährige Aufnahmepraktiken und Gründe für große Veränderungen in den Jahren dazwischen. Die RCA Victor New Orthophonic-Kurve lag innerhalb der Toleranzen für die NAB/NARTB-, Columbia LP- und AES-Kurven. Es wurde schließlich der technische Vorgänger der RIAA-Kurve.

Zwischen 1953 und 1956 (vor der Stereo-LP im Jahr 1958) übernahmen mehrere Normungsgremien auf der ganzen Welt dieselbe Wiedergabekurve – identisch mit der RCA Victor New Orthophonic-Kurve –, die auf dem nationalen und internationalen Plattenmarkt zum Standard wurde.[9] Obwohl diese Standards alle identisch waren, wurde jedoch kein universeller Name verwendet. Einer der Standards wurde einfach “RIAA” genannt, und es ist wahrscheinlich, dass dieser Name schließlich angenommen wurde, weil er einprägsam war.

Einige Nischen-Schallplattenschneider verwendeten möglicherweise noch bis in die 1970er Jahre andere EQ-Kurven als die RIAA-Kurve. Als Ergebnis produzieren einige Audiohersteller heute Phono-Equalizer mit wählbaren EQ-Kurven, einschließlich Optionen für Columbia LP, Decca, CCIR und TELDECs Direct Metal Mastering.

Die verbesserte RIAA-Kurve[edit]

Der offizielle RIAA-Standard definiert drei Zeitkonstanten mit einer Preemphase, die auf unbestimmte Zeit über 75 μs ansteigt, was in der Praxis jedoch nicht möglich ist. Als der RIAA-Entzerrungsstandard geschrieben wurde, legten die inhärenten Bandbreitenbeschränkungen des Aufnahmegeräts und des Schneidverstärkers ihre eigene endgültige Obergrenze für die Vorverzerrungscharakteristik fest, so dass keine offizielle Obergrenze in die RIAA-Definition aufgenommen wurde.

Moderne Systeme haben eine viel größere potenzielle Bandbreite. Ein wesentliches Merkmal aller Schneidverstärker – auch der Neumann-Schneidverstärker – ist ein erzwungener Hochfrequenz-Roll-Off oberhalb des Audiobandes (>20 kHz). Dies impliziert zwei oder mehr zusätzliche Zeitkonstanten zu den durch die RIAA-Kurve definierten. Dies ist nirgendwo genormt, sondern vom Hersteller des Schneidverstärkers und der dazugehörigen Elektronik eingestellt.

Die sogenannte “Enhanced RIAA”-Kurve oder “eRIAA”-Kurve versucht, diese inoffiziellen Zeitkonstanten bei der Wiedergabe komplementär zu korrigieren.

Hintergrund[edit]

1995 schlug eine nichtakademische Quelle irrtümlicherweise vor, dass Neumann-Schneidverstärker einen einzelnen Hochfrequenzpol bei 3,18 μs (etwa 50 kHz) anlegten und daher bei der Wiedergabe eine komplementäre Null enthalten sollte.[10] Ein solcher Pol existiert jedoch nicht.[11]

So erreicht beispielsweise die RIAA-Preemphasis im beliebten Neumann SAB 74B-Equalizer ein Maximum bei 100 kHz, und darüber hinaus wendet die Schaltung bei 49,9 kHz einen Roll-Off zweiter Ordnung an, implementiert von einem Butterworth (maximal flach). Aktivfilter, plus ein zusätzlicher Pol bei 482 kHz.[2] Dies kann nicht durch eine einfache Null ausgeglichen werden, selbst wenn es notwendig wäre, und in jedem Fall werden andere Verstärker anders sein. Eine Korrektur bei der Wiedergabe ist in der Tat nicht erforderlich, da sie in der Schneidephase berücksichtigt wird, wenn eine manuelle Entzerrung angewendet wird, während die anfänglichen Schnitte auf einem Standard-RIAA-Wiedergabesystem überwacht werden. Nichtsdestotrotz bleibt die Verwendung der fehlerhaften Null unter Amateur-Enthusiasten Gegenstand einiger Diskussionen.

Viele gängige Phono-Vorverstärker-Designs, die eine negative Rückkopplungsentzerrung verwenden, enthalten eine unbeabsichtigte Nullstelle bei hohen Frequenzen, ähnlich dem von Wright vorgeschlagenen. Dies wurde beispielsweise in der bahnbrechenden Arbeit zur RIAA-Wiedergabeentzerrung von 1980 von Lipshitz/Jung veranschaulicht.[12] obwohl es als unerwünscht vermerkt wurde. Einige Phono-Vorverstärker enthalten zusätzliche Schaltungen, um dies zu korrigieren und sicherzustellen, dass der Ausgang der RIAA-Kurve genau folgt.[11] In den meisten Fällen wird jedoch darauf verzichtet.

IEC RIAA-Kurve[edit]

1976 wurde von der International Electrotechnical Commission eine alternative Version der Wiedergabekurve (aber nicht die Aufnahmekurve) vorgeschlagen, die sich von der RIAA-Wiedergabekurve nur durch einen zusätzlichen Pol bei 7950 μs (ca. 20 Hz) unterscheidet.[13] Die Begründung war, die Unterschallleistung des Phono-Verstärkers zu reduzieren, die durch Disk Warp und Turntable-Rumble verursacht wird.

Diese sogenannte IEC-Änderung der RIAA-Kurve wird nicht allgemein als wünschenswert angesehen, da sie während der Wiedergabe erhebliche Amplituden- und – noch besorgniserregender – Phasenfehler in den Niederfrequenzgang einbringt. Der einfache Roll-Off erster Ordnung bewirkt auch nur eine sehr geringe Reduzierung des Rumpelns,[11] und viele Hersteller sind der Meinung, dass Plattenspieler-, Arm- und Tonabnehmerkombinationen von ausreichender Qualität sein sollten, damit keine Probleme auftreten.

Einige Hersteller folgen der IEC-Norm, andere nicht, während der Rest diese IEC-RIAA-Option vom Benutzer auswählbar macht. 35 Jahre später wird darüber noch diskutiert.[2] Diese IEC-Änderung wurde jedoch im Juni 2009 zurückgezogen.

TELDEC/DIN-Kurve[edit]

Telefunken und Decca gründeten eine Plattenfirma (Teldec), die eine Eigenschaft nutzte, die im Juli 1957 auch für deutsche DIN-Normen vorgeschlagen wurde (Entwurf DIN 45533, DIN 45536 und DIN 45537). Dieser Normenvorschlag definierte übrigens genau das gleiche Merkmal wie die bis etwa Mitte 1959 gültige Zwischenempfehlung Nr , und DIN 45537:1959), also zu einer Zeit, als die RIAA-Kennlinie bereits etabliert war; und galt bis November 1962, als das deutsche DIN schließlich die RIAA-Kennlinie (DIN 45536:1962 und DIN 45537:1962) übernahm. Der Umfang der Nutzung des Teldec-Merkmals ist jedoch unklar.

Die Zeitkonstanten der Teldec-Kennlinie betragen 3180 µs (ca. 50 Hz), 318 µs (ca. 500 Hz) und 50 µs (ca. 3183 Hz) und unterscheiden sich damit nur im dritten Wert von den entsprechenden RIAA-Werten.[14] Obwohl die Teldec-Charakteristik der RIAA-Charakteristik nahe kommt, ist sie so unterschiedlich, dass Aufnahmen mit ersterer aufgenommen und mit letzterer wiedergegeben werden, um etwas dumpf zu klingen.[15]

Verweise[edit]

Anmerkungen
  1. ^ Copeland, Peter (September 2008). HANDBUCH FÜR ANALOGE SCHALLWIEDERHERSTELLUNGSTECHNIKEN S.148 (PDF). London: Die Britische Bibliothek. Archiviert von das Original (PDF) am 09.04.2011.
  2. ^ ein B C „Cut and Thrust: RIAA LP Equalization“ von Keith Howard, Stereophile, Vol. 32, Nr. 3, März 2009, S. 53–62 http://www.stereophile.com/features/cut_and_thrust_riaa_lp_equalization/index.html
  3. ^ “Cut and Thrust: RIAA LP Equalization Der Neumann 4. Pol (sic)”.
  4. ^ ‘On RIAA Equalization Networks’ von Stanley P. Lipshitz, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 2, No. 27, Nr. 6, Juni 1979, S. 458–481.
  5. ^ ‘The Columbia Long-Playing Microgroove Recording System’ von PC Goldmark, R. Snepvangers und WS Bachman, Proceedings of the IRE, Vol. 2, No. 37, Nr. 8, August 1949, S. 923–927.
  6. ^ ‘AES Standard Playback Curve’, Audio Engineering, Vol. 2, No. 35, Nr. 1, Januar 1951, S. 22 und 45.
  7. ^ ‘Evolution einer Aufnahmekurve’ von RC Moyer, Audio Engineering, Vol. 2, No. 37, Nr. 7, Juli 1953, S. 19–22 und 53–54.
  8. ^ ‘Standard Disc Recording Characteristic’ von RC Moyer, RCA Engineer, Vol. 2, No. 3, Nr. 2, Oktober-November 1957, S. 11–13.
  9. ^ ‘Disc Playback Characteristics’, Letter to the Editor von JD Collinson, Wireless World, Vol. 2, No. 62, Nr. 4, April 1956, p. 171.
  10. ^ “The Tube Preamp Cookbook” A. Wright, Vacuum State Electronics, 1995 http://tubeamps.webs.com/1997_The_Tube_Preamp_Cookbook_Allen_Wright.pdf
  11. ^ ein B C “Small Signal Audio Design” D. Self, Elsevier, 2010.
  12. ^ „A High Accuracy Inverse RIAA Network“ von Stanley P. Lipshitz und Walt Jung, The Audio Amateur, Issue 1/1980, S. 22–24.
  13. ^ Änderung Nr. 4 zu „Processed Disk Records and Reproduktionsgeräte“ (IEC 60098, 2. Ausgabe, Januar 1964), IEC-Publikation 60098/AMD4, Genf, Schweiz, September 1976 (zurückgezogen im Juni 2009).
  14. ^ http://www.vinylengine.com/cartridge_database_record_equalization.php
  15. ^ http://pspatialaudio.com/record_characters.htm
Literaturverzeichnis
  • Powell, James R., Jr. Der technische Leitfaden für Audiophile zu 78 RPM-, Transkriptions- und Microgroove-Aufnahmen. 1992; Grammophon-Abenteuer, Portage, MI. ISBN 0-9634921-2-8
  • Powell, James R., Jr. Übertragungs-Transkriptions-Discs. 2001; Grammophon-Abenteuer, Portage, MI. ISBN 0-9634921-4-4
  • Powell, James R., Jr. und Randall G. Stehle. Equalizer-Einstellungen für die Wiedergabe für Aufnahmen mit 78 U/min. Zweite Ausgabe. 1993, 2001; Grammophon-Abenteuer, Portage, MI. ISBN 0-9634921-3-6

Externe Links[edit]

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