Man mano che si procede nell’incisione della spirale di solchi sulla lacca master, il raggio di incisione, ovvero la distanza dello stilo dal centro del disco, diminuisce, e possono aumentare le perdite di informazioni dovute alla riduzione del diametro di incisione e di tracciatura del solco.
Si tratta di limitazioni fisiche dovute alla progressiva riduzione della velocità periferica.
Durante l’incisione, la lacca master ruota a una velocità costante. Lo stilo incide il solco in un determinato punto, che possiamo definire come l’estremità di un segmento r (raggio d’incisione), segmento del quale l’altra estremità è il centro della lacca.
La velocità periferica indica la velocità di un punto mentre si muove lungo un percorso circolare, ad una distanza r dal centro del cerchio:
dove 2π indica la circonferenza completa (360°), r il raggio e n la velocità di rotazione della lacca. La velocità periferica in genere è espressa in cm/s, pertanto — se si usa la velocità canonica dei dischi in rpm — bisogna avere l‘accortezza di dividere per 60.
Poiché lo stilo vibra con ampiezze e frequenze che sono indipendenti sia dal raggio di incisione che dalla velocità di rotazione, man mano che il raggio diminuisce una stessa quantità di vibrazioni viene trascritta in maniera sempre più densa sulla superficie della lacca.
Questo può causare due tipi distinti di perdite che aumentano al diminuire di Vp:
- perdite in incisione: soprattutto le alte frequenze, che causano un’alta velocità del solco, vengono inevitabilmente incise in maniera meno accurata;
- perdite in tracciatura: lo stilo che traccia il solco ha più difficoltà a seguire le fitte ondulazioni dei solchi¹.
A livello fisico, la perdita c’è sicuramente. A livello acustico, il risultato può invece essere tanto o poco evidente: dipende soprattutto dal contenuto in frequenza del brano, dal raggio e dal volume di incisione. Il risultato, quando si sente, è un suono più ovattato e povero di alte frequenze.
La situazione peggiora quanto più il volume di incisione è alto, perché in tal caso aumenta anche la curvatura del solco (vedi sotto).
Questo problema è ben noto, ed essendo un fenomeno prettamente fisico, non ha altre soluzioni se non quelle di:
- organizzare l’ordine delle tracce da incidere in modo da posizionare alla fine delle facciate le tracce che vengono meno penalizzate, ad esempio tracce monostrumentali, con poche alte frequenze e/o modulazione contenuta;
- se la durata e il volume di incisione lo consentono, terminare l’incisione quando il raggio di incisione è ancora relativamente alto;
- se la durata del programma musicale ed il volume che si vuole ottenere lo consentono, incidere a 45rpm. Infatti, la velocità di rotazione più alta della lacca aumenta la velocità periferica, contrastando l’impatto della diminuzione del raggio di incisione.
Accelerazione
Un altro potenziale problema della dinamica d’incisione riguarda l’eccessiva curvatura del solco.
L’attenzione sulla curvatura viene posta perché essa non deve scendere al di sotto del raggio della punta dello stilo che traccia il solco. Se questo succede, infatti, lo stilo -- che ha una punta conica -- non rimane più perfettamente aderente alle pareti del solco e non riproduce le stesse vibrazioni dello stilo di incisione, in base alla geometria del solco stesso. Il suono prodotto, quindi, non è più fedele a quello inciso, risultando più o meno distorto.
La curvatura g è il rapporto tra il quadrato della velocità periferica Vp e l’accelerazione periferica b. La curvatura è accettabile se non scende sotto al raggio dello stilo di riproduzione.
Gli stili sferici hanno, in punta, un raggio di 15-20µ. Il che significa che toccano sempre — completamente — il fondo di un solco dritto se quest‘ultimo è largo almeno 30-40µ. E‘ una caratteristica comune praticamente a tutti gli stili in commercio.
Possiamo quindi definire g come:
b è direttamente proporzionale alla corrente fornita dall’amplificatore alle bobine e al campo magnetico, e non è in relazione con la frequenza. Entra in gioco un calcolo un po‘ più complesso, che coinvolge la legge di Lorentz. Ai fini pratici, sono calcoli che non servono a molto, anche perché bisognerebbe conoscere dei dati della testina che non sono praticamente mai noti. Ci sono però dati empirici forniti dai costruttori a cui ci si può riferire per fare dei calcoli spannometrici.
Ad esempio, la massima accelerazione teorica prodotta da un sistema con amplificatore SAL74 e testina SX74 è di 47500m/s² ad una corrente continua di 8A. Chiaramente, si tratta di un dato teorico, non raggiungibile all‘atto pratico.
Possiamo utilizzare questo dato per fare due esempi sulla curvatura del solco.
Esempio 1
Supponiamo una velocità di rotazione di 33.33rpm, un raggio di incisione di 8cm e una corrente massima di 0.5A (che può essere, ad esempio, il picco della “S” di una voce a volume medio, post equalizzazione RIAA).
La velocità periferica è:
e la curvatura del solco è:
ovvero una curvatura tracciabile senza problemi.
Esempio 2
Se la stessa incisione viene spostata verso il centro del disco (r=6cm) a volume più alto, e si ha una corrente massima di 1A, si ha:
In questo caso la curvatura è troppo stretta per poter essere tracciata correttamente dallo stilo, provocando distorsione.
Un calcolo interessante è quello con cui si ricava la corrente massima ammessa per non scendere sotto ai 15µ di curvatura minima, quando il raggio di incisione è di 6cm. Per calcolarla, dobbiamo risolvere la precedente rispetto a b, sapendo che g è in questo caso 15µ:
Si può quindi concludere che un raggio di incisione e conseguentemente una velocità periferica maggiori aumentano significativamente il valore di g, mentre una maggiore corrente (che aumenta il valore di b) lo riduce.
Anche se l’accelerazione periferica b non ha alcun legame con la frequenza, bisogna sottolineare il fatto che, quando si passa in un contesto fortemente equalizzato come quello RIAA, le correnti generate dai segnali a bassa frequenza e quelle generate dai segnali a media ed alta frequenza sono molto diverse pre- e post-equalizzazione. Questo perché l‘intensità di corrente, quando la resistenza rimane costante, è direttamente proporzionale alla tensione, e quindi all’ampiezza del segnale.
Nel caso dell‘equalizzazione RIAA, si passa da -19.6dB a 20Hz a +19.6dB a 20kHz. Di conseguenza, le frequenze medio/alte possono generare correnti abbastanza elevate per la testina, di cui va tenuto conto sia in termini di incisione vera e propria (curvatura e velocità del solco), sia in termini di surriscaldamento della testina stessa.
Fino ai primi anni ’70, le testine potevano sopportare una potenza di 100W per canale e temperature fino a 120°C circa. Successivamente, grazie all’utilizzo di nuovi materiali, si è arrivati a circa 200°C.
La testina è protetta dalla sovracorrente da un "circuit breaker" per canale. Fino ai primi anni ’70 era sufficiente limitare la potenza dell’amplificatore di incisione; successivamente all’introduzione di amplificatori molto potenti (600W per canale), in grado di causare danni irreparabili alla testina, si vide che un circuito del genere era troppo lento e quindi si sviluppò un approccio diverso, orientato alla temperatura della testina; per ragioni di circuitazione la temperatura questa viene approssimata in base alla resistenza delle bobine, che in condizioni normali (SX74) è di 4.7Ω, mentre a 200°C sale a 8.2Ω. L’uso di relè reed molto veloci (<1ms) consente di interrompere il flusso di corrente in maniera istantanea quando necessario (2).
Inoltre, la temperatura della testina può essere tenuta sotto controllo anche con un flusso regolabile di elio.
Oggi, per attenuare le componenti del segnale che possono generare picchi di corrente (“S” vocali, hi-hats analogici e simili), la prassi consolidata è quella di utilizzare uno o più de-esser nella catena di processo del segnale prima che questo arrivi all’amplificatore di incisione.
1 Larry Boden, Basic Disc Mastering, USA, 1981
2 O. Kern and E. Weiss, Essential Equipment for the Transmission of High Peak Levels in the Disk-Cutting System SAL 74/SX 74, JAES vol. 23, n° 9, USA, November 1975
Aspetti dinamici