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.
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 solchi(1).
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. Gli stili di riproduzione sferici hanno, in punta, un raggio medio di 15-20µ.
La curvatura g è il rapporto tra il quadrato della velocità periferica Vp e l’accelerazione periferica b. Minore è la curvatura, più difficile sarà tracciare il solco.
b è direttamente proporzionale alla corrente fornita dall’amplificatore alle bobine e non è in relazione con la frequenza.
Con testine Neumann SX74, o testine simili come caratteristiche elettromagnetiche, b si può approssimare in 2.96m/s² ogni 500mA di corrente fornita dall’amplificatore.
In base alla definizione di g, si può quindi concludere che un raggio di incisione maggiore e una velocità di riproduzione maggiore aumentano significativamente (poiché Vp è al quadrato) il valore di g, mentre una maggiore corrente (che aumenta il valore di b) lo riduce.
Esempio 1
Con una velocità di rotazione di 33.33rpm, un raggio di incisione di 10cm, e una corrente di 1A (che può essere, ad esempio, il picco della “S” di una voce se il volume di incisione è medio/alto, amplificato dalla curva RIAA inversa) si ottiene:
ovvero una curvatura tracciabile senza problemi.
Note:
- il calcolo di Vp presenta una divisione per 60, in quanto il dato 33.33 rpm è riferito ai giri al minuto, ma la velocità è in cm/s;
- per quanto riguarda il calcolo di g, 5.92 è 2.96*2m/s², perché la corrente è di 1A, cioè il doppio dei 500mA a cui corrisponde l’accelerazione di 2.96m/s²;
- la moltiplicazione per 10^7 serve a convertire il risultato da cm a µ (1µ=1mm/1000), e ha potenza positiva perchè si trova al denominatore.
Esempio 2
Se la stessa incisione viene spostata verso il centro del disco (r=6cm),
la curvatura è troppo stretta per poter essere tracciata correttamente dallo stilo, e ci sarà molto probabilmente una distorsione nel segnale riprodotto.
Anche se l’accelerazione periferica b non ha, di per sè, 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 ovviamente fortemente sbilanciate pre- e post- equalizzazione. Questo perché la corrente, quando la resistenza rimane costante, è direttamente proporzionale alla tensione, e quindi all’ampiezza del segnale.
Nel caso della curva RIAA inversa (ovvero quella in registrazione), si passa da -19.6dB a 20Hz a +19.6dB a 20kHz. Il che significa che, post equalizzazione RIAA inversa e post amplificazione, 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. 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.
Per attenuare le componenti del segnale che possono generare picchi di corrente (“S” vocali, hi-hats analogici e simili) senza dover modificare l’equalizzazione del master, 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