На пластинке нет ни файлов, ни кода, ни магнитного слоя. Есть одна спиральная бороздка длиной в сотни метров, и в её форме целиком хранится альбом. Разберёмся, как колебания воздуха превращаются в изгибы канавки, как туда помещается стерео и что именно делает игла, когда вы опускаете её на диск.
Звук это колебания воздуха. Когда струна дрожит или голос звучит, воздух сжимается и разрежается волнами, и наше ухо воспринимает эти волны как музыку. У волны есть два главных свойства: размах колебаний, который мы слышим как громкость, и частота, которую мы слышим как высоту тона. Низкий бас это медленные, широкие колебания, звон тарелок это очень быстрые и мелкие.
Чтобы записать звук, нужно сохранить форму этой волны. Микрофон превращает колебания воздуха в колебания электрического сигнала, и дальше начинается развилка. Цифровая запись измеряет сигнал десятки тысяч раз в секунду и сохраняет числа. Пластинка идёт другим путём: она сохраняет саму волну как физическую форму. Резец записывающего станка колеблется в такт сигналу и вырезает в поверхности вращающегося диска волнистую дорожку.
Получается прямая механическая копия звука. Чем громче музыка в этот момент, тем размашистее изгибы канавки. Чем выше частота, тем изгибы чаще. Если посмотреть на канавку под микроскопом, вы буквально увидите записанную музыку: плавные волны на тихих фрагментах и плотные зазубрины на громких.
Канавка на одной стороне 12-дюймовой пластинки это единая спираль длиной порядка полукилометра. Игла проходит этот путь примерно за 20 минут, ни разу не «перепрыгивая»: дорожка непрерывна от внешнего края до выводной канавки у этикетки.
Первые десятилетия пластинки были моно: канавка колебалась только из стороны в сторону, и одного измерения хватало для одного канала. Со стереозвуком задача усложнилась, ведь нужно записать два независимых сигнала, левый и правый, в одну и ту же дорожку.
Решение оказалось изящным. Канавка в разрезе похожа на букву V, и обе её стенки наклонены к поверхности пластинки под углом 45 градусов. В стереозаписи каждая стенка несёт свой канал: левая стенка отвечает за левый, правая за правый. Резец при записи двигается сразу в двух плоскостях, поэтому каждая стенка получает собственный рельеф. Эту схему называют 45/45, и она стала мировым стандартом в 1957 году.
У схемы есть приятное свойство: совместимость. Всё общее для обоих каналов, например вокал в центре, заставляет канавку колебаться горизонтально, как в моно. Различия между каналами добавляют вертикальную составляющую. Поэтому стереопластинка корректно играет и в моно-сумме, а старые монозаписи читаются современной стереоиглой. О том, чем отличаются издания разных эпох, мы подробнее рассказываем в статье про эру винила.
У механической записи есть неизбежная плата за наглядность: место. Громкая музыка требует размашистой канавки, а размашистой канавке нужно больше пространства. Особенно прожорлив бас: его широкие медленные волны раздвигают соседние витки спирали. Поэтому чем громче и басовитее нарезана запись, тем крупнее шаг между витками и тем меньше минут помещается на сторону.
Отсюда знакомые каждому издателю компромиссы. Комфортный объём для 12-дюймовой пластинки на 33 оборотах это примерно 18–22 минуты на сторону. Можно нарезать и 26, и 28 минут, но тогда канавку делают уже и тише, а запись уходит ближе к центру диска, где линейная скорость под иглой падает и верхние частоты читаются хуже. Именно поэтому длинные альбомы часто издают на двух пластинках, а синглы на 45 оборотах звучат заметно напористее: скорость выше, места на короткую программу достаточно, канавку можно позволить широкую. Подробнее об этой арифметике мы рассказываем в статьях про скорости пластинок и форматы 7, 10 и 12 дюймов.
Глубокий бас при нарезке сводят ближе к моно: сильная вертикальная составляющая на низких частотах способна выбросить иглу из канавки. Это одна из причин, по которой мастеринг для пластинки делают отдельно от цифрового. Что именно меняют в материале при подготовке, разбираем в техническом материале про мастеринг под винил.
Если нарезать сигнал на диск как есть, ничего хорошего не выйдет. Бас займёт непозволительно много места, а тихие верхние частоты утонут в собственном шуме поверхности. Поэтому перед нарезкой сигнал намеренно перекашивают: низкие частоты ослабляют, высокие усиливают. Стандарт этого перекоса называется кривой RIAA, и с середины 1950-х ему следуют практически все издатели.
При воспроизведении происходит зеркальная операция. Фонокорректор, отдельный прибор или встроенная в усилитель схема, возвращает бас на место и приглушает верх ровно по той же кривой. Заодно вместе с верхом приглушается и шум поверхности, поэтому пластинка звучит тише и чище, чем могла бы без этой хитрости. Именно из-за RIAA пластинку нельзя подключить напрямую к линейному входу: без коррекции звук будет тонким, звенящим и лишённым баса. Подробный разбор этой схемы есть в статье про фонокорректор.
Теперь обратный путь. Кончик иглы, крошечный шлифованный алмаз, скользит по канавке и повторяет каждый её изгиб. Эти колебания по игле и держателю передаются в картридж, где механическое движение превращается в электрический сигнал: в MM-картриджах колеблется магнит рядом с неподвижными катушками, в MC наоборот, катушки колеблются в поле магнита. Дальше сигнал усиливается, проходит коррекцию RIAA и попадает в колонки, которые снова превращают его в колебания воздуха.
Задумайтесь на секунду о масштабах. Изгибы канавки, кодирующие тихие звуки, меньше микрона, это заметно тоньше человеческого волоса. Игла отрабатывает их на скорости порядка полуметра в секунду и при этом удерживается в дорожке усилием в пару граммов. То, что эта механика работает и звучит, инженерное достижение, которое легко недооценить, пока не посмотришь на цифры.
Отсюда же и характерные звуки винила. Щелчок это встреча иглы с пылинкой или царапиной: любое постороннее препятствие в канавке игла отыграет как звук. Лёгкий фоновый шелест это трение о саму поверхность и микронеровности пластика. Почему треска становится больше и как с ним бороться, мы разбираем в статье про треск пластинки, а уход за коллекцией описан в материале о чистке и хранении.
Всё описанное выше происходит дважды. Первый раз при записи, когда резец вырезает канавку в лаковом диске на записывающем станке. Этот лак становится прообразом металлических матриц, с которых потом прессуют тираж, и каждая пластинка тиража несёт точную копию той самой первой канавки. Как выглядит этот путь и чем резка лака отличается от технологии DMM, мы рассказываем в техническом разделе в статье лак против DMM.
Практический вывод для музыканта здесь простой. Качество канавки закладывается на этапах мастеринга и нарезки, и никакой проигрыватель потом не добавит того, чего в канавке нет. Поэтому подготовке материала и тестовому прессингу стоит уделять не меньше внимания, чем обложке. А если вам интересно, что о происхождении конкретной пластинки могут рассказать надписи у этикетки, загляните в статью про мёртвый воск и матричные номера.