Heliplaat

Vinüülplaadid

Heliplaadiks nimetatakse kettakujulist enamasti plastist helikandjat.

Aegade jooksul on heliplaadi või selle salvestuskihi materjalina kasutatud ka pehmemaid metalle või magnetilisi materjale.

Enam levinud helisalvestusmeetodid on olnud mehaaniline salvestusviis, kuigi vähesel määral on kasutatud ka magnetilist salvestust (diktofonides). Uuem, "digitaalse ajastuga" saabunud on optiline või magnetoptiline salvestusviis.

Esimesed eestikeelsed heliplaadid Eestis salvestati 1906. aastal hotellis Kommerts Riia tänaval Tartus.

Mehaaniline salvestusviis

Mehaanilise helisalvestuse leiutajaks peetakse Thomas Alva Edisoni, kes patenteeris fonograafi 1877. aastal. Emile Berliner leiutas külgsuunalise salvestuse (1887) ja võttis trumli asemel kasutusele pöörleva plaadi (1895). Külgsuunalist salvestust optilisel-mehhaanilisel kujul oli varem kasutatud helisignaalide uurimise ja analüüsi jaoks.

Salvestamine

Helivõnkumine salvestatakse heliplaadi originaalile selle pinda lõigatud spiraalselt ühtlase kiirusega (sammuga) keskkoha poole koonduva heli poolt moduleeritud vaona – mehaanilise fonogrammina. Selle vao kõrvalekalle etteantud keskjoonest väljendab heli hetkväärtust vastaval ajahetkel, ehk siis vao lainelisus piki vagu jäljendab salvestatud helivõnkumise kulgu ajas, see tähendab heli hetkväärtuse ehk amplituudi muutumist ajas analoogsignaalina.

Kõrgemal heli sagedusel tekib heliplaadil vao tihedam ehk lühema lainepikkusega looklemine kui see oleks madalamal sagedusel, sõltumata heli tugevusest ehk vao looklemise amplituudist. Suuremale helitugevusele vastab suurem amplituud (hälve keskjoonest) kui nõrgemale helitugevusele (sõltumata heli sagedusest). See on piiratud naabervagude vahelise kaugusega.

Vao kõrvalekalde kiirus (vao kalle mõeldava telje suhtes) on seda suurem, mida kõrgem on salvestatava perioodilise signaali sagedus ja mida suurem on selle amplituud. Liiga järskude võngete vältimiseks, mida nõel taasesitamisel ei saaks enam järgida, on kehtestatud sagedusest sõltuv maksimaalse signaali norm ehk teisiti esitatult helivao maksimaalse kõrvalekalde kiiruse ehk kalde norm.

Sama sagedusega ja sama amplituudiga heli salvestamisel sõltub vao maksimaalne kalle salvestatava vao raadiusest (vao kaugusest plaadi tsentrist) ja plaadi pöörlemise kiirusest. Kuna vao raadius muutub suuremate plaatide puhul plaadi välisservast keskkoha poole peaaegu kolm korda, muutub ka heliraja maksimaalne kalle sama sageduse ja amplituudiga signaali korral kolm korda.

Alates elektromehhaanilise salvestusviisi kasutuselevõtmisest 1920ndatel aastatel kasutatakse salvestamise juures helisignaali sageduslikku korrigeerimist ehk eelmoonutust (pre-emphasis). Alates 1954. aastast kasutatakse üldtunnustatud standardset eelmoonutust (nn. RIAA equalization). Lihtsustatult võib öelda, et see ahel tekitab sageduskarakteristiku esimest järku tõusu alates sagedusest 2,1 kHz ja esimest järku languse allpoole sagedusest 500 Hz kuni sageduseni 50 Hz, mis ülekandefunktioonina esitatult oleks kirjeldatav esimest järku nullkohtadega sagedustel 50 Hz ja 2,1 kHz ning poolustega kohtadel 500 Hz ja 21 kHz.

Heliplaatide reprodutseerimine

Heliplaadi originaalist tehakse küllaltki keerukate tehnoloogiliste võtete abil heliplaadi matriits, mille abil pressitakse sobivast plaadimaterjalist vajalik hulk heliplaate. Väga suurte tiraažide korral tehakse mitu matriitsi, sest matriitsid plaatide tootmise käigus kuluvad.

Heliplaadid varustatakse nendele salvestatud fonogrammi kirjeldavate etikettidega, erinevatega kummagi plaadipoole jaoks, ning paigutatakse sovivalt kujundatud plaadiümbristesse.

Taasesitamine

Heliplaadile salvestatud mehaanilise fonogrammi taasesitamiseks kasutatakse heliplaadi mängimise seadet ehk grammofoni. Heliplaat pannakse selles plaadiajuri poolt ühtlase kiirusega pöörlema normitud nimipöörlemiskiirusel.

Helisignaali taasesitamiseks helina kasutatakse helipead, mis muundab spiraalse helivao kujus oleva helisignaali kas otse kuuldavaks heliks või elektriliseks helisignaaliks. Otse heliks muundamine oli kasutusel varastes grammofonides kuni II MS eelse ajani.

Taasesitamisel tuleb kasutada sageduskorrektsiooni, mis peab kõrvaldama (de-emphasize) salvestuse juures kasutatud eelmoonutuse. Seda tehakse eelmoonutusahela suhtes pöördkarakteristikut omava korrektsiooniahela abil, mille sageduskarakteristikul on samad iseloomulikud sagedused, kuid nullkohad ja poolused on eelmoonutusahelaga võrreldes omavahel vahetatud.

Korrektsiooniahela viimasel poolusel (sagedusga 2,1 kHz) on oluline osa taasesituse mürataseme vähendamisel. Hinnanguliselt nõrgestab see plaadi omamüra umbes 5 korda ehk 14 dB, viies helisalvestuse taasesituse dünaamilise diapasooni peaaegu kuni 60 detsibellini ŝellakplaatide korral ja kuni 80 detsibellini vinüülplaatide korral (arvestamata plaadimängija poolt tekitatavaid mürasid ja häireid).

Monofooniline ja stereofooniline heliplaat

Monofooniliselt salvestatud fonogramm on püsiva sügavuse ja laiusega kiilukujuline vagu, mis lookleb heli olemasolu korral mõeldava spiraalse keskjoone (vao telje) ümber.

Kahekanalisel stereofoonilisel salvestamisel kannab vagu samaaegselt ja sõltumatult kummagi kanali informatsiooni – ühe kanali signaal on salvestatud vao ühe nõlva looklemisena (võnkumise suund 45° plaadi pinna suhtes, teine nõlv jääb sellest puutumata) ja teise kanali signaal samaaegselt vao teise samuti 45° nõlva looklemisena. Vao kumbki serv lookleb selle tõttu erikujuliselt vastavalt heli hetkväärtusele ühes või teises kanalis. Sellise salvestusviisi üldnimetuseks on 45/45 salvestus.

Monofoonilise plaadimängijaga taasesitamisel peaksid kummagi kanali signaalid liituma üheks monofooniliseks horisontaalsuunaliseks signaaliks teguriga 0,707. Selle saavutamiseks on mõlema kanali signaalid salvestatud radiaalsuunas samafaasilistena. Ühtlasi saavutatakse sellega tüüpilise helipildi korral helivao väiksem vertikaalsuunaline kõikumine, sest see hakkab vastama kanalite signaalide hetkväärtuste vahele (erinevusele). Vertikaalsuunalise võnkumise lubatav amplituud (kõrvalekalle heliraja keskjoonest) on normeeritud kaks korda väiksemana kui seda on horisontaalsuunalise võnkumise korral (mille jaoks norm on 20 μm).

Kvadrofooniline heliplaat

Puhtakujulise (diskreetse) kvadrofoonia puhul, tuleb simultaanselt salvestada neli sama helipilti kajastavat signaali nii, et neid saab pärast lahus taasesitada. Et tavalise stereoplaadi vakku ei saa salvestada mehaaniliselt, see tähendab võnkesuundade poolest eraldatuna, rohkem kui kaht sõltumatut signaali, rakendatakse kvadroheliplaadil ultrahelisageduspiirkonda kuuluvat 30 kHz kandevõnkumist, mis on lisatud kummalegi vao kaldpinnale ühega neljast signaalist sagedusmoduleeritud signaalina (süsteem CD-4). Nii salvestatud signaal katab kokku sagedusala 20 kuni 45 000 hertsi, millest taasesitatava heli sagedusala on kahel otse loetaval kanalil 20...20 000 Hz, kahel kandevsagedust kasutaval kanalil aga veidi kitsam (hinnanguliselt 20...15 000 Hz). Sellise kompleksse ja laiaribalise signaali taasesitamiseks vajatakse aga niisugust kahekanalilist stereohelipead, mille talitlussagedusala peab küündima 45 000 hertsini. See saavutatakse vastava konstruktsiooniga ja erikujulise nn shibata-astla kasutamisega (mis on ligilähedaselt elliptilise, mitte sfäärilise otsaga).

On püütud kasutada ka nn. maatrikseerimisega kvadrofoonilist süsteemi, mille puhul samast helipildist võetud nelja kanali signaalid kombineeritakse (kodeeritakse, matrikseeritakse) teatud reegleid järgides kaheks kompleksseks signaaliks, mida saab taasesitada tavalise stereogrammofoniga. Kahest signaalist uuesti nelja signaali saamiseks tuleb kasutada dekodeerimist spetsiaalse maatriksdekooderi abil. Tulemus ei ole täiesti täpne kvadrofoonia, vaid kvaasikvadrofooniline heli, kuid see annab paljude fonogrammide puhul üsnagi rahuldava ümbritseva ruumi taju efekti. Tavalise grammofoniga kuulamisel võib sellise helisalvestuse kõlapilt täieliku ühilduvuse puudumise tõttu olla mõnevõrra ebaloomulik.

Heliplaatide tüübid

Šellakplaat

Omaaegsed heliplaadid pöörlemissagedusega 78 pööret minutis (või selle ümbruses) olid põhiliselt valmistatud šellaki ja mitmesuguste täidisainete nagu tahm (nõgi), peen mineraalipulber või muu sellise segust. Täidisaineid kasutati mitte ainult soovitud värvitooni saamiseks, vaid ka plaadi mehaanilise kulumiskindluse tõstmiseks. Kahjuks põhjustavad täiteained aga ka abrasiivsuse ja mürataseme tõusu.

Salvestusvagu nendel plaatidel on umbes 140...180 μm laiune, nende paigutustihedus raadiuse sihis on umbes 4 vagu millimeetrile. See annab 25 cm läbimõõdu puhul plaadi ühe külje mängimiskestuseks kuni 3 minutit 15 sekundit ja 30 cm läbimõõdu puhul kuni 4 minutit ja 30 sekundit.

Standardse nõela teraviku ümardusraadiuse puhul ja pöörlemiskiirusel 78 p/min osutub taasesitava heli sagedusala plaadi keskkoha läheduses inimkõrva jaoks juba ülaltpoolt piiratuks.

Vinüülplaat

Pöörlemiskiirusega 33 1/3 ja 45 pööret minutis pöörlevad nn. kauamängivad plaadid, nende hulgas kõik kahekanaliselt salvestatud stereofoonilised plaadid on valmistatud polüvinüülkloriidist (ehk vinüülist), vinüliidist või muust sobivate omadustega plastist. Nendel on šellakplaatidega võrreldes märksa väiksemate mõõtmetega salvestusvagu ja vastavalt on suurendatud ka salvestusvagude paiknemise tihedust (vähendatud spiraali sammu). Seetõttu neid hakati nimetama ka mikrokiriplaatideks, aga enam on nad tuntud kui kauamängivad plaadid, sest vagude tihedama paigutuse ja plaadi aeglasema pöörlemise tõttu mahutavad nad sama mõõdu juures mitu korda pikema helisalvestuse.

Mikrokiriplaadi vagu on umbes 45 μm laiune. Vao võnkumise maksimaalseks amplituudiks (kõrvalekaldeks vao mõeldavast telgjoonest) on horisontaalsuunas 20 μm, vertikaalsuunas kaks korda väiksem. Seega mahub plaadile keskmiselt 8...12 vagu millimeetrile. See annab plaadi 25 cm läbimõõdu puhul ühe külje mängimiskestuseks kuni 18 minutit ja 30 cm läbimõõdu puhul kuni 22 minutit, aga fonogrammile amplituudi piirangute rakendamise ja vastavalt vagude vahekauguse vähendamise korral isegi üle 30 minuti. Selliste astla ja vao mõõtmete puhul (astla teraviku ümardusraadius on 18 μm) ja plaadi materjali väikese kõvaduse tõttu on heli taasesitamine ilma plaati kahjustamata võimalik vaid astla väga väikese survejõu juures. Helipea konstruktsioonist olenevalt on see tüüpiliselt vahemikus 70...5 mN (see on 7...0,5 grammi). Nende plaatide taasesitamine on praktiliselt võimalik ainult elektrilise helipea vahendusel.

Võnkumiste maksimaalsele amplituudi väiksusele vaatamata on vinüülplaadi müratase väga madal. Lairibamõõtmiste järgi peab see olema alla -50 dB, aga tänu salvestusel kasutatavale eelmoonutusele ja mõningatele inimkõrva omadustele vastab vinüülplaadi salvestuse müratase umbes 80 detsibellisele signaal-müra suhtele. Erinevalt šellakplaadist on materjali struktuuriomadustest lähtuva müra osa plaadi kogumüras väga väike. Seda selgemini on aga kuuldavad igasuguste plaadile tekitatud kahjustuste (kriimustuste) tekitatud raginad ja plaadile kogunenud tolmust põhjustatav müra. Viimasest pole šellakplaatide puhul peaaegu üldse põhjust rääkida.

Vinüülplaatide puhul kasutatava standardse nõela teraviku oluliselt väiksema ümardusraadiuse tõttu (18 μm) ei peaks taasesitava heli sagedusala kitsenemine ülaltpoolt plaadi keskkoha läheduses olema inimkõrva jaoks praktiliselt märgatav, seda vaatamata väikeste pöörlemiskiiruste kasutamisele vinüülplaatide puhul. Siiski vähendatakse lubatavat maksimaalset salvestusnivood alates sagedusest 2 kHz pöördvõrdeliselt sageduse kasvuga. Arvestades sellise salvestusel kasutatava korrektsiooni olemasolu, mis suurendab signaali amplituudi kõrgemate sageduste osas, tekitab see piirang probleeme. Teadaolevalt selle piirangu sõltuvust salvestusraja raadiusest salvestuse juures ei kasutata, kuigi raadiuse muutudes ligi kolm korda oleks see üsna loogiline.

Painduv heliplaat ehk elastik

Painduvat heliplaati ehk elastikut ("lastikut") kasutati tema omaduste ja odavuse tõttu heliajakirjadega kaasa antud muusika jaoks. Õhukesele plastfooliumile pressitud nn mikrokiri-heliplaadid, mis annavad edasi praktiliselt vinüliitplaatide helikvaliteedi, kuid on ruumisäästlikumad, kergemad ja odavamad valmistada. Kahjuks kuluvad need plaadid väga kiiresti, andes hea helikvaliteedi vaid mõne esimese mängimiskorra jooksul.

Vaata ka

• Grammofoniplaat, hologramm
• CD, DVD, BRD
• Videoplaat