Křivka RIAA je standardní amplitudově-frekvenční odezva (AFC) dlouhohrajících gramofonových magnetofonů a inverzní amplitudově-frekvenční odezva předzesilovačů-korektorů , která během přehrávání obnovuje původní spektrum signálu . Při záznamu původního programu na lakovaný disk je signál zpracováván obvodem předzkreslení s časovými konstantami 3180, 318 a 75 µs , což odpovídá inflexním frekvencím frekvenční charakteristiky 50,05, 500,5 a 2122,1 Hz [comm . 1] . Při přehrávání desky s elektromagnetickým snímačempůvodní spektrum signálu je obnoveno zpětným obvodem se stejnými časovými konstantami . Složitý tvar křivky RIAA je kompromisem vyplývajícím z potřeby získat nejlepší kvalitu přehrávání z technicky nedokonalých mechanických rekordérů .
První sériové záznamy zaznamenané pomocí tohoto schématu s předběžným zdůrazněním frekvence byly vydány společností RCA Victor v srpnu 1952 . V červnu 1953 [1] bylo schéma RCA schváleno americkou National Association of Broadcasters (NARTB) jako národní standard; výběr NARTB podpořily další průmyslové instituce, včetně Recording Industry Association of America (RIAA) . V roce 1956 nový standard, který se stal známým jako „křivka RIAA“, nahradil konkurenční formáty a zaujal trhy v USA a západní Evropě. V roce 1959 byla křivka RIAA schválena a v roce 1964 standardizována Mezinárodní elektrotechnickou komisí . V roce 1972 byla v SSSR přijata norma IEC. V roce 1976 IEC upravila standardní nízkofrekvenční reprodukční křivku RIAA; inovace se setkala s divokou kritikou a nebyla přijata průmyslem . V 21. století se drtivá většina výrobců předzesilovačů řídí původním standardem křivek RIAA beze změn zavedeným IEC v roce 1976 [2] .
Standardní amplitudově-frekvenční charakteristika záznamového kanálu dlouhohrajících desek („anti-RIAA funkce“ [3] ) je popsána vzorcem pro sériové zapojení tří frekvenčně závislých spojů prvního řádu - dva diferenciátory (čitatel) a jeden horní propust (jmenovatel) [4] :
[5] ,nebo
,kde je oscilační rychlost posunu drážky a jsou frekvence a úhlová frekvence signálu a , a jsou časové konstanty specifické pro standard RIAA , které určují mezní frekvence , , . Literatura používá různé způsoby číslování těchto frekvencí a časových konstant; ve výše uvedených vzorcích jsou číslovány v chronologickém pořadí jejich zavedení do výroby ( - 1926 [6] , - 1938 [7] , - 1948 [8] ):
Frekvenční odezva záznamu („anti-RIAA funkce“), definovaná jako vibrační rychlost posuvu drážky, se v praxi měří v průchozí dráze od linkového výstupu zdroje zaznamenávaného signálu k výstupním svorkám. referenčního elektromagnetického snímače [7] a charakterizuje nikoli výrobní zařízení, ale jeho finální produkt - gramofonovou desku. Odchylka skutečné frekvenční odezvy záznamu od výše uvedeného vzorce by podle publikace IEC-98 neměla překročit 2 dB [9] .
Zpětný převod napětí na výstupu elektromagnetického snímače, který je úměrný rychlosti vibrací, na výstupní napětí předzesilovače-korektoru se provádí „funkcí RIAA“. Standardní filtr RIAA je ekvivalentní zapojení dvou dolnopropustných filtrů prvního řádu (jmenovatel) a jednoho diferenciátoru (čitatel) do série [10] :
[5] ,nebo
,se stejnými hodnotami časových a frekvenčních konstant jako u frekvenční charakteristiky záznamu. Odchylka frekvenční charakteristiky reálných zařízení od normy není normalizována za předpokladu, že takovou odchylku lze korigovat tónovým blokem zesilovače [9] . Cílová hodnota maximální odchylky frekvenční charakteristiky od normy, přijatá při vývoji kvalitních předzesilovačů-korektorů, je ±0,1 dB [11] .
Frekvenční odezva přehrávacího kanálu ("funkce RIAA") je vždy soustředěna v předzesilovači-korektoru. Tyto předzesilovače jsou prakticky nevhodné pro přehrávání naprosté většiny „gramofonových“ desek při 78 ot./min z důvodu poklesu frekvenční charakteristiky na středních a vysokých frekvencích [12] . Zvuk takových desek je nudný, bez podtextu [12] . Při přehrávání desek nahraných první generací elektrických rekordérů s obzvláště nízkým , je tento efekt umocněn dodatečným nárůstem nízkých frekvencí [12] .
Oba vzorce jsou definovány ve frekvenčním rozsahu od 20 Hz do 20 kHz; za jejími limity není frekvenční charakteristika regulována [10] . Formální extrapolace za zvukový rozsah ukazuje, že jak frekvence klesá pod 20 Hz, AFC nahrávky se asymptoticky blíží k jednotě, a jak frekvence stoupá nad 20 kHz, roste nekonečně, přímo úměrně frekvenci. U skutečných rekordérů se kromě záznamových filtrů RIAA nevyhnutelně vyskytují i nestandardní filtry, které blokují průchod stejnosměrných, infrazvukových , ultrazvukových a rádiových frekvencí k pohonům řezačky a neovlivňují přenos zvukových frekvencí [13] . Například v nejběžnějším [14] Neumannově nahrávacím zesilovači SAL 74B je vysokofrekvenční šum odříznut Butterworthovým filtrem druhého řádu s mezní frekvencí 49,9 kHz [13] . Tím zavedený útlum ve zvukovém rozsahu, menší než 0,1 dB při 20 kHz, není slyšitelný a nevyžaduje žádnou kompenzaci v přehrávacím kanálu [13] .
V praxi jsou oba vzorce vždy počítány v decibelech a normalizovány na frekvenci 1 kHz. Při této frekvenci jsou normalizované hodnoty frekvenční odezvy pro nahrávání i přehrávání 0 dB [10] ; normalizovaná hodnota frekvenční odezvy reprodukce při frekvenci 20 Hz je +19,274 dB (zesílení 9,198 krát oproti úrovni při 1 kHz) a při frekvenci 20 kHz klesne na −19,62 dB (útlum 9,572 krát ) [15] . Zesílení předzesilovače RIAA při 20 Hz a 20 kHz se tedy liší o 39 dB, tedy 88krát. Běžné tvrzení, že při frekvencích a normalizovaná frekvenční charakteristika reprodukce nabývá hodnot +3 dB a -3 dB, není pravdivé [16] . Platí pro jednotlivé filtry prvního řádu, ale ne pro řetězec sériově zapojených filtrů s dostatečně blízkými mezními frekvencemi. Přesné hodnoty funkce RIAA při a jsou +2,648 dB a −2,866 dB [17] [16] .
Klasický technologický cyklus pro výrobu stereo desek začíná rozřezáním původní desky na tenké [comm. 2] vrstva nitrocelulózy [comm. 3] lak nanesený na hliníkový disk [21] . Trojúhelníkový v půdorysu [comm. 4] , řezačka safíru , násilně vyhřívaná na 200-300 °C [23] , upevněná na masivním tangenciálním „tonarmu“ zobcové flétny , je řízena dvěma lehkými, ale výkonnými elektromagnetickými pohony chlazenými vzduchovými nebo heliovými tryskami [21] [ komunikace 5] . Frekvenční zkreslení, vlastní rezonance a nelinearita pohyblivého systému rekordéru jsou účinně potlačeny elektromechanickým zpětnovazebním obvodem , který byl vyvinut koncem 30. let a stal se de facto průmyslovým standardem v polovině 60. let [27] [28] [29 ] . Fréza se pohybuje od okraje ke středu kotouče striktně po jeho poloměru a osa symetrie frézy směřuje vždy tangenciálně k řezané drážce [21] .
Signály obou stereo kanálů jsou kódovány příčným (horizontálním) posunutím řezáků [30] . Posun vnější strany drážky, nejblíže k okraji desky, odpovídá pravému kanálu, vnitřní straně levé [30] . Pohony frézy jsou orientovány v úhlech +45° a -45° k ose frézy a signály na ně přivedené jsou přepínány tak, že se při záznamu monofonního (common-mode) mění pouze příčné posunutí drážky. signál; jeho šířka a hloubka zůstávají nezměněny. Posun frézy do hloubky vrstvy laku a zpět odpovídá rozdílu mezi signály levého a pravého kanálu. V průběhu míchání fonogramu je amplituda vertikálního pohybu omezena, aby nedocházelo k přeskakování jehly [31] [32] [33] . Tento stereofonní záznamový systém, nazývaný „systém 45/45“, se v roce 1958 stal nesporným světovým standardem [34] .
Vzdálenost mezi drážkami se pohybuje od 200 do 65 mikronů (130-390 drážek na palec) [21] , což při rychlosti 33⅓ otáček za minutu poskytuje dobu přehrávání jedné strany desky od 13 do 40 minut [comm. 6] . Maximální příčné posunutí drážky v 50. letech bylo omezeno na 25 µm; jak se snímače zlepšovaly, postupně se zvyšoval [36] . Ve standardu SSSR z roku 1972 bylo maximální horizontální posunutí drážky 40 µm, maximální vertikální posunutí nebylo větší než 20 µm [37] ; do roku 1978 se přípustné boční posunutí zvýšilo na 50 µm [36] . V 21. století šířka nemodulované drážky téměř nikdy neklesne pod 50 µm; na hlasitých fragmentech se drážka rozšíří na 80–90 µm a při nahrávání singlů při 45 otáčkách za minutu může šířka drážky dosáhnout 125 µm [38] .
Horní mezní frekvence záznamu je určena vysokofrekvenční rezonancí řezačky a nepřesahuje 25 kHz [39] . Při frekvencích nad touto hranicí klesá amplituda zaznamenaných kmitů tak rychle, že lze předpokládat, že zaznamenaný signál neobsahuje užitečné ultrazvukové složky [40] . Výjimkou jsou kvadrafonní desky systému CD-4, u kterých sahá spektrum užitečného signálu až do 45 kHz [41] . Lakové originály těchto desek byly řezány běžnými řezačkami při poloviční rychlosti otáčení kotouče z magnetického zvukového doprovodu zpomaleného na polovinu. Maximální nahrávací frekvence byla 22,5 kHz, ale při přehrávání standardní rychlostí byla převedena na 45 kHz [41] .
Pohyb frézy při řezání drážky by se měl vejít do tří omezení - podle maximální amplitudy posuvu drážky, podle její maximální rychlosti vibrací a podle maximálního zrychlení [44] . První z nich působí rovnoměrně na celou plochu desky vyhrazenou pro záznam. Limity rychlosti a zrychlení jsou nastaveny pro nejhorší případ – drážky nejblíže středu desky [45] . Čím blíže je drážka ke středu, tím vyšší je pravděpodobnost přetížení a zkreslení a naopak: čím dále je drážka od středu, tím nižší je hustota záznamu vibrací, což umožňuje opatrně překročit limity rychlosti a zrychlení. [36] .
Význam omezení amplitudy posuvu je zřejmý: i mírné překročení této hranice, které nevede k destrukci stěny mezi drážkami, může tuto stěnu deformovat a dát vznik jasně slyšitelnému kopírovacímu efektu [44] . Záznam signálu s maximální ofsetovou amplitudou poskytuje nejlepší odstup signálu od šumu [46] , ale je technicky možný pouze v oblasti nízkých frekvencí. Při obratu ne více než 1 kHz vstupuje v platnost další omezení - na maximální rychlost posuvu drážky. Nedodržení tohoto limitu při psaní způsobí, že zadní hrany frézy poškodí stěny drážky vyříznuté jejími náběhovými hranami [37] [32] . Při přehrávání groovu nahraného při překročení rychlosti se jeho efektivní šířka zužuje, dochází k efektu vymáčknutí jehly z žlábku (pinch effect) a v důsledku toho k nelineárním zkreslením [37] . Mezní rychlost posuvu drážky je proto vždy omezena: v sovětském GOST 7893-72 úrovní 10 cm/s pro monofonní a 7 cm/s pro stereo nahrávky [37] ; do roku 1978 byl limit zvýšen na 14 cm/s [36] . Jmenovitá záznamová úroveň („0 dB“), vzhledem k níž je zesílení reprodukční cesty normalizováno, odpovídá špičkové rychlosti 8 cm/s; v praxi se často rovná RMS rychlosti 5 cm/s [47] . Ve světové praxi existovaly rekordy s pětinásobným překročením tohoto prahu - 38 cm/s (+14 dB) při frekvenci 2 kHz, což odpovídá zrychlení snímacího stylusu 487 G [43] .
Při vysokých frekvencích vstupuje do hry třetí omezující faktor, který souvisí konkrétně se zrychlením – omezující zakřivení drážky. Aby dotek mohl sledovat vysokofrekvenční posun drážky, musí být poloměr tohoto posunu alespoň tak velký, jako je poloměr hrotu doteku. Pokud se s tímto omezením při psaní nepočítá, pak jehla přeskakuje vysokofrekvenční žlábky a hřebeny drážky a trvale je poškodí [48] [37] [49] . U standardních kulatých jehel s poloměrem hrotu 18 µm se tento efekt (“non-bending error” [46] , anglicky tracing error [comm. 7] ) může objevit již při 2 kHz, u jehel s úzkým eliptickým hrotem - při 8 kHz [32] . Limit zrychlení normalizovaný v SSSR byl nejprve 25•10 4 cm/s 2 (255 G) a do roku 1978 se zvýšil na 41•10 4 cm/s 2 (418 G) [36] .
Pro záznam harmonického signálu na lakovaný disk existují dva základní režimy. V režimu konstantních amplitud posuvu [46] závisí amplituda posuvu drážky pouze na amplitudě zaznamenávaného elektrického signálu a nezávisí na jeho frekvenci. V tomto případě se rychlost změny předpětí zvyšuje přímo úměrně s frekvencí signálu a dříve nebo později dosáhne nepřijatelně vysokých hodnot. V režimu stálosti amplitud vibrační rychlosti [46] nezávisí amplituda rychlosti změny posunutí drážky na frekvenci a amplituda posunutí je nepřímo úměrná frekvenci signálu. Nejběžnější elektromagnetické snímače jsou citlivé přesně na rychlost vibrací, takže přehrávání záznamů nahraných v tomto režimu nevyžaduje žádnou frekvenční korekci. Takové nahrávky se však vyznačují nepřijatelně vysokou relativní hladinou hluku na středních a zvláště vysokých frekvencích [46] . Vzhledem k těmto nedostatkům není ani jeden z těchto dvou režimů použitelný ve své čisté podobě. Všechny [51] praktické systémy záznamu zvuku kombinují sekce obou režimů: při nízkých frekvencích rekordér pracuje v režimu konstantních amplitud posuvu a při středních frekvencích v režimu konstantní rychlosti vibrací. Přechod z jednoho režimu do druhého probíhá ve speciálním filtru před zkreslením a dělicí kmitočet je zvolen tak, aby se maximální užitečný signál vešel do limitů stanovených technologií.
Neexistuje žádné ideální řešení problému, protože jakýkoli hudební nebo řečový program má své vlastní, jedinečné, spektrální rozložení energie a špičkové amplitudy signálu [52] . Neexistuje také žádný standard takového rozdělení, který by mohl být použit pro hodnocení účinnosti konkrétního nastavení filtru [32] [comm. 8] . V praxi se používá nejjednodušší model spektra, ve kterém jsou špičkové amplitudy konstantní v rozsahu 20 Hz…1 kHz a v rozsahu 1…20 kHz klesají rychlostí asi 10 dB na oktávu [32] [comm. 9] . Podíl vysokofrekvenčních složek v tomto modelu je tak malý, že omezování zrychlení ztrácí smysl. Naopak z hlediska lepšího odstupu signálu od šumu je vhodné zvýšit úroveň vysokofrekvenčního signálu, aby se maximalizoval dynamický rozsah záznamu [37] [32] [54 ] . Strmost frekvenční odezvy 10 dB na oktávu nemůže být reprodukována jednoduchými filtry; v praxi se používají pouze kombinace filtrů prvního řádu, z nichž každý implementuje strmost 6 dB na oktávu [55] . Důležitá není přesnost „zapadnutí“ podmíněného modelu spektra do podmíněného modelu desky, ale přesná, zrcadlová korespondence frekvenční charakteristiky záznamového a přehrávacího kanálu [55] .
Ze stejného důvodu – potřeba potlačit nízkofrekvenční šum při přehrávání – stoupá i záznamová úroveň na nejnižších frekvencích (20 ... 50 Hz ve standardu RIAA) [9] . Optimální frekvenční odezva předzkreslení filtru dlouhohrající nahrávky má tedy tři inflexní body v oblasti zvuku: dva ve středofrekvenční oblasti a jeden nízkofrekvenční [5] .
Absolutně všechny záznamy v historii byly zaznamenány s deformacemi ve spektru původního signálu [51] . Na počátku šlo o přirozené, nevyhnutelné a neodstranitelné frekvenční zkreslení čistě mechanických rekordérů [51] . Tato fáze technologického vývoje vyvrcholila v polovině 20. let [57] ; zároveň začal přechod od přímého záznamu akustických vibrací k elektrickému zesílení zaznamenávaného signálu [58] . Vývojáři prvního elektrického rekordéru v Bell Labs Joseph Maxfield a Henry Harrison , kteří pochopili nemožnost použití režimů konstantní amplitudy a konstantní vibrační rychlosti v jejich čisté podobě, představili předzkreslení filtr s dělicí frekvencí nízké -frekvenční a středofrekvenční oblasti ( ) 200 Hz [6] do obvodu . Pro frekvence nad 4 kHz doporučovali přechod do režimu konstantního zrychlení, ten však v nedokonalém vybavení 20. let nebyl žádaný [6] . Ne hned, ale postupně si i další designéři a zvukaři uvědomili potřebu záměrného zkreslení spektra [51] .
Ve 30. letech 20. století většina výrobců používala alespoň dvoudílnou frekvenční ekvalizaci, podobnou schématu Maxfield a Harrison, a standardní kondenzátorové mikrofony Whent [57] poskytovaly další frekvenční odezvu na vysokých frekvencích . Americký trh převzal proprietární záznamový systém Western Electric [58] [comm. 10] ; Britský EMI , následovaný většinou evropských výrobců, přijal schéma Bluemlein 250 [comm. 11] ( Eng. Blumlein 250Hz ) s dělicí frekvencí 250…300 Hz [58] [61] .
Až do konce druhé světové války se Evropané řídili mechanickou reprodukcí gramofonových desek, a proto tíhli k režimu stálosti amplitud rychlostí; režim stálosti amplitud posunu byl aplikován pouze nedobrovolně, na nejnižších frekvencích [62] . V bohatších Spojených státech, kde si kupci mohli dovolit elektrofony a radiogramy , se používaly konstantní amplitudy zkreslení v mnohem širší šířce pásma, až do 1 kHz [62] [63] . V polovině 30. let americká studia nahradila staré, „zvonící“ kondenzátorové mikrofony nejnovějšími, relativně neutrálními páskovými mikrofony. Vzhledem k tomu, že zabarvení takových nahrávek se zdálo nudné, ve srovnání se starými deskami vyčerpané, aby „kompenzovalo ztráty“, studia začala zvyšovat úroveň vysokých frekvencí pomocí filtrů zabudovaných do mikrofonních předzesilovačů [7] . Dalšími technickými problémy při záznamu vysokých frekvencí je pokles frekvenční charakteristiky nahrávky v důsledku nedokonalosti řezáků 30. let [comm. 12] a nárůst nelineárních zkreslení při zmenšování poloměru drážky během přehrávání - byly také korigovány zvýšením vysokých frekvencí [8] .
V roce 1938 RCA Victor jako první přenesl tuto funkci z mikrofonního předzesilovače na zesilovač rekordéru: byl to první obvod pro ekvalizaci frekvence se dvěma zalomeními ve frekvenční odezvě [7] [62] . Podle mluvčího RCA byla frekvence druhého kolena ( ) 2500 Hz; podle kurátora zvukového archivu Britské knihovny Petera Coplanda nebyl „voicing“ skutečných nahrávek RCA Victor té doby generován vysokofrekvenční korekcí, ale zkreslením při kompresi signálu [64] . V odvětví jako celku žádné „standardní“ schéma předběžného důrazu neexistovalo. V USA se pohybovala od 200 Hz do 1 kHz a ( pokud byla použita) - od 2 do 3 kHz [63] . Zvolené korekční schéma bylo na štítku uvedeno jen zřídka a v žádném případě ne vždy správné. V důsledku toho byly vysoce kvalitní elektrofony těch let nutně vybaveny timbrálními bloky (a v podstatě parametrickými ekvalizéry ) s měnícími se inflexními frekvencemi pro výběr optimálního timbru podle sluchu [63] .
V prosinci 1933 nahrál Alan Blumlein první stereofonní desku 45/45. Vynález předběhl dobu o čtvrt století a byl doslova „odložen“ ve skladech EMI [58] [comm. 13] . Hlavním cílem konstruktérů a technologů 30. let nebylo stereo nahrávání, ale nahrazení zastaralé 78ot. šelakové desky dlouhohrající deskou [58] . Před zahájením jeho sériové výroby bylo nutné vyřešit mnoho technických problémů a následně zvolit frekvenční korekční křivku, která byla optimální pro novou technologii [58] . Jako první se k cíli dostal americký Columbia Records , který v roce 1948 vydal první celovečerní dlouhohrající desky [66] .
Společnost, která na novince pracovala od 30. let, vážně doufala, že se stane autorem a vlastníkem nového světového standardu [66] . Skutečně se jí podařilo udělat rychlost otáčení kotouče (33⅓ ot/min), geometrickou specifikaci drážek, vymyslela a uvedla do oběhu samotné označení LP [66] . Vyrovnávací schéma LP společnosti Columbia bylo vybráno na doporučení jejího starého partnera, National Association of Broadcasters (NAB) [67] . Přesný technický popis tohoto obvodu nebyl nikdy zveřejněn; z publikovaných grafů vyplývá, že NAB použil frekvenční odezvu se zlomy při 1590 µs (100 Hz), 350…400 µs (400…450 Hz) a 100 µs (1600 Hz) [68] . Z technického hlediska se jednalo o dobré kompromisní řešení, velmi blízké budoucímu standardu RIAA a sluchem od něj téměř nerozeznatelné [68] .
V roce 1952 se obchodní jméno Columbie ( LP Curve ) stalo v USA pojmem [66] . Průmysloví experti byli přesvědčeni, že toto schéma se stane průmyslovým standardem, ale Columbia prohrála formátovou válku [66] . Hlavní nevýhodou jejího obvodu bylo, že byl optimalizován pro 406mm LP , které trh nepřijal. Pro trh-bití 305 mm LP , které jsou citlivější na vysokofrekvenční overdrive, bylo schéma Columbia méně vhodné [12] . Hodnota zvolená společností (1600 Hz) byla příliš nízká, což tato zkreslení jen prohloubilo [12] .
Po Columbii vstoupili konkurenti na trh LP s využitím alternativních vyrovnávacích schémat. O těchto krátkodobých technických řešeních, nikdy nepublikovaných ve formě úplných technických popisů, se dochovaly pouze kusé, nepřesné a často nesprávné informace. Označení záznamů z tohoto období je zmatené nebo zcela nespolehlivé [comm. 14] ; skutečnou frekvenční odezvu předzkreslení použitého při jejich záznamu lze posoudit pouze sluchem. Například společnost Decca , která začala v roce 1950 prodávat dlouhohrající verzi svého patentovaného systému ffrr , zveřejnila během tří let čtyři různé grafy frekvenční odezvy [69] . Podle Coplanda však ve skutečnosti před přechodem na standard RIAA používala Decca pouze dvě schémata – „Blumlein 500“ a jeho verzi s nárůstem vysokých frekvencí nad 3,18 kHz [70] . Celkově si v poválečném desetiletí nárokovalo status standardu nejméně devět různých systémů [71] . Hranice mezi nízkofrekvenčními a středofrekvenčními oblastmi se pohybovala od 250 do 800 Hz, nárůst ve vysokých frekvencích byl od 8 do 16 dB na 10 kHz [1] . Kromě toho existovaly nereplikovatelné „proprietární standardy“ hlavních rozhlasových stanic, archivů a knihoven – například různé služby BBC používaly až do roku 1963 tři různá schémata preemfáze [71] . Průmyslové ( AES , 1950 [72] ) a mezinárodní ( CCIR , 1953 [73] ) organizace 'řídily proces', jak nejlépe mohly, a navrhovaly svá vlastní řešení. Poslední z těchto neúspěšných norem, německá DIN 45533 , byla schválena v červenci 1957 a nikdy se nedostala do sériové výroby [74] .
Mnoho nekompatibilních formátů hrálo do rukou pouze výrobcům zařízení, kteří posluchačům nabízeli komplexní zabarvení bloků pro korekci frekvenčních zkreslení. Výrobci desek se naopak zajímali o rychlou standardizaci frekvenční korekce. V roce 1953, když bylo jasné, že průmysl nehodlá přijmout vyrovnávací schémata NAB a Columbia, porovnala National Association of Broadcasters (NARTB) schémata vyrovnání frekvence používaná ve Spojených státech a založila je na ideální "průměrná" frekvenční charakteristika záznamu a přehrávání [1] . Ze všech skutečně používaných obvodů mu nejlépe vyhovovala frekvenční charakteristika desky RCA Victor , uvedené do výroby v srpnu 1952 pod obchodním názvem New Orthophonic [72] [1] . Jeho odchylka od průměrného ideálu v celém zvukovém rozsahu nepřesáhla ±1,5 dB [1] . RCA Victor, stejně jako Columbia, použil tříkolenovou záznamovou křivku, ale optimalizovanou pro 33⅓ otáček za minutu. Byl to obvod RCA Victor s nízkofrekvenčním zesílením \u003d 50,05 Hz, který byl vybrán jako národní standard USA [1] .
V letech 1953-1954 bylo navrhované řešení NARTB postupně uznáno Americkou asociací televizních a rozhlasových výrobců (RETMA) a Audio Engineering Society (AES). Poté , co ji Americká asociace nahrávacího průmyslu (RIAA) v květnu 1954 schválila jako národní průmyslový standard USA, stala se známou jako „křivka RIAA“ nebo „korekce frekvence RIAA“ ( angl. křivka RIAA, vyrovnání RIAA ). V roce 1955 se křivka RIAA stala britským národním standardem a obdržela prozatímní schválení od Mezinárodní elektrotechnické komise [1] [75] ; o tři roky později IEC oficiálně uznala křivku RIAA jako standard (publikace IEC-98-1958, nyní IEC 60098).
Přechod amerického průmyslu na křivku RIAA byl rychlý, alespoň slovy [76] . Výrobci si uvědomili, že za nových podmínek bude velmi obtížné prodat zásoby starých, nestandardních záznamů, a pospíchali s prohlášením o shodě s novou normou [76] . Přechod se ve skutečnosti vlekl několik let, během nichž společnosti rozprodaly staré zásoby a přetiskly nové edice starých desek [76] . Přesné datum úplného přechodu konkrétní společnosti na křivku RIAA nelze určit; lze jen konstatovat, že od roku 1956 se používá pro záznam téměř všech lakovaných originálů dlouhohrajících zvukových záznamů [77] v USA a západní Evropě. Jedinou výjimkou bylo Německo, kde výrobci a průmysloví regulátoři ještě několik let experimentovali s vlastním národním standardem, který se lišil od křivky RIAA velikostí [78] .
Navzdory vývoji studiového vybavení a kultuře výroby nahrávky se vysoce kvalitní možnosti přehrávání, které jsou standardu, okamžitě nedostaly k masovému spotřebiteli [79] . Vysoce kvalitní, přesné na standardní předzesilovače-korektory byly ve spotřebitelském vybavení 50. a 60. let vzácné; obvykle konstruktéři používali levné, nepřesné, špatně znějící předzesilovací stupně [79] . Hlavním důvodem tohoto postoje byla nízká kvalita šasi a ramena domácích přehrávačů, kvůli které bylo zbytečné zlepšovat elektronickou cestu [79] [comm. 15] . I u nejlepších korektorů té doby byla odchylka frekvenční odezvy od standardu výrazná, např. u dvoutranzistorového obvodu Dinsdale (1965) při přesném výběru součástek činila +1,6 dB při 20 Hz a + 0,7 dB při 20 kHz [80] . Nejlepší diskrétní tranzistorové obvody 70. let se odchylovaly od standardu o zlomky procenta, např. klasický obvod Technics SU9600 nepřesáhl ±0,3 % [81] (za cenu zvýšení napájecího napětí tranzistorového obvodu na 136 V [82] ). V 70. letech 20. století, s přechodem od diskrétních tranzistorů k integrovaným obvodům, přešli konstruktéři na relativně kvalitní, v sériové výrobě snadno reprodukovatelné korekční obvody na operačním zesilovači . Nejprve pod vlivem autority Johna Linsleyho Hooda dominoval relativně hlučný obvod operačního zesilovače v invertujícím zapojení; po publikaci Walkerovy práce v roce 1972 se dostal do popředí nízkošumový, ale méně flexibilní a výpočtově a ladící obvod pro operační zesilovač v neinvertujícím zapojení [83] . Přesnost reprodukce standardní frekvenční charakteristiky byla stále neuspokojivá až do vydání základní práce Stanleyho Lipschitze v roce 1979 , který vyvinul jednoduchý a spolehlivý matematický aparát pro výpočet předzkreslených filtrů [84] .
V září 1976 schválila Mezinárodní elektrotechnická komise revidované vydání publikace IEC-98. Frekvenční odezva záznamu v novém standardu se nezměnila, ale ve frekvenční odezvě přehrávání se objevila čtvrtá časová konstanta 7950 µs, která odpovídá horní propusti s mezní frekvencí 20,02 Hz [85] [16] . Podle představy tvůrců standardu měl nový filtr potlačovat průchod infrazvukových vibrací při přehrávání pokřivených desek [85] [16] . Motivy IEC zůstaly záhadou: ani veřejnost, ani nahrávací a elektronický průmysl nikdy takové změny nepožadovaly [85] . Tito i jiní se setkali s inovací s nepřátelstvím. Někteří výrobci spotřební elektroniky odmítli zavést nový filtr do svých zesilovačů, jiní jej učinili přepínatelným [13] . V 21. století naprostá většina výrobců zesilovačů neuplatňuje novelu IEC [2] , zatímco formálně zůstává v platnosti novela z roku 1976 [83] .
Kritici novely IEC v 70. letech upozorňovali především na nežádoucí nelinearitu „korigované“ frekvenční charakteristiky průchozího kanálu. Při frekvenci 20 Hz byla blokace frekvenční odezvy vůči lineární -3,0 dB, při 40 Hz -1,0 dB, při 60 Hz -0,5 dB [85] [16] . Kvalitní reprodukce takto nízkých frekvencí byla údělem profesionálů a několika bohatých amatérů, kteří se nechtěli rozloučit s tím, co získali [83] . Infrazvukové dunění v systémech této úrovně bylo minimální a pro přehrávání deformovaných disků se v případě potřeby používaly dlouho známé přepínatelné filtry [83] .
Novela IEC měla i objektivní nedostatky. Filtr prvního řádu na 20,02 Hz víceméně efektivně potlačil pouze hlavní tón zkreslení šumu (−14,2 dB při 4 Hz) [85] [16] . Při frekvenci hlavní rezonance raménka (cca 13 Hz) se potlačení hluku snížilo na -5 dB [85] [16] . K ochraně bassreflexových akustických systémů, které jsou extrémně citlivé na průchod infrazvuku, to nestačilo; není náhoda, že tento typ reproduktorů se rozšířil až poté, co byl vinyl nahrazen kompaktními disky [16] . Dalším problémem specifickým pro 70. a 80. léta byla potřeba použití elektrolytických kondenzátorů ve zpětnovazebním obvodu. Kondenzátory požadovaného jmenovitého výkonu měly v těchto letech nepřijatelně vysoké kolísání počáteční kapacity (-20 % ... + 50 %) a zaváděly do zvukového signálu znatelné zkreslení [13] .
V roce 1995 se mezi fandy a vývojáři zařízení rozšířilo tvrzení, že na návrh výrobce záznamníků Neumann byl do standardní anti-RIAA funkce zaveden přídavný pól s časovou konstantou 3,18 ms (mezní frekvence 50,0 kHz) . Podle vyšetřování Keitha Howarda z časopisu Stereophile byly „zprávy“ poprvé hlášeny emeritním australským elektronickým inženýrem Allenem Wrightem; po něm zprávu zopakoval neméně autoritativní Jim Hegerman [83] . Výrobci předzesilovačů brzy doplnili svá zařízení o obvod, který „kompenzoval“ údajně používaný „Neumannův pól“ při nahrávání. Jeho vliv na frekvenční odezvu byl malý (+0,64 dB při 20 kHz), ale mohl zavést významnou, slyšitelně znatelnou fázovou chybu v horní oktávě zvukového rozsahu [83] . Horší je, že ultrazvukové cvakací komponenty zesílené tímto obvodem by mohly přetížit následující zesilovací stupně a reproduktory [40] .
Ve skutečnosti „Neumannův pól“ nikdy neexistoval [40] [13] . Skutečný Butterworthův filtr používaný touto společností pouze chránil pohony frézy před vysokofrekvenčním šumem. Řezačka sama o sobě z principu nebyla schopna zaznamenat frekvence ležící nad frekvencí vlastní rezonance (22 kHz) [40] [86] .
Frekvenční korekci při přehrávání záznamů lze realizovat tradičně, pomocí analogových filtrů nebo v digitální doméně. Například již v roce 2005 bylo v programu Audacity poskytnuto 12 historických korekčních schémat , včetně standardního schématu RIAA [88] . Pro kvalitní reprodukci zvuku bylo podle údajů z roku 2008 digitální zpracování signálu nevhodné; perspektiva přechodu na digitální korekci se objevila až se zavedením 24bitových ADC [89] . V sériových předzesilovačích-korektorech se stále používají tradiční analogové filtry - pasivní i aktivní filtry s frekvenčně závislými zpětnovazebními obvody. Pasivní obvody vyžadují větší amplitudy signálu, větší rezervu přetížení, vyšší napájecí napětí, jsou extrémně citlivé na vstupní zatěžovací impedanci frekvenčně závislých obvodů [90] [91] . Tyto požadavky jsou snadno splněny u elektronkových zesilovačů a v tranzistorových zařízeních převládají aktivní filtry [90] [91] .
Z mnoha konfigurací aktivních filtrů většina autorů doporučuje obvod založený na jediném nízkošumovém operačním zesilovači (op-amp) v neinvertujícím zapojení [92] [86] [91] ; při provedení jako samostatné zařízení je obvykle doplněn o sledovač výstupního napětí a při připojení nízkocitlivého snímače pohyblivé cívky o vstupní zesilovací stupeň nebo zvyšovací transformátor [93] . Alternativní obvod založený na operačním zesilovači v invertujícím zapojení, populární v 70. letech, má neodstranitelnou nevýhodu – asi o 14 dB horší hladinu hluku – a proto se prakticky nepoužívá [94] . V minulosti se podobné obvody hojně používaly na specializovaných nízkošumových zvukových mikroobvodech ULF (například LM381 a jeho klon K548UN1), ale s poklesem prodeje audio zařízení byly tyto IO ukončeny a konstruktéři byli nuceni vrátit se k univerzálním operační zesilovače [95] .
Existují čtyři základní, ekvivalentní konfigurace frekvenčně závislé zpětnovazební smyčky (R1C1R2C2) obklopující operační zesilovač. Ve výše uvedené verzi („obvod A“ podle Lipschitze) R1C1=T1 = 3180 µs, R2C2=T2 = 75 µs, (R1||R2)(C1+C2)≈T 3 =318 µs [96] . Kapacita C0 spolu s R0 tvoří horní propust s mezní frekvencí 3,3 Hz, s níž norma nepočítá, což zabraňuje zesílení předpětí operačního zesilovače; přepínatelný HPF "IEC změny" R3C3 je pasivní. Vzhledem k tomu, že zisk operačního zesilovače v neinvertujícím zapojení nikdy neklesne pod jednotu, je pro potlačení průchodu ultrazvukových frekvencí na výstup dodatečně zaveden do obvodu pasivní dolní propust R4C4 s mezní frekvencí 63 kHz. [87] . Pro kompenzaci útlumu způsobeného tímto filtrem v audio rozsahu je zvolena časová konstanta (R1||R2)(C1+C2) mírně odlišná od standardních 318 µs.
Ve vysoce kvalitním předzesilovači-korektoru by měla být rezerva přetížení alespoň 28 dB na zvukových frekvencích a alespoň 34 dB na ultrazvukových frekvencích [97] . Pro splnění této podmínky je zesílení výše uvedeného obvodu nastaveno na minimum, pouze 30 dB při 1 kHz [87] . Pro snížení Johnsonova šumu odporů jsou jejich hodnoty voleny tak nízké, jak to výstupní stupeň operačního zesilovače umožňuje [32] . V nejhorším případě při zesilování ultrazvukových frekvencí klesne zatěžovací odpor operačního zesilovače na hodnotu R0, která by neměla klesnout pod povolenou hodnotu pro tento operační zesilovač. Ve výše uvedeném příkladu je hodnota R0 (220 Ohm) zvolena podle standardní řady E3 ; jeho deriváty R1, C1, R2 a C2 mají nevyhnutelně nestandardní hodnoty [32] . Při výběru nejbližších hodnot ze standardní řady E12 je odchylka frekvenční odezvy od normy bez zohlednění technologického rozptylu 0,7 dB; u řady E24 klesá na 0,12 dB a pouze při použití součástek řady E96 dosahuje přijatelných 0,06 dB [98] . Nejlepším (ale také nejdražším v hromadné výrobě) řešením je individuální výběr R1, C1, R2 a C2 ze standardních paralelně zapojených odporů a kapacit [32] .
Pro ladění a kontrolu frekvenční odezvy předzesilovačů-korektorů se používají generátory rozmítané frekvence (SFC) s frekvenční charakteristikou shodnou se standardní frekvenční charakteristikou záznamového kanálu RIAA. Pro tento úkol se v 21. století nejlépe hodí specializované digitální oscilátory s možností externího programování frekvenční charakteristiky [100] . V amatérské praxi se stále používají analogové "anti-RIAA filtry", zapojené mezi výstup klasického GKCH a vstup předzesilovače-korektoru. Tyto filtry, stejně jako samotné korektory, mohou být aktivní nebo pasivní, s frekvenčně závislým obvodem soustředěným v jednom stupni nebo s filtrací po jednotlivých stupních. Z hlediska pohodlí jemného doladění frekvenční odezvy jsou preferovány aktivní obvody s postupným filtrováním, ve kterých je každý frekvenčně závislý spoj prvního řádu izolován od dalšího spoje napěťovým sledovačem s vysoká vstupní impedance [101] . Z hlediska ceny jsou výhodnější koncentrované pasivní filtry, podobně jako obvod R0R1C1R2C2 z výše uvedeného obvodu předzesilovač-korektor [99] . Při použití kvalitních, tepelně stabilních součástek s přípustnou odchylkou od jmenovité hodnoty minimálně ±1% je maximální odchylka frekvenční charakteristiky obvodu od normy cca ±0,2 dB [99] . Nejlepší přesnost je dosažitelná pouze při seřízení filtru pomocí profesionálních měřicích přístrojů [99] , přičemž náklady na přesné kapacity a odpory mohou dosahovat neúměrně vysokých hodnot [100] .