A mechanikus hanglemezek gyártása bonyolult, de biztonságos technológiai folyamat. Története a hangrögzítéssel kezdődik, a lemeznek galvanoplasztikai sokszorosításával folytatódik, végül nagy teljesítményű présgépekkel való préseléssel fejeződik be. bélyegkép|jobbra|250px|Hanglemezek préselése a budapesti kelenföldi Kábel– és Műanyaggyárban (1959)
Akusztikus hangfelvételi eljárás Az elektromos hangfelvételi eljárás bevezetése előtt a lemezvágó gép fordulatszámát röpsúlyos fordulatszám-szabályozó tartotta állandó értéken. A már elkészült felvételt módosítani nem lehetett, hiba esetén meg kellett ismételni.
Elektromos hangfelvételi eljárás Az elektroncső feltalálása már 1920-ban lehetővé tette, hogy a mikrofonnal felvett hangot felerősítsék, és elektrodinamikus eljárással vágják a hanglemezeket. A Western Electric mérnökei meg is valósították. Az újfajta gramofonlemezek sokkal jobb hangminőséget nyújtottak. Ám az új eljárással készült lemezeket nem dobták piacra; attól féltek, hogy az addig felgyülemlett akusztikus fonográf és egyéb régi típusú felvételek eladhatatlanná válnak. Végül a Columbia és a Victor átvette a szabadalmat, és 1925-ben elkezdődött az új eljárással készült lemezek eladása.
Érdekesség, hogy az 1921-ben elhunyt Enrico Caruso után kizárólag akusztikus felvételek maradtak. Ezeken Caruso hangját általában zongorakísérettel rögzítették. A zenekedvelők számára elkezdődött ezeknek a felvételeknek átírása elektromos eljárással, sőt lehetővé vált zenekari muzsika hozzákeverése is. Emlékezetes az 1904-ben rögzített énekhangja, amelyet a Bécsi Rádió Szimfonikus Zenekara 2002-ben egészített ki zenekari kísérettelUna fortiva lagrima Elektronikusan felújított Caruso-felvétel
1916-ban feltalálták a kondenzátormikrofont, majd 1920-ban a szalagmikrofont (Bändchen mikrofon néven ismeretes Magyarországon). Ettől kezdve nem a hangfelvevő eszköz, hanem a hangrögzítés módja – és főleg a lejátszás lehetőségei – jelentették a hangminőséget korlátozó tényezőket.
Ezek az évek jelentették az áttörést a hangosfilmek történetében. A Vitaphone alkalmazta először a 33 1/3-os fordulatszámot. A lemezek átmérője 16 hüvelyk (40,6 cm) volt, így 11 percnyi hangot lehetett egyetlen lemezoldalon rögzíteni.
A hanglemez hangvisszaadásának problémái Az első probléma az, hogy a lemez állandó szögsebességgel forog. Ezért a hangfelvétel elején maximális a barázdamenti sebesség, amely a legbelső barázdánál csaknem harmadára csökken, így romlik a magas hangok visszaadása. A legkülső hangbarázda átmérője 292 mm, legbelső 108 mm. Ha a maximális írási sebesség 100 mm/s, akkor a legbelső barázda sebessége csupán 37 mm/s. Ezt úgy küszöbölik ki, hogy a felvétel végén magashang-kiemelést alkalmaznak. Történtek próbálkozások az állandó kerületi sebességű forgatásra, de ilyen eszköz nem került kereskedelmi forgalomba. Érdekességként még manapság is készítenek olyan lemezt, amelynél a fentiek miatt belülről-kifelé halad a lejátszófej. Ravel: Boleró - visszafelé Ravel Bolerója ugyanis pianisszimóval kezdődik és fortisszióval fejeződik be. Minden más zeneműtől eltérő módon viseli a nagy amplitúdókat és a nagy sebességamplitúdókat.
A másik probléma az, hogy a lejátszókar rögzített függőleges tengely körül képes elfordulni, mialatt végighallgatjuk a lemezt. Az egyenes lejátszókarnál ez azt jelenti, hogy a lejátszótű kezdetben a sztereó bal csatornán támaszkodik, és oldalirányba húzza el a hangszedőkart. Ennek következtében jön létre a skating (szánkázási erő). Hasonló történik a legbelső barázdánál, ellentétes irányban. A problémát a hajlított hangszedő kar (20-30 fokban meghajlítva) és az antiskating erő beállító mechanika oldja meg. Természetesen megoldották azt, hogy a lemezvágó fej mindig a barázda futásirányában álljon (linear recording, illetve lejátszásnál linear tracking, tangential tracking). A lineáris fejvezetés szabadalmi leírása Ezért léteznek ugyanígy felépített lejátszókészülékek is. A gyakorlat viszont azt mutatja, hogy a lineáris vágású lemezeket többnyire rögzített forgáspontú lejátszókarral játsszák le. Ezért van skating, és van torzítás is hol a bal, hol a jobb csatorna rovására.
A hangerő tekintetében a torzítás a sztereótechnikában azzal jelentkezik, hogy a bal-és jobb csatorna eltérő hangerővel szól. Erre a megoldás a változó menetemelkedésű barázda (806-13-22 groove with variable pitch), illetve a változó mélységű barázda (806-13-23 groove with variable depth). Ennek megoldása az, hogy a hangfelvételt tartalmazó magnetofon két lejátszófejet tartalmaz. Az első lejátszófej vezérli az imént említett korrekciókat, és azt is, ha változó barázdasűrűségre van szükség. A második lejátszófej szolgáltatja a valóban rögzítendő hanganyagot. Érdemes megjegyezni, hogy az angol pitch kifejezés itt nem a hangmagasságot jelenti, hanem a sugár egységére eső barázdák számát. (709-edik oldal)
A barázdák szélessége és sűrűsége ugyan szabványos, de előfordulhatnak szokatlan részek a muzsikában. Ilyen lehet például, ha egy orgonafelvételnél teljes hangerővel szólal meg a szubkontra C (16,3 Hz).
További problémát jelent az, hogy a vágó- és lejátszótűnek nem nulla a mérete. A vágótű hátoldala 45°-os szögben áll, ezért a barázda oldalvonala nem lehet 45°-nál nagyobb görbületű. A barázda széle hű másolata a hangnak, de az így kialakult hullámvonal egyenestől való eltérése csak a normál lemezeknél nagyobb 20 foknál. Ugyanezen okból a barázda nagy kitérésnél szűkül, és ez a körkúp formájú lejátszótűt kiemeli a barázdából. Csakhogy a sztereó technikánál a tű függőleges mozgása a jobb- és bal csatorna különbségével arányos. Egy ilyen hiba következtében a sztereó hangtér hol szélesedik, hol meg szűkül. Ennek megoldása az elliptikus lejátszótű, amely oldalirányban előírt szélességű, de a lejátszás irányában keskeny (felülről nézve a barázda irányára merőlegesen kiszélesedik). A jelenség a lemezvágásnál nem lép fel, mert a vágótű V-alakú.
A hanglemez tulajdonságainak befolyása a frekvenciaátvitelre Meg kell különböztetnünk a barázda irányába eső haladási sebességet a barázdára merőleges írási sebességtől. Egy normállemez legkülső barázdájának haladási sebessége túllépi az 1 m/s-ot. Keresztirányban, a hangerővel arányos kitérés sebessége a legtöbb szabvány szerint 100 mm/s. Ez a maximális kitérés és a maximális hangerő alapszintje 1000 Hz frekvencián. Ha ezt betartanánk, a mély hangoknál akkora kitérés (amplitúdó) jönne létre, amely nagyobb a barázda szélességénél (50μm), és a lejátszótű átugrana a szomszéd barázdába. Nagyobb hangfrekvenciáknál irreálisan nagyra növekedne az írási gyorsulás, ezért ott is állandó amplitúdójú vágást alkalmaznak.
Mint a rezgésekre vonatkozó fizikai ismertekből ismeretes, az amplitúdó és a gyorsulás ellentétes előjelű, és függ a körfrekvenciától (a képletekben omega jelzi). Ez magyarázza meg a lemezvágásnál alkalmazott frekvenciamenetet.
Legyen az amplitúdó jele r. Ebből a sebesség ,
a tű gyorsulása
RIAA frekvenciamenet bélyeg|RIAA lemezvágási sebességamplitúdó (kék) és lejátszási frekvenciakorrekció dinamikus hangszedőnél (piros) A régebbi technológiai megoldások többféle frekvenciamenet megvalósításához vezettek. Ezek közül leginkább ismeretes az amerikai hanglemezgyártók szövetségének (RIAA) ajánlása. Ezt érdekességképpen a DECCA frekvenciamenettel összehasonlítva annak töréspontjait nem a frekvenciával határozzák meg, hanem a hozzá tartozó időállandóval. Ezért az időállandó pontos, a frekvencia viszont kerekített érték. Az alábbi példák sztereó hanglemezek maximális kivezérlésére vonatkoznak és többnyire 250 mm átmérőjű „nagylemezekre”.
A rögzítendő frekvenciatartomány 1:1000-hez. A mellékelt ábrán látható, hogy az ezt megvalósító amplitúdó tartományt 40 dB-re, tehát 1:100-ra szűkítették le.
A növekvő frekvenciák irányában haladva az első töréspont 20 Hz-nél található (7960 μs). Ezért a 20 Hz alatti frekvenciák amplitúdója növekszik, de ez nem kritikus, hiszen nincs olyan zenemű, amelynél 20 Hz alatti kontrabasszus hangok maximális hangerővel szólnának. Egyébként ebben a tartományban jelentkezik a hordozó és a meghajtás dübörgő hangja (rumble), amelyet az ún. rumpliszűrővel amúgyis le szokás vágni.
20 Hz-től 50 Hz-ig (3180 μs) a hangokat állandó sebességgel vágják Ez elméletileg 8 mm/s.
50 Hz-től 500 Hz-ig (318 μs) állandó amplitúdójú vágást (25 μm) használnak. Ennek sebessége mono lemezeknél 100 mm/s-ig növekszik. A 78-as fordulatszámú ún. normállemezeknél (common records) az amplitúdó 50 μm is lehet.
500 és 2120 között állandó sebességű vágást alkalmaznak (monaurális lemezeknél 100 mm/s, sztereo lemezeknél 80 mm/s).
2120 Hz fölött (75 μs) állandó amplitúdójú a vágás. Az író- és lejátszótű gyorsulása maximális hangerőnél 4000 m/s², félelmetesen nagy, de mértek már 15000 m/s² gyorsulást is. Itt jelentkezik a különbség: a DECCA lemezek töréspontja 3183 Hz (50 μs).
A lemezvágás szempontjai a lejátszáshoz A lemezgyártásról szóló szócikkben is meg kell említenünk mindennek a következményét a lejátszásra, ugyanis a lejátszófejeknek két csoportja létezik:
Amplitúdó-érzékeny hangszedők: kristály (piezzoelektromos) keramikus kondenzátor (elektrosztatikus) fotoelektromos félvezetős nyúlásmérő bélyeges
Sebesség-érzékeny hangszedők: mozgó mágneses dinamikus (mozgó tekercses) Az előbbiekben említett frekvenciamenet következménye, hogy a dinamikus hangszedő 500 Hz alatt mélyhang emelést, 2120 Hz fölött magashang vágást igényel. Ezt valósítják meg azok az áramkörök, amelyeket általánosságban RIAA korrektornak neveznek. A RIAA korrektor frekvenciamenete épp tükörképe a vágási amplitúdó frekvenciamenetének (500 Hz-től 50 Hz-ig a jel sebessége épp tizedére csökken, kb. 8 mm/s-ra).
Olcsóbb lemezjátszóknál, keramikus, vagy kristályhangszedőnél viszonylag kis ellenállással lesöntölve a hangszedőt elég jól helyreállítható a kívánt frekvenciamenet. Habár az ilyen hangszedő mélyemeléssel adja vissza a rögzített hangot, a gyenge minőségű erősítők ezt általában kompenzálják.
A hangzó anyag összeállítása A hangfelvétel nagy hangminőségű stúdiómagnetofonnal készül. Ennek korrigálása, keverése eredményeképp alakul ki a tényleges rögzítendő zenei anyag.
Lemezvágás A sellak lemezek gyártását egy 1942-es film mutatja be RCA Picture A Hogyan készül? sorozatban a mikrobarázdás lemezgyártás folyamata láthatóLemezgyártás Hogyan készül? sorozat, Discovery Channel
Saját használatra ritkán alkalmaztak otthoni lemezvágó készüléket. RCA Vicror Victrolac előre vágott üres barázdákkal kapható lemezek: 1930 Ennek egyik oka, hogy a felvétel hibáit kijavítani nem lehetett. A másik a nyersanyag (a hanghordozó) beszerzésének nehézsége. Ilyen célra néha elhasznált röntgenlemezeket alkalmaztak. Ezek a felvételek meglehetősen rossz minőségűek voltak. A huszadik század közepén virágzott a Saját hangja, vigye haza szolgáltatás.
Adatok névleges átmérőlemezátmérőelső modulált barázdautolsó modulált barázdanévleges átmérőlemezátmérőelső modulált barázdautolsó modulált barázdaangol hüvelykmm 12 11 7/8 ±1/3211 7/164 3/4304,8301,625±0,794290,5125120,65 10 9 7/8 ±1/329 7/164 3/4254250,825±0,794239,7125120,65 7 6 7/8 ±1/326 9/164 3/4177,8174,625±0,794166,6875120,65ASA Standard C16.5-1961National Association of Broadcasters A magyar szabvány természetesen a kerekített metrikus értékeket tartalmazza.
A lemezvágáshoz felhasznált anyag Kezdetben sellakból, majd viaszból készültek hanglemezek. A Magyar Rádió hangfelvételei a második világháború előtt viaszlemezre, filmre (7 mm széles és 32 cm/s sebességű Mille-rendszer), vagy mágnesszalagra (90 cm/s sebességű Stille-rendszer) készültek. A nyersanyaghiány éveiben röntgenlemezeket is használtak erre a célra.
Magyarországon az ipari lemezgyártásnál csaknem ugyanabban az időben hagytak fel a viaszlemezes technológiával a lakklemez javára és a magnetofon használatára 1952-ben. Ez egybeesett a hanglemezipar államosításával és a Magyar Hanglemezgyártó Vállalat létrehozásával 1951 június 1-jén.
Az ipari lemezvágó gép