Производство на грамофонни плочи "Production of vinyl records"



1.Лаков носител.

При производството на плочи, записът от магнитната лента първоначално се записва на лаков диск.
Той е известен с найменованието "lacquer" по американската терминология, или "acetate" по стара европейска терминология.
Обикновенно това е алуминиев диск с покритие от нитроцелулозен лак.
Самият процес на запис представлява механическо нарязване на канала по лаковия слой посредством резец направен най-често от корунд.
Предварително се нарязва тест канал, която се изследва под микроскоп и се контролира качеството.
Лаковият носител, или ацетат (както ше го наричаме за по-кратко) най-често е покрит с лак само от едната страна.
Той напомня по външен вид обикновенна грамофонна плоча и може да се възпроизвежда на нормален грамофон.
Той обаче е много крехък и бързо се износва.
Предназначението му е не да се просвирва многократно като грамофонна плоча, а само няколко пъти.
Целта е да могат звукоинженерите, продуцентите и самите музиканти да оценят качеството на възпроизвеждания запис и да направят съответните корекции: като ниво, тембър.

Ацетат на фирмата Decca Производството на лаковия носител в единични бройки е трудоемък процес и струва скъпо.
След достигане на желаното ниво и качество на звука, допълнителен ацетат не е необходим.
Понякога ацетати се изготвят за рекламни, или демонстрационни нужди като заместител на грамофонната плоча, без да се минават всички стадии за изготвяне на грамофонната плоча.
Ацетатите са редки екземпляри, защото се изготвят в единични бройки и ако не са били използвани (пуснати в обръщение) и просвирвани, цената им може да достигне хиляди долари!
Много от невероятните музикални записи са оцелели само благодарение на ацетат!
Има в действителност много велики групи от които практически почти не е останало нищо, освен шепа ацетати.

2.Мастер диск.

Когато звукоинженирите постигнат оптимално качество, се изготвя финален лаков носител, или мастер диск (soft master, master lacquer), който ще бъде използван при последващото производство.
Това е диск който не само, че не трябва да се просвирва, но дори и не трябва да се пипа с ръка, за да не останат дори и най-малки замърсявания.
Той се закрепва, чрез централен отвор в специален контейнер, предотвратяващ всякаква възможност за попадане на замърсявания и прах върху повърхността му.
За производството на двустранно записани плочи са необходими два такива мастер диска - по един за всяка страна.

3.Матрица.

Отлепване на матрицата от мастер диска. Следващия етап е обработване на мастер диска с разтвор на калаен хлорид, който след това се отмива с вода.
От него остава само съвсем тънък слой върху лаковата повърхност на диска. След това върху диска се нанася разтвор на сребърен нитрат и след секунди диска се покрива с тънък слой възстановено чисто сребро.
Сега вече повърхността на диска е проводник на електрически ток и може да се нанесе по електрохимичен път допълнителн слой по-твърд метал като мед, или никел.
Непрекъсвато се следи дебелината на този допълнителен слой да достигне до необходимата технологична дебелина необходима на матрицата.
След тази процедура дебелият слой метал се отлепя от повърхността на мастер диска.
Mатрица. Обикновенно отлепянето е съпроводено с повреждане на повърхността на мастер диска и той се бракува.
Металическият негатив остава единственият носител на фонограмата.
Разбира се с него вече може да се пресоват плочи, но в случай на многотиражно промишлено производство, това никога не се прави.
Той става матрица, или мастер (master matrix, negative master, metal master, master, father), образец за по-нататъшно копиране.
Впрочем за малотиражно производство на грамофонни плочи, следващите стадии се пропускат, и в пресата в качеството на щампа се залага непосредствено матрицата.
За много съвременни плочи в тираж 200 - 2000 копия това е напълно достатъчно.

4.Позитивна матрица.

Следващата технологична операция става отделянето от матрицата на остатъците от бързо сулфатизиращия слой сребро.
След няколко процедури за обработване на матрицата с цел да се предотврати залепване с копията, матрицата е готова за електролитно клониране.
От негативната матрица се правят няколко позитивни матрици (positive matrices, metal mothers, mothers), металически близнаци на лаковият носител.
Позитивните матрици се подлагат на полиране с цел да се подобри запълването с винил на произведените от нея щампи при последващото пресоване.
По-нататък позитивните матрици, или майките както още ги наричат се отправят към различните заводи и филиали на фирмата производител, където ще се извършват последващите операции.
Именно по тази причина плочите, чийто първообраз се явяват матриците, могат да звучат различно в зависимост от завода производител, особено ако единият завод е в Англия, а другият е някъде в Занзибар.

5.Щампи.

Горна и долна щампа. Тъй като майката няма крехкостта на лаковият диск, от тях вече може много лесно да се копират по същия електролитен способ голямо количество щампи-негативи (stampers), които могат да работят непосредствено в пресите.
В добрите златни времена на грамофонните плочи от една щампа са се произвеждали не повече от 300 до 500 плочи.
Днес се счита за нормално да се щамповат и няколко хиляди.
Впрочем и в добрите стари времена - нормата за производство от една щампа е могло да се пренебрегва, за да може по-бързо да стигнат до пазара популярните плочи.
Класически примери в това отношение са Rolling Stones -Sticky Fingers, заради сложността и невъзможността да се намери читаво копие от тази плоча.
Счита се, че от една негативна матрица могат да се произведат от 6 до 10 майки, а от всяка майка - от 6 до 10 щампи.
Очевидци обаче твърдят, че още в далечната 1960 тази нарма не се е спазвала.
Така например George Bettyes, работещ инженер по мастеринга на дисковете в компанията DECCA от 1957 до 1972г, казва за примерно 80 щампи от една майка за популярните плочи.
За плочите на The Beatles, например двузначни и даже тризначни номера на майките и щампите е било нормално.

6.Грамофонни плочи.

Получените щампи се поставят в пресата, между тях се поставя виниловата заготовка с два етикета отгоре и отдолу, и всичко това се пресова на 100 тонна преса при 130 - 150 градуса по Целзий.
След това следва охлаждане на щампите със студена вода, и след половин минута плочата вече се е втвърдила и може да се извади.
Следва повтаряне на цикъла за нова плоча.

По-долу Ви предлагам видеофилм, илюстриращ процеса на производство на грамофонни плочи.
Той показва опростеният "съкратен" вариант за малкотиражен цикъл.

                Вариант на руски:                                          Вариант на английски:
          

7.Винил и особености при производството на грамофонни плочи.

Колкото и да е странно "винил" съвсем не е това от което се правят грамофонните плочи.
Химическото съдържание на винила е радикал (въглеводороден остатък) на етилена.
От радикала нищо не може да се направи - това просто е обозначение за устойчива химическа част на органични молекули, преминаващи от едно състояние в друго без изменение.
Химическата формула на винила е:

- CH = CH2

Производството на винилови плочи се базира на съполимера на винилхлорида/винилацетата, т.е. полимер състоящ се от два типа молекулни мономери, многократното повторение на които образуват огромни молекули с нови свойства.
Ето и структурните формули на тези съединения:

Винилхлорид и поливинилхлорид (PVC)

<Структурна формула на винилхлорид и поливинилхлорид.

Мономерният винилхлорид (VCM)се полимеризира като образува поливинилхлорид (PVC).
Полярните връзки C-Cl способстват за образуване на силни междумолекулни връзки между веригите.
Като резултат PVC има много твърда структура и за придобиване на пластичност му се добавят така наречените пластификатори.
Поливинилхлорида е първият синтетичен материал за който бил получен патент през 1913 год.
PVC е важен съвременен полимер от който се прави продукция с огромен спектър на приложение:
От тръби (36%,от целият обем PVC), строителни мателиали - 17%, дограма - 13%, до искуствена кожа, писалки и т.н..
По данни от 1970 г, около 3% от западноевропейското производство е отивало за производство на грамофонни плочи.
Днес целогодишното потребление на поливинилхлорид превишава 30 милиона тона.
Поливинилхлорида притежава много добра устойчивост на киселини и основи, добра на масла, мазнини и алкохоли (в зависимост от материала) и лоша към ароматните въглеводороди.
На практика това означава, че толуола, бензола, ксилола и нафталина са смъртно опасни за грамофонните плочи!
Първите три вещества от този списък влизат в състава на някои бои, лакове и разтворители за тях.
Ако в къщи решите да извършвате бояджиски дейности с такива бой - бъдете внимателни.

Винилацетат и поливинилацетат (PVA)

Структурна формула на винилацетат и поливинилацетат.

Благодарение на свойството си да се полимеризира не само в твърдо състояние, но и във вид на разтвор, емулсия или суспензия, винилацетата се използва за производство на дисперсни синтетически смоли.
Поливинилацетата, неговите производни и съполимери се използват за производство на синтетични лепила, бои, синтетични покрития, синтетични влакна, опаковки и т.н.
Поливинилацетата притежава добра устойчивост към киселини и основи, и средна устойчивост към разтворителли.

Съполимер на винилхлорида/винилацетата (VC/VA)

Поливинилхлорида се явява основа на множество композиции в които, чрез добавка на други компоненти се получават пластмаси с други свойства.
Обикновенно тези добавки съставляват от 5% до 30%.
Една от тези композиции е съполимера между винилхлорида и винилацетата, като частта на последния е около 13%.
Точно тази композиция е известна под найменованието "винил", който лежи в основата за производство на грамофонни плочи.
Важно е да се разбере, че това не е механична смес от два полимера, а представлява съполимер - високомолекулно химическо вещество, молекулите на което се състоят от два вида сруктурни звена.
Името "винил" представлява жаргонно найменование и няма нищо общо с истината от гледна точка на химията!
Важно е да се подчертае, че в разтвора на този съполимер са добавят редица други вещества с различно предназначение за подобряване на свойствата на крайния продукт като - полимеризатори, стабилизатори, оцветители и др.
В промишлеността често се използва термина "винилова смола", а също има и различни фирмени наименования, под които производителите я предлагат.
Съполимера винилхлорид/винилацетат е разтворим освен от горепосочените ароматни съединения, но и от кетони и естери.
В композицийте за производство на грамофонни плочи освен съполимера VC/VA, често се включва и самият винилхлорид в значителни количества от съображения за икономия.

По данни на западноевропейската промишленост през 1977 г, за производството на грамофонни плочи се е употребявало 50% от цялото производство на винилова смола!
Това са пиковите години в производството и продажбата на грамофонни плочи!

Родоначалник на цялата винилова звукозаписваща индустрия и патента за използване на виниловата смола като материал за производство на грамофонни плочи, бил получен от американската компания Union Carbide на 31 октомври 1933 г.
В патента е описано като пример състава на смолата:

Пример 1 Пример 2
100 части винилова смола
60 части барит (природен минерал - бариев сулфат)
40 части глина (меки скални части)
1 част карнаубски восък (карнауба - вид бразилска палма)
1 част калциев стеарат
1 част вар
100 части винилова смола
87 части памук
8 части влакнест талк
1 част карнаубски восък
1 част калциев стеарат и вар


Под винилова смола в тези примери се подразбира съполимера между винилхлорида и винилацетата в съотношение 80:20.
Разбира се патента придвидливо обхваща всякакво съотношение на съполимера.
В днешно време много от природните материали в рецептурника са отпаднали поради простата причина, че са създадени синтетични такива, но калциевият стеарат и карнаубският восък се използват и до днес.
През всичките тези години от раждането на виниловата плоча до днес са използвани редица видове материали и пълнители с цел подобряване на качеството, или за избягване на патентното право.
Така например през 40 и 50-те години на миналия век, DECCA използвала оригинален състав на основата на съполимер от винилхлорид и винилиден във Великобритания, за да заобиколи патента на Union Carbide.
В последствие срока на действие на патента изтича и подобни трикове се оказват ненужни.
За нормалното производство на грамофонни плочи се използва 12% - 15% винилацетат.
В състава на плочите влиза около 95% винилова смола и редица добавки, точният състав и пропорции на които в много от случайте са секретни.
Самата смола също съдържа редица добавки (части от процента) за преодоляване на редица трудности от технологичен и химичен характер, а именно:

  • Виниловата смола се разлага под действието на топлината и ултравиолетовата светлина.
  • Кислорода от въздуха инициира редица деградационни процеси в полимера.
  • Смесването на нагрятата смола, пресоването и всички следващи операции за физическата обработка на плочата изискват значителни усилия за преодоляване на вътрешното съпротивление на материала, изискващо допълнителна енергия и е съпроводено със значително топлоотделяне.
  • Виниловата смола се залепва към щампата.
  • Виниловата смола е недостатъчно пластична за безупречно запълване релефа на щампата.
  • Виниловата смола лесно се наелектризира, което става причина за привличане на прах и чужди частици.

В зависимост от функцийте които изпълняват, добавките се делят на:

  • Стабилизатори
  • Вътрешно-смазочни лубриканти
  • Външно-смазочни лубриканти
  • Пластификатори
  • Антистатици
  • Пигменти

Повишената температура и ултравиолетовото излъчване способстват за разграждане (разпадане) на молекулите на полимерите, което води до влошаване на физическите свойства на материала.
При това от разпадащите се молекули се образуват алдехиди, кетони, киселини и спирт, в резултат на което материала става по-мек и с по-ниска молекулна маса.
За предотвратяване на тези процеси се използват инхибитори и антиоксиданти.
Рентгеновото, гама излъчването, потоците от електрони и неутронното облъчване също предизвикват деградация на виниловата смола.
Съществува даже такъв фактор като микробиологическото разрушение предизвикано от гъбички и бактерии.
Специализираната литература определя микробиологичната устойчивост на поливинилхлорида като "good, questionable" (средно добра), т.е. устойчивостта му не е достатъчно изучена, което е удивително за най-важната в света пластмаса с вековна история!

Стабилизаторите се добавят в смолата за повишаване устойчивостта на винила към високата температура (преди всичко в процеса на пресоването) и към ултравиолетовото облъчване за забавяне на окислителните процеси.
Най-популярните стабилизатори са метални соли на висшите мастни киселини: стеарати, стеарат на оловото, бария, калция, цинка и магнезия.
Стабилизиращо действие притежават също редица други вещества като:сулфатите, фосфатите, карбонатите на оловото, слабите въглеродни киселини.

Смазочните материали обезпачават вътрешно и външно смазващо действие.
Вътрешната смазка снижава триенето между отделните полимерни вериги, което намалява вискозитета на разтопената винилова смола и намалява топлоотделянето при пресоването.
Външната смазка намалява външното триене и предотвратява залепването на пресовката към пресформата.
Обикновенно в качеството на вътрешни смазки се използват соли на мастните киселини като стеарати, стеаринов спирт, моноглицерини - получавани от природни масла (US Patent 3778465).
В качеството на външни смазки се изпозват восъци - натурални и синтетични.
Много от добавките имат комплексно действие - например оловният стеарат освен като смазочна добавка изпълнява и функциите на стабилизатор.

В качеството на пластификатор може да се използва нелетлив разтворител инертен към виниловата смола и може да бъде синтетичен, или натурален.
При грамофонните плочи частта на пластификатора е незначителна , в сравнение с други пластмасови детайли, където може да достигне до 50%.

Антистатиците могат да бъдът вътре в състава на материала, а могат и да се нанасят на повърхността на готовия продукт.
Задачата им е да попречат на попадането на прах и микрочастици постоянно присъствуващи във въздуха и на повърхността на обложката с които контактува плочата.
В качеството на антистатически агент се използват обикновенно азотосъдържащи антистатици, като например антистатиците Catanac 609, Catanac SN.
Грамофонни плочи съдържащи Canatac SN, практически са лишени от повърхностен заряд.
Съществуват също всякакви екзотически патентовани методики за антистатическа обработка като йонизатори, или облъчване с ултравиолетови лъчи (изключително вредно за плочата) и др.

Черният цвят на плочата се получава от сажди и технически въглерод наричащ се в промишлеността Carbon Black.
Този пигмент се явява в същото време и стабилизатор, и антистатик, съчетаващ множество полезни функции.
Повишава якостта на плочата, защитава материала от въздействието на светлината, свързва свободните радикали образуващи се при окислителните процеси и доколкото е проводник на електричеството - способства за разпределението на електростатичните заряди.
Съдържанието на сажди не може да бъде повече от 1% - 1,5%, тъй като иначе ще започне слепване на частиците в агломерати, което повишава нивото на шума на произведените грамофонни плочи.
Към внушителния списък от функции, които изпълнява въглерода, трябва да добавим отделно факта, че плочите съдържащи Carbon Black, са по-качествени отколкото тези без него - прозрачните и цветните плочи.
Мнението на професионалистите в сегмента за производство на грамофонни плочи е еднозначно в това отношение - просто това е прието като аксиома.
Според тях в света има три неща които не трябва да се подобряват - пияното, автомат Калашников и грамофонната плоча!
И тази плоча е черната плоча!

Разгледайте и останалите статии, като посетите раздела Всичко за грамофона и винила "All for turntable and vinyl".




НАЧАЛНА СТРАНИЦА
Страницата е подготвена и се поддържа от
Ан.Гърков
гр.София - 2011 год.