5 знаковых изобретений в области звукозаписи

4 мая 1878 Томас Эдисон впервые публично продемонстрировал изобретённый им фонограф. За сто с небольшим лет технология ушла столь далеко, что теперь для воспроизведения записей не требуется никаких специальных приспособлений.

1. Вначале была овечка

Фонограф Эдисона представлял собой громоздкое сооружение, состоявшее из цилиндрического валика, покрытого оловянной фольгой, и усиливающей акустические волны трубы. К узкой стороне трубы была приделана мембрана с иголкой, прочерчивающей на валике борозды, профиль которых зависел от воздействующих на мембрану звуковых колебаний. Цилиндр поворачивался при помощи ручки, которая также задавала игле поступательное движение.

Понимая, что созданный аппарат имеет невысокую чувствительность, Эдисон буквально прокричал в широкую часть трубы куплет популярной песенки «У Мэри была маленькая овечка». После чего вернул иглу на исходную позицию — в самое начало прочерченной ею спиралеобразной дорожки, и вновь привел в движение валик фонографа. Из раструба раздались негромкие шипящие звуки, в которых можно было узнать песенку про Мэри, несмотря на то, что Эдисон был начисто лишен музыкального слуха.

У изобретателя фонографа были весьма смутные представления о том, для каких целей человечество могло бы его использовать. Среди различных предложенных им версий запись музыки занимала одно из последних мест. Эдисон предполагал, что куда полезнее было бы заменить фонографом стенографисток, выпускать с его помощью звуковые книги для слепых, использовать как будильник и даже как устройство, обучающее попугаев разговорной речи.

Но история распорядилась этим изобретением по-своему: массовому потребителю в первую очередь нужна была музыка, которой можно было бы наслаждаться, не дожидаясь, когда состоится концерт любимого исполнителя. Впрочем, о наслаждении применительно к качеству звучания фонографа на первых порах говорить не приходилось. Эдисон постоянно работал над усовершенствованием своего детища. Он заменил олово более чувствительным к вибрациям воском. Это дало дополнительный эффект — появилась возможность, разровняв воск, делать на валике новые записи. Оптимизировал звукозаписывающую иглу и мембрану, доведя длительность звучания валика до трех минут. Ввел маховик, который сглаживал неравномерность вращения ручки, приводящей в движение валик. И, наконец, заменил ручку пружинным приводом, а затем электродвигателем постоянного тока.

Эдисон пытался наладить массовое производство фонографов, которые стоили недешево — 150 долларов. Поэтому их приобретали в ограниченном количестве лишь состоятельные люди либо организации.

2. Забытое открытие

Более прогрессивный граммофон не появился раньше фонографа исключительно по причине головотяпства французских чиновников. В апреле 1877 года, за год до демонстрации фонографа, фантастически одаренный поэт, музыкант и ученый Шарль Кро (1842−1888), в четырнадцать лет окончивший университет, послал в Парижскую академию наук описание прибора, названного им «палеофоном». Его принцип действия был таким: прикрепленная к мембране игла прочерчивает на вращающемся стеклянном диске, покрытом сажей, звуковые дорожки. При этом игла колеблется в горизонтальной плоскости. После записи звука дорожки фотохимическим способом переносятся на светочувствительную хромовую пластинку, преобразуясь в бороздки. При вращении пластинки игла отслеживает акустические колебания и, соприкасаясь с мембраной, извлекает записанные звуки. Изобретатель просил о выделении средств на реализацию своего проекта.

Когда Кро, прочитав в газете об изобретении фонографа, пришел в академию за ответом, то выяснилось, что конверт с его письмом не удосужились вскрыть. После изучения описания граммофона академия признала идеи Шарля Кро правильными, однако отказала ему в финансовой поддержке.

Спустя 10 лет американец Эмиль Берлинер, прочитавший публикацию Шарля Кро, в короткий срок реализовал идеи своего французского коллеги. Полученная фотохимическим способом цинковая пластинка, по которой заскользила соединенная с мембраной игла, запела самым наилучшим образом. И 26 сентября 1887 года Берлинер запатентовал устройство, назвав его граммофоном. После чего пять лет работал над усовершенствованием как самого граммофона, так и технологии изготовления пластинок. Вначале он заменил фотохимический метод методом травления кислотой цинковой пластинки, покрытой воском с проделанными в нем звуковыми дорожками. В результате не только возросла скорость тиражирования записей, но и увеличилась громкость звучания.

В конце концов, Берлинер разработал процесс штамповки эбонитовых пластинок при помощи стальной печатной матрицы, и ввел его на открытом им заводе граммофонных пластинок. А вскоре дорогой эбонит был заменен дешевым шеллаком. Это был фантастический прорыв в утверждении принципов взаимоотношения поставщиков и потребителей массовой культуры: дешевизна, крупнотиражность и материальная заинтересованность исполнителей. Берлинер, который начал строить такого рода индустрию, первым ввел принцип выплаты гонораров записывающимся на пластинках певцам и музыкантам.

Вскоре появились портативные патефоны, которые начали выпускать во Франции братья Пате, которым не требовалась громадных размеров труба-раструб.

Звукозаписывающие фирмы разработали стандарт, согласно которому скорость вращения пластинки равнялась 78 об/мин. Это обеспечивало оптимальное воспроизведение 3-минутных записей. Однако, несмотря на ухищрения инженеров, частотный диапазон у патефонов был невелик — от 150 до 4000 Гц.

И лишь впоследствии, когда появились ламповые усилители и пьезокристаллические звукосниматели, электропроигрыватели начали адекватно воспроизводить записанную на пластинках музыку. Да и пластинки при этом существенно изменились: их стали изготавливать из винила. За счет понижения скорости вращения до 33 об/мин и увеличения плотности записи, время звучания каждой стороны возросло до 40 минут. Появилась возможность стереофонической записи и воспроизведения звука.

3. Частный случай теории магнетизма

Как это ни кажется нам парадоксальным, но идея о создании магнитофона появилась спустя год после регистрации патента на граммофон. Ее высказал американский инженер Оберлин Смит в журнале The Electrical World. А в 1898 году 29-летний лаборант телефонной станции Копенгагена Вальдемар Паульсен (1869−1942) запатентовал действующую модель «телеграфона». В нем запись звуковых колебаний производилась на стальную проволоку толщиной 0,5 мм, навитую на цилиндр, который вращался при помощи часового механизма. Записывающий электромагнит перемещался вдоль струны со скоростью 2,1 м/с. При воспроизведении сигнал, наведенный магнитозаписью, поступал на телефонную мембрану. Громкость у такого устройства была невелика, да и частотная полоса оставляла желать лучшего: 150−2500 Гц.

На Всемирной выставке в Париже в 1900 году телеграфон получил Гран-при. В определенной степени этому способствовал рекламный трюк: Паульсен продемонстрировал запись голоса императора Австро-Венгрии Франца Иосифа. Через год он создал новый аппарат, который имел большое конструктивное сходство с «настоящими» магнитофонами. Запись осуществлялась на стальную ленту шириной 3 мм и толщиной 0,5 мм. Лента сматывалась с одной катушки и наматывалась на другую, проходя мимо двух головок — записывающей и считывающей. Запись прослушивалась при помощи наушников.

В этой же области работал Гульельмо Маркони, (1874−1937). Вес его магнитозаписывающего прибора приближался к тонне, а катушки со стальной лентой имели диаметр в 60 см. В случае обрыва лента восстанавливалась при помощи электросварки. Для того, чтобы записать на магнитофон доклады проходившего в Копенгагене в 1916 году международного конгресса, пришлось израсходовать сто километров ленты весом почти в две с половиной тонны. При этом продолжительность записи составила всего четырнадцать часов.

Несмотря на отсутствие спроса на магнитофоны вплоть до конца 1940-х годов, инженеры и конструкторы не прекращали работу по превращению «динозавра» в более соответствующее новейшей истории «существо». Разрабатывались более совершенные записывающие и считывающие головки, снижалась скорость движения ленты, расширялась полоса воспроизводимых частот, оптимизировался лентопротяжный механизм. Стальная лента была заменена пластмассовой с нанесенным на нее ферромагнитным слоем. И уже в 1935 году немецкая фирма AEG выпустила магнитофон, имевший конструктивную структуру и электрическую схему, принципиально не отличавшиеся от тех, которыми обладают современные магнитофоны. Намотанная на катушку диаметром 30 см лента позволяла воспроизводить запись длительностью двадцать минут в диапазоне частот от 100 до 6000 Гц.

Ну, а магнитофонный бум начался в развитых странах в начале 50-х годов, когда появились малогабаритные устройства записи/воспроизведения с магнитной лентой. В 70-е годы пришли магнитофоны формата Hi-Fi, в которых полоса воспроизведения была расширена до диапазона, воспринимаемого человеческим ухом: от 20 до 20 000 Гц.

Примерно в это же время катушки с лентой начали вытесняться кассетами, в которых пленка не зажевывалась и не рвалась.

4. Переход на цифру

В 1979 году компания Sony произвела революцию в области звукозаписи, выпустив компакт диск — CD. Во-первых звук был записан на диске оптическим методом при помощи лазера. Во-вторых, запись была цифровой, а не аналоговой. Правда, при ближайшем рассмотрении цифровой метод записи звука к тому времени был не только известен, но и существовал на практике. Им пользовались в студийных магнитофонах, работавших с магнитной лентой. Начинали его использовать и в бытовых магнитофонах, но это направление на корню зарубили появившиеся в широкой продаже в середине 80-х годов компакт-диски.

Их главным достоинством была сохранность информации: оптическая запись не «осыпалась» и не размагничивалась со временем.

Компакт-диск изготавливается из поликарбоната толщиной 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия (на первых порах использовалось золото), на который наносится защитный слой лака. Двоичная информация (единички и нолики) записывается на диске по спиральной дорожке в алюминиевом слое в виде углублений — питов, — которые соответствуют единичкам. Нулевые биты информации не изменяют состояние информационного носителя. Глубина каждого пита — 125 нм, ширина — 500 нм, длина — от 850 нм до 1,5 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали — 1,6 мкм. Спираль длиной 5,7 км упакована в шестьдесят раз плотнее, чем звуковая дорожка на виниловой пластинке.

Считывание информации осуществляется лазерным лучом с длиной волны 780 нм, который отражается от алюминиевого носителя в местах отсутствия питов. Отраженный луч попадает на фотоприемник. При попадании же луча на пит происходит интерференция двух потоков света — отраженного от углубления и от ровной площадки, его окружающей. В результате попадающий на фотоприемник луч имеет недостаточную для срабатывания фотодиода интенсивность.

Объем хранимой на стандартном диске CD информации — 650 Мбайт, что соответствует 74 минутам звучания.

Эта технология в дальнейшем получила развитие. Появились диски SD-R и SD-RW, которые допускают запись и перезапись информации на диск в домашних условиях. Появились и более мощные способы нанесения информации на диски: DVD, Blu-Ray, где объем хранимой на диске информации достигает 50 Гбайт.

5. Новые песни придумала жизнь

Но время не только не стоит на месте, но и постоянно ускоряется. Сейчас диски начинают уходить в прошлое даже как носители информации для компьютеров. В звукозаписи же, как и в области видео, они уже практически вытеснены чипами. Которым не требуются никакие приводные механизмы, а также кассеты-хранилища для дисков. Закачивай на флешку или в ноутбук, планшет, смартфон или цифровой плеер файлы из интернета и следи только за тем, чтобы не разрядился аккумулятор.

И тут уже идет борьба не методов записи, а форматов, в которые «упакован» звук. Также происходит конкуренция между софтовыми компаниями, которые стремятся внедрять максимально удобные программные приложения, работающие с медийной информацией — ведь звук и видео уже давно неразделимы.

Фото ИТАР-ТАСС/ Максим Шеметов/ ru.wikipedia.org