Звукозапись

Обложка рекламного буклета со словами Эдисона: «Я хочу, чтобы фонограф был в каждом американском доме»

Цилиндрическая коробка для хранения записей

Фонограф «Эдисон» производства австрийской компании Lenoir (1889г) с двумя записями на цилиндрах из оловянной фольги

Графофон Eagle с пружинным мотором производства компании American Graphophone Company (1897 год)

Инсталляция из восковых фигур на верхней смотровой площадке Эйфелевой башни в Париже. Слева — Т. Эдисон, справа — А. Эйфель

Фонограф с электрическим приводом Dictaphone, выпущенный в 1907 году

Патент, выданный Эмилю Берлинеру на его изобретение — граммофон

Пластинка для граммофона Берлинера с надписью: «Эта фонограмма была сделана 8 ноября 1881 года»

Общий вид...

. ..и головка граммофона Берлинера

Граммофон американской фирмы Thomas A. Edison, inc., выставленный в одном из антикварных магазинчиков Сеула

Отечественная разработка — устройство «Говорящая бумага» (1931 г.) (Государственный Политехнический музей, Москва)

Лента с записью фонограммы (Государственный Политехнический музей, Москва)

Устройство для магнитной записи звука на стальную проволоку для фортепианных струн — телеграфон Паульсена (80-е годы ХIХ века)

Как известно, звук в атмосфере распространяется в виде волн сжатия и разрежения со скоростью 330 м/с. Энергия звуковых волн рассеивается в пространстве очень быстро. Во-первых, из-за того, что излучатели звука в большинстве своем слабонаправлены (не всякий же раз кричат в рупор), а, во-вторых, из-за поглощения в среде распространения (давно замечено, например, как «глохнет» звук в тумане). Все это отнюдь не способствует сохранению звуковых образов, хотя многие из них сохранить очень хотелось бы...
Нотная запись. Системы воспроизведения музыки по нотной записи в системах звукозаписи стоят особняком. Собственно, записи звука как такового в них нет. Есть только запись нот путем перфорации бумажных полотен механического пианино или перфорации металлического диска старой шарманки. Но зато есть воспроизведение! Движется бумажная лента, молоточки подпружиненных клавиш, попадая в зоны перфорации, ударяются о рояльные струны, а вместе с аккордами механического пианино падают в обморок барышни из чеховской пьесы. Или другой тип воспроизведения. Крутится диск шарманки, звучит нехитрая музыка, шарманщик поет про своего сурка. Об этой тупиковой ветви эволюции можно было бы и не говорить, если бы она не дошла до нас в виде целого оркестра механических инструментов — красочного уличного оркестра на колесах, курсирующего по набережным амстердамских каналов или тихим улочкам старой Вены.
Механическая запись. Первый прибор для записи звуковых колебаний построил в 1857 году французский типограф Л. Скотт. Звуковые колебания, сконцентрированные большим параболическим рупором, подводились к мембране. С мембраной соединялось острие иглы, оставляющее след (звуковую дорожку) на покрытом сажей цилиндре, вращающемся с помощью часового механизма с гирей или с помощью рукоятки. При разговоре на поверхности цилиндра перед рупором получалась запись звуковых колебаний. Но Скотт не решил обратной задачи — воспроизведения записанных колебаний. Эту задачу пытался решить другой французский изобретатель — Шарль Кро. В 1877 году он послал в Парижскую Академию наук описание палеофона — прибора для записи и воспроизведения «голосов минувшего». Запись в этом приборе велась уже не на цилиндр, а на плоский диск, покрытый сажей. Далее Кро предлагал с помощью фотографии перенести записанный звуковой след на клише, изготовленное из прозрачного вещества, и полученную таким образом пластинку воспроизводить, используя фотоэлектрический эффект, преобразующий световую энергию в электрический сигнал. Этот эффект был впервые на практике использован французским физиком Эдмоном Беккерелем (Becquerel) в 1839 году.
Фонограф Эдисона. Создателем первых действующих аппаратов для записи и воспроизведения звука был выдающийся американский инженер, автор более тысячи изобретений Томас Альва Эдисон (Edison). Упорство и работоспособность этого человека поистине удивительны. Он проводил тысячи опытов, изменяя состав покрытия валика, выбирая мембраны, рупоры и механизмы вращения валика. В 1877 году Эдисон сконструировал прибор, названный им фонографом, а через год организовал компанию по их выпуску. В первых фонографах запись производилась на оловянной фольге, покрывающей поверхность цилиндра-валика, приводимого в движение рукояткой. Игла, связанная с мембраной, перемещалась вдоль валика, оставляя винтовой след. Недостатков было много: нестабильность скорости вращения валика приводила к искажениям тональности звука, запись на оловянной фольге быстро портилась при повторных воспроизведениях. Тем не менее успех фонографа был огромным. На всемирной выставке в Париже в 1889 году перед павильоном с фонографом Эдисона выстраивались длинные очереди. Желающие могли прослушать запись через присоединенные к аппарату длинные каучуковые трубки, напоминающие современный стетоскоп. Одновременно одну и ту же запись могли слушать шесть человек. Работа над усовершенствованием фонографа продолжалась до 20-х годов минувшего столетия. Полностью выпуск фонографа был прекращен лишь в 1929 году. В дальнейшем он был вытеснен более совершенным аппаратом — граммофоном.
Парлограф. Немецкий изобретатель Карл Линдштрем вслед за Эдисоном предложил другой аппарат, названный им парлографом (от французского parlez — говорить). Он мало отличался от фонографа Эдисона, но был максимально приспособлен для записи речей и переговоров. Аппарат имел стирающую приставку, благодаря которой можно было использовать один и тот же валик несколько раз. Специальная линейка позволяла отмечать ошибки, чтобы в нужном месте произвести запись повторно. Парлограф был прообразом современного магнитофона и диктофона.
Граммофон. Первая патентная заявка на «граммофон с плоскими пластинками» была подана в 1888 году немецким инженером Эмилем Берлинером — молодым изобретателем, работающим в области телефонии. Запись звука в его приборе велась на горизонтально расположенный диск, покрытый сажей. Колебания иглы совершались не вверх и вниз, как в фонографе, а в поперечном направлении. Извилистый звуковой след на диске закреплялся лаком, после чего можно было изготавливать его копии — грампластинки.
К 1893 году было налажено производство граммофонов и пластинок на заводах американской корпорации Victor Talking Machine Co., впоследствии приобретенной Американской радиовещательной корпорацией (Radio Corporation of America — RCA) и выступавшей затем под брендом RCA Victor. Пластинки с этим логотипом на этикетке и с ушастым фокстерьером Ниппером, прильнувшим к рупору граммофона, обошли весь мир. Ниппер стал самой знаменитой собачонкой в мире: пластинки выпускались под слоганом: «Голос его хозяина» (His Master’s Voice). А портативная версия граммофона, предложенная Шарлем Кро, дожила до второй половины двадцатого века. Выпуск этой версии начинался в Париже с аппаратов фирмы «Пате». Отсюда и прижившееся название портативного граммофона — патефон.
У системы граммофонной записи было много недостатков. В студиях звукозаписи оркестранты, солисты и дикторы находились в узких помещениях, по форме напоминающих рупор. Исполнение должно было быть достаточно громким — все это требовалось для того, чтобы сконцентрировать звук в направлении мембраны рекордера. Граммофоны снабжались большой трубой-рупором, чтобы усилить звучание. Патефон также оснащался рупором, только этот рупор был компактно спрятан внутри патефонного ящика. Для получения достаточной громкости звучания звуковая дорожка должна была обеспечивать значительную амплитуду колебаний иглы. А это препятствовало сжатию записи, и длительность звучания даже «пластинок-гигантов» диаметром 30 см не превосходила четырех минут. В этих условиях улучшить качество звукозаписи было очень трудно.
Электромеханический рекордер. На помощь пришла электроника. Сначала появились электрические устройства для записи — рекордеры. Собственно, первый рекордер изобрел Эдисон, назвав его телефонографом. В этом устройстве мембрана фонографа приводилась в колебательное движение не звуковыми волнами, а соленоидом (электромагнитом), подсоединенным к телефонной линии. Так впервые была осуществлена запись телефонного разговора. В начале минувшего века в студиях грамзаписи стали применять микрофоны. Сигнал звуковых колебаний уже после усиления подводился к рекордеру. На этот раз колебания алмазного резца, вырезающего извилистую звуковую дорожку на граммофонном диске, преобразовывались из колебаний электрических. Если диск был целлулоидным, то его можно было проигрывать на обычном патефоне сразу после записи. Подобным образом изготавливались «говорящие письма». В студиях электрический рекордер позволял получать хорошие записи на восковом или лаковом диске, с которого потом изготавливалась (отливалась) матрица и печатались настоящие пластинки из шеллачной или виниловой массы. Позднее удалось уменьшить скорость вращения пластинки с 78 оборотов в минуту до 45 (так называемые «сорокопятки») и до 33 1/3 (грампластинки, которые стали называть «долгоиграющими»). Такие диски (и устройства для их воспроизведения) выпускаются до сих пор. Более того, судя по многочисленным прецизионным конструкциям, которые были представлены на High End Show’2005 в Мюнхене, они переживают сейчас второе рождение, пользуясь популярностью среди ценителей натурального естественного звука.
«Говорящая бумага». Под таким экзотическим названием вошел в историю оригинальный способ звукозаписи на бумажную ленту, предложенный советским изобретателем Борисом Скворцовым в 1931 году. Задолго до магнитофонной эры он попытался решить задачу создания носителя звуковой информации практически неограниченной длины. Бумажная лента в «говорящей бумаге» напоминала перфоленту, широко применявшуюся в ЭВМ второй половины прошлого века. Только вместо отверстий на ней были чернильные полоски, нанесенные пером специального электромагнитного звукозаписывающего устройства. Такую ленту можно было легко копировать типографским способом. Воспроизведение производилось с помощью фотоэлемента и лампового усилителя. С появлением магнитофонов о «говорящей бумаге» забыли, как и о «костях», но предложенный Скворцовым способ воспроизведения до сих пор используется в кинематографе, где информация со звуковой дорожки кинопленки тоже считывается с помощью фотоэлементов.
Магнитная запись. История магнитной записи насчитывает более ста лет упорной работы, вдохновения, глубоких теоретических исследований и удачных находок. Ее развитие началось практически одновременно в Европе, в Америке и в Азии. В некоторых случаях успехи в этой области явились результатом теоретических исследований, однако в большинстве случаев практика опережала теоретические изыскания. Исследования, проводившиеся в различных странах независимо друг от друга, стимулировались общим стремлением к созданию новых средств записи и хранения информации.
Первые попытки реализовать магнитную звукозапись относятся к 80-м годам XIX века. Например, в запатентованном датчанином Вальдемаром Паульсеном телеграфоне (Steel Tape as a Recording Medium, U.S. Pat. № 661619) в качестве носителя записи использовалась стальная проволока для фортепианных струн. В 1888 г. англичанин О. Смит (Smith) в техническом журнале Electrical World предложил звукозаписывающий аппарат с носителем в виде хлопковой нити, начиненной железными опилками и протягивающейся при перемотке с одной катушки на другую через последовательно соединенный с микрофоном соленоид. Изменение сопротивления микрофона должно было привести к изменению тока и магнитного потока соленоида, намагничивающего железные опилки. Воспроизведенные сигналы были поначалу слабыми и искаженными, с высоким уровнем шума, но это отнюдь не отпугнуло первопроходцев от дальнейшей работы.
В 1906 году, работая в Американской телеграфной компании, Паульсен со своим коллегой Педерсоном запатентовал способ записи с подмагничиванием постоянным полем. Этот способ значительно уменьшил искажения сигнала и повысил его уровень, но соотношение сигнал/шум оставалось еще весьма низким. Тем не менее на базе этих работ был создан первый диктофон, который стал серийно выпускаться в Германии.
Несмотря на значительные успехи электронной техники, положение мало менялось до двадцатых годов минувшего века, когда и в Америке, и в Европе были сделаны серьезные усовершенствования, приведшие магнитную запись к дальнейшим успехам. Вот хронология этих усовершенствований.
1921 год. Запатентован способ магнитной записи с подмагничиванием переменным полем (Carpenter G.W., Carlson W.L. A.C. Biasing. — U.S. Pat. №164088), который значительно уменьшал искажения и увеличивал соотношение сигнал/шум при воспроизведении звукозаписей на стальной проволоке.
1928 год. Запатентован способ нанесения магнитного покрытия на эластичную ленту (Pfleumer F., Powdered Recording Media, German Pat. №500900), позволивший обойти несколько проблем, сопутствующих записи на магнитной проволоке. В частности, отпали проблемы, связанные со скручиванием проволоки и надежностью магнитной связи между проволокой и головкой. Фритц Пфлоймер предложил основу магнитной ленты (на которую наносится магниточувствительное покрытие) формировать из гибких материалов, содержащих целлюлозу.
1932 год. Немецкий инженер Эдвард Шюллер сконструировал тороидальную магнитную головку с малым (порядка 0,1 мм) воздушным зазором, что позволило снизить скорость протягивания магнитной ленты.
Улучшение качества магнитного покрытия, к чему подключились специалисты из Японии (Kato and Takei, Preparation of magnetic material by mixing metallic oxide powders, JIEE of Japan 1933), и использование в качестве основы эластичной ленты привели к созданию современной магнитной ленты. Это и предопределило все дальнейшее развитие техники магнитной записи и ее дальнейшие успехи.
1934 год. На заводе BASF концерна IG Fabren были выпущены первые 50000 метров магнитной ленты с основой из ацетилцеллюлозы.
1935 год. Компания AEG (Германия) на ежегодной ярмарке радиоаппаратуры первой продемонстрировала магнитофон, принципы устройства которого не отличаются от современных аппаратов магнитной записи.
Вот типичные параметры немецких магнитофонов, выпускавшихся в 1934–1935 годах. Скорость протягивания магнитной ленты 1–2 м/с, полоса воспроизводимых частот 300–6000 Гц, диаметр катушек с лентой 30 см. Время воспроизведения такой катушки составляло около 17 минут. С тех пор технические характеристики, конечно, изменились, но принципиальная структура магнитофонов осталась почти такой же, какой она была 70 лет назад. А начиная с 1947 года магнитофоны выпускаются уже во всех индустриально развитых странах.
Прогресс в создании магнитофонов, направленный на совершенствование магнитных головок и лент, привел к созданию магнитофонов с уменьшенной до 4,76 см/с (и даже до 2,38 см/с) скоростью протягивания ленты при сохранении достаточно высоких качественных показателей.
Параллельно с разработкой ленты с магнитным покрытием шло дальнейшее развитие записи на стальную ленту. Эти работы продолжались еще некоторое время в Германии и в Великобритании компанией Marconi. Недостатком таких устройств являлось ограниченное время звучания, которое достигало 30 минут при использовании очень больших катушек диаметром 60 см, содержащих до 3000 м стальной ленты, легированной вольфрамом.