История механической звукозаписи: Эволюция аудиотехники

История механической звукозаписи: Эволюция аудиотехники.

1. Музыкальные шкатулки, шарманки, полифонны, оркестрионы (17 век)

В эпоху возрождения был создан целый ряд разнообразных механических музыкальных инструментов, воспроизводящих в нужный момент ту или иную мелодию: шарманок, музыкальных шкатулок, ящиков, табакерок.

Музыкальная шарманка работает следующим образом. Звуки создаются при помощи стальных тонких пластинок различной длины и толщины, размещенных в акустическом ящике в последовательности гармонического звукоряда. Для извлечения из них звука служит специальный барабан с выступающими штифтами, расположение которых по поверхности барабана соответствует задуманной мелодии. При равномерном вращении барабана штифты задевают пластинки в заданной последовательности. Заранее переставляя штифты на другие места, можно менять мелодии. Приводит в действие шарманку сам шарманщик, вращая ручку.

В музыкальных шкатулках реализован другой принцип. Здесь для предварительной записи мелодии используется металлический диск, на который нанесена глубокая спиральная канавка. В определенных местах канавки делаются точечные углубления - ямки, расположение которых соответствует мелодии. При вращении диска, приводимого в движение часовым пружинным механизмом, специальная металлическая игла скользит по канавке и "считывает" последовательность нанесенных точек. Игла скреплена с мембраной, которая при каждом попадании иглы в канавку издает звук. 

В средние века были созданы куранты - башенные или большие комнатные часы с музыкальным механизмом, издающие бой в определенной мелодической последовательности тонов или исполняющие небольшие музыкальные пьесы.

Музыкальные механические инструменты - это всего лишь автоматы, воспроизводящие искусственно созданные звуки. Задача же сохранения на длительное время звуков живой жизни была решена значительно позже.

2. Фонограф (19 век, 1877)

В 1877 году американец Томас Альва Эдисон изобрел звукозаписывающий аппарат - фонограф, впервые позволивший записать звук человеческого голоса. Для механической записи и воспроизведения звука Эдисон применил валики, покрытые оловянной фольгой. Такие фоновалики представляли собой полые цилиндры диаметром около 5 см и длиной 12 см.

В первом фонографе металлический валик вращался с помощью рукоятки, с каждым оборотом перемещаясь в осевом направлении за счет винтовой резьбы на ведущем вале. На валик накладывалась оловянная фольга (станиоль). К ней прикасалась стальная игла, связанная с мембраной из пергамента. К мембране был прикреплен металлический конусный рупор. При записи и воспроизведении звука валик приходилось вращать вручную со скоростью 1 оборот в минуту. При вращении валика в отсутствие звука игла выдавливала на фольге спиральную канавку (или бороздку) постоянной глубины. Когда же мембрана колебалась, игла вдавливалась в олово в соответствии с воспринимаемым звуком, создавая канавку переменной глубины. Так был изобретен способ "глубинной записи".

При первом испытании своего аппарата Эдисон плотно натянул фольгу на цилиндр, подвел иглу к поверхности цилиндра, осторожно начал вращать ручку и пропел в рупор первую строфу детской песенки "У Мери была овечка". Затем отвел иглу, рукояткой вернул цилиндр в исходное положение, вложил иглу в прочерченную канавку и вновь стал вращать цилиндр. И из рупора тихо, но разборчиво прозвучала детская песенка.

В 1885 году американский изобретатель Чарльз Тейнтер (1854-1940) разработал графофон - фонограф с ножным приводом (как у ножной швейной машинки) - и заменил оловянные листы валиков восковой массой. Эдисон купил патент Тейнтера, и для записи вместо валиков с фольгой стали применять съемные восковые валики. Шаг звуковой бороздки был около 3 мм, поэтому время записи на один валик было очень мало.

Для записи и воспроизведения звука Эдисон использовал один и тот же аппарат - фонограф.

3. Граммофон (19 век, 1887)

Американский изобретатель немецкого происхождения Эмиль Берлинер заменил восковой валик Эдисона плоским диском - граммофонной пластинкой и разработал технологию ее массового производства с помощью матрицы. Такие пластинки Берлинер продемонстрировал в 1888 г., и этот год можно считать началом эры грамзаписей. Чуть позже был разработан прессования грампластинок при помощи стальной печатной матрицы из каучука и эбонита, а впоследствии из композиционной массой на основе шеллака - вещества, вырабатываемого тропическими насекомыми. Пластинки стали качественней и дешевле, однако главным их недостатком была малая механическая прочность. Шеллачные пластинки выпускались до середины XX века.

До 1896г. диск приходилось вращать вручную, и это было главным препятствием широкому распространению граммофонов. Эмиль Берлинер объявил конкурс на пружинный двигатель - недорогой, технологичный, надежный и мощный. И такой двигатель сконструировал механик Элдридж Джонсон, пришедший в компанию Берлинера. С 1896 по 1900 гг. было произведено около 25000 таких двигателей. Только тогда граммофон Берлинера получил широкое распространение.

Первые пластинки были односторонними. В 1903 году впервые был выпущен 12-дюймовый диск с записью на двух сторонах. Его можно было "проиграть" в граммофоне с помощью механического звукоснимателя - иглы и мембраны. Усиление звука достигалось с помощью громоздкого раструба. Позднее был разработан портативный граммофон: патефон со скрытым в корпусе раструбом. По инженерным соображениям, оптимальную частоту для человеческого уха рождала труба длиной более 6 метров. Мастера искали компромисс: трубу по принципу валторны сворачивали в улитку. Диаметр раструба порой достигал полутора и более метров. Они были из луженой никелированной латуни и других металлов, экзотические варианты – из стекла. Позже повсеместно признали, что самый лучший звук рождает дерево: наиболее популярными стали рупоры из четырехслойного дуба. Форма варьировалась от узких и широких конусовидных воронок до коленчатых труб с раструбами в виде тюльпана и колокольчика, вращавшимися вокруг своей оси. 

В тумбовых аппаратах His Master's Voice рупор встраивали внутрь. Открывая и прикрывая верхние дверцы, за которыми пряталась «колонка», можно было регулировать звук, в нижней части были полки для пластинок. 

4. Патефон (20 век, 1907)

Патефон (от названия французской фирмы "Pathe") - переносная версия граммофона - имел форму портативного чемоданчика. В отличие от граммофона, у патефона рупор маленький и встроен в корпус.

Основными недостатками грампластинок были их хрупкость, плохое качество звука и маленькое время проигрывания - всего 3-5 минут (при скорости 78 оборотов в минуту). В довоенные годы в магазинах даже принимали "бой" пластинок для переработки. Патефонные иглы нужно было часто менять. Вращалась пластинка с помощью пружинного двигателя, который приходилось "заводить" специальной ручкой. Однако, благодаря своим скромным размерам и весу, простоте конструкции и независимости от электрической сети, патефон получил очень широкое распространение среди любителей музыки.

5. Радиолы или электрофоны (20 век, 1925)

Электрофон - устройство для воспроизведения звука с граммофонной пластинки. В быту громоздкое официальное название «электрофон» обычно заменялось на нейтральное «проигрыватель». В отличие от граммофона, в электрофоне (а также радиоле – комбинации проигрывателя и радиоприемника) механические колебания иглы звукоснимателя преобразовывались в электрические колебания, усиливались усилителем звуковых частот и затем преобразовывались в звук электроакустической системой.

На смену хрупким грампластинкам в 1948-1952 годах пришли так называемые "долгоиграющие" - более прочные, практически небьющиеся и обеспечивающие гораздо большее время проигрывания. Это было достигнуто за счет сужения и сближения между собой звуковых дорожек, а также за счет снижения числа оборотов с 78 до 45, а чаще до 33 1/3 оборотов в минуту. Качество воспроизведения звука при проигрывании у таких пластинок значительно повысилось. К тому же с 1958 года стали выпускать стереофонические грампластинки, создающие эффект объемного звучания. Иглы проигрывателя также стали значительно более долговечными. Их начали изготовлять из твердых материалов, и они полностью вытеснили недолговечные патефонные иглы. Запись грампластинок осуществлялась только в специальных студиях звукозаписи.

Электрофоны используются до сих пор как в домашних условиях, так и в электронной музыке в составе другого инструментария. Тем не менее, в домашних условиях их распространение практически свелось к нулю, равно как и продажа граммофонных пластинок, в силу фактически полного вытеснения их универсальными лазерными цифровыми проигрывателями. В нынешнее время, электрофон дома — скорее дань любительства т.н. «аналоговому» звучанию, которое, по мнению некоторых любителей высококачественного воспроизведения музыки, превосходит звучание цифровых носителей (более «мягкое» и сочное), что, скорее, является лишь индивидуальным «вкусом» определённого человека по отношению к качественному звучанию.

7. CD-проигрыватель (плеер) (20 век, середина 1980-х)

В 1979 году компании Philips и Sony создали совершенно новый носитель информации, заменивший грампластинку, - оптический диск (компакт-диск - Compact Disk - СD) для записи и воспроизведения звука. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков на заводе в Германии. 

По сравнению с механической звукозаписью он имеет целый ряд преимуществ - очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения. С помощью лазерного луча сигналы записываются на вращающийся оптический диск цифровым методом.

В результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из впадин и гладких участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом впадины считываются как нули, а ровно отражающие свет участки - как единицы. Цифровой метод записи обеспечивает практически полное отсутствие помех и высокое качество звучания. Высокая плотность записи достигнута благодаря возможности сфокусировать лазерный луч в пятно размером менее 1 мкм. Это обеспечивает большое время записи и воспроизведения.

Разновидностями CD-проигрывателя можно считать DVD- и MP3-проигрыватели (20 век, конец 90-х)

Список литературы

Каким образом был изобретен фонограф?//Граммофон. 1908. №4. С. 10-11. 

Железный А. И. Наш друг - грампластинка: Записки коллекционера. - К: Муз. Украина. 1989. 279 С. 

Лапиров-Скобло М. Эдисон. - М: Молодая гвардия. 1960. 255 С. 

Белькинд Л.А. Томас Альва Эдисон. - М: Наука. 1964. 327 С. 

Телефография// Газета электрика. 1889. №32. С. 520-522. 

Пестриков В. М. Радио? Откуда? // Радиохобби. 1998. №1. С. 2-3.. 

Пестриков В. М. Великое изобретение Вальдемара Паульсена // Радиохобби. 1998. №6. С. 2-3