Звукозаписывающие устройства

Попытки создания аппаратов, которые могли бы воспроизводить звуки, предпринимались еще в Древней Греции. В IV-II веках до н. э. там существовали театры самодвижущихся фигурок - андроидов. Движения некоторых из них сопровождались механически извлекаемыми звуками, складывающимися в мелодии.

В эпоху возрождения был создан целый ряд различных 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. Для извлечения 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 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. Таковы Кремлевские куранты и в Лондоне.

В 1877 году американский учёный 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 практически неизменном виде фонограф просуществовал несколько десятков лет. Как аппарат для записи музыкальных произведений он перестал выпускаться в конце первого десятилетия XX века, но еще практически 15 лет использовался в качестве диктофона.

Через 10 лет, в 1887 году изобретатель граммофона Э. Берлинер заменил валики дисками, с которых можно было изготовить копии - металлические матрицы. С их помощью прессовались хорошо знакомые нам граммофонные пластинки. Одна матрица давала возможность напечатать целый тираж - не менее 500 пластинок. В этом состояло главное преимущество грампластинок Берлинера по сравнению с валиками Эдисона, которые нельзя было тиражировать. В отличие от фонографа Эдисона, Берлинер для записи звука разработал один аппарат - рекордер, а для воспроизведения звука другой - граммофон.

Вместо глубинной записи была использована поперечная, т. е. игла оставляла извилистый след постоянной глубины. Впоследствии мембрана была заменена высокочувствительными микрофонами, преобразующими звуковые колебания в электрические, и электронными усилителями. Эдисон отозвался об изобретении Берлинера так: «У этой машины нет будущего» и до конца жизни остался непримиримым противником дискового звуконосителя.

Берлинер впервые продемонстрировал прообраз матрицы грампластинки во Франклиновском институте. Это был цинковый кружок с выгравированной фонограммой. Изобретатель покрывал цинковый диск восковой пастой, производил на него запись звука в виде звуковых канавок, а затем протравливал его кислотой. В результате получалась металлическая копия записи. Позднее на покрытом воском диске стали наращивать слой меди методом гальванопластики. Такой медный «слепок» сохранял звуковые канавки выпуклыми. С этого гальванодиска делали копии - позитивные и негативные. Негативные копии представляли собой матрицы, с которых можно было отпечатать до 600 грампластинок. Полученная таким способом пластинка обладала большей громкостью и лучшим качеством. Такие пластинки Берлинер продемонстрировал в 1888 г., и этот год можно считать началом эры грамзаписей.

До 1896 г. 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.

Патефон (от названия французской фирмы «Pathe») имел форму портативного чемоданчика. Основными недостатками грампластинок были их хрупкость, плохое качество звука и малое 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 классической, эстрадной и танцевальной музыки. До середины нашего века он был непременной принадлежностью домашних вечеринок и загородных поездок.

На смену патефону пришел электрофон, более известный как проигрыватель. Вместо пружинного двигателя для вращения пластинки в нем использовался электрический двигатель, а вместо механического звукоснимателя был применен сначала пьезоэлектрический, а позднее более качественный - магнитный.

Звукосниматели преобразовывали колебания иглы, бегущей по звуковой дорожке грампластинки, в электрический сигнал, который после усиления в электронном усилителе поступал в громкоговоритель. А на смену хрупким грампластинкам в 1948-1952 годах пришли так называемые «долгоиграющие» - более прочные - практически небьющиеся, а главное, 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 оборотов в минуту. Качество воспроизведения звука при проигрывании у таких пластинок значительно повысилось. В 1940-1950 годы в Москве на улице Горького существовала такая студия, где за небольшую плату можно было записать маленькую пластинку диаметром сантиметров 15 - звуковой «привет» своим родным или знакомым. В те же годы на кустарных звукозаписывающих аппаратах осуществляли подпольную запись пластинок джазовой музыки и блатных песенок, подвергавшихся в те годы гонению. Материалом для них служила отработанная рентгеновская пленка. Эти пластинки так и назывались - «на ребрах», так как на просвет на них были видны кости. Качество звука на них было кошмарным, но за неимением других источников они пользовались огромной популярностью, особенно у молодежи.

В 1898 году датский инженер Вольдемар Паульсен (1869-1942 гг.) изобрел аппарат для магнитной записи звука на стальной проволоке. Назвал он его «телеграфоном». Однако недостатком использования проволоки в качестве носителя была проблема соединения отдельных ее кусков. Связывать их узелком было невозможно, так как он не проходил через магнитную головку. К тому же стальная проволока легко путается, а тонкая стальная лента режет руки. В общем, для эксплуатации она не годилась.

В дальнейшем Паульсен изобрел способ магнитной записи на вращающийся стальной диск, где информация записывалась по спирали перемещающейся магнитной головкой. Вот он, прообраз дискеты и жесткого диска (винчестера), которые так широко используются в современных компьютерах! Кроме того, Паульсен предложил и даже реализовал с помощью своего телеграфона первый автоответчик.

В 1927 году Ф. Пфлеймер разработал технологию изготовления магнитной ленты на немагнитной основе. На базе этой разработки в 1935 году немецкая электротехническая фирма «AEG» и химическая фирма «IG Farbenindustri» продемонстрировали на Германской радиовыставке магнитную ленту на пластмассовой основе, покрытой железным порошком. Освоенная в промышленном производстве, она стоила в 5 раз дешевле стальной, была гораздо легче, а главное, позволяла соединять куски простым склеиванием. Для использования новой магнитной ленты был разработан новый звукозаписывающий прибор, получивший фирменное название «Magnetofon». Оно и стало общим наименованием подобных приборов.

Таким образом, владелец магнитофона, по сравнению с патефоном, не только получил возможность воспроизводить звук, записанный раз и навсегда на грампластинке, но мог теперь и сам производить запись звука на магнитной ленте, причем не в студии звукозаписи, а в домашних условиях или в концертном зале. Именно это замечательное свойство магнитной записи звука обеспечило широкое распространение в годы коммунистической диктатуры песен Булата Окуджавы, Владимира Высоцкого и Александра Галича. Достаточно было одному любителю записать эти песни на их концертах в каком-нибудь клубе, как эта запись с быстротой молнии распространялась среди многих тысяч любителей.

Первые магнитофоны были катушечными (бобинными) - в них магнитная пленка была намотана на катушки. При записи и воспроизведении пленка перематывалась с заполненной катушки на пустую.

После окончания Второй мировой войны, начиная с 1945 года, магнитная запись получила широкое распространение во всем мире. На американском радио магнитная запись была впервые использована в 1947 году для трансляции концерта популярного певца Бинга Кросби. При этом были использованы детали трофейного немецкого аппарата, который был привезен в США предприимчивым американским солдатом, демобилизованным из оккупированной Германии. Бинг Кросби затем вложил свои средства в производство магнитофонов. В 1950 году в США уже продавалось 25 моделей магнитофонов.

Многие до сих пор хранят их в подвалах и кладовках. Только вот зачем нам, Плюшкиным, они нужны, ума не приложу. Их век давно уже прошел. Позднее на смену катушечным магнитофонам пришли кассетные. Первый такой аппарат разработала фирма «Philips» в 1961-1963 годах. В нем обе миниатюрные катушки - с магнитной пленкой и пустая - были помещены в специальную компакт-кассету и конец пленки заранее закреплен на пустой катушке. Таким образом, был существенно упрощен процесс зарядки магнитофона пленкой. Первые компакт-кассеты были выпущены фирмой «Philips» в 1963 году. А еще позднее появились двухкассетные магнитофоны, в которых был возможен процесс перезаписи с одной кассеты на другую.

На основе стандартной компакт-кассеты компанией «Sony» был разработан портативный проигрыватель (аудиоплеер), получивший название «walkman», то есть «человек гуляющий».

VHS

Формат VHS (Video Home System) был разработан в 1976 г. компанией JVC. Эта новинка впервые соединила звук и видео, подарив людям возможность смотреть новинки кинопроката, не дожидаясь их телевизионного вещания. В этом же году в Европе и Азии появились первые кассеты и, соответственно - видеомагнитофоны, а на будущий год – и в США. Благодаря VHS люди впервые смогли смотреть фильмы и концерты любимых звезд эстрады дома. «Это была настоящая революция, - рассказывает кинокритик Леонард Малтин. – Продажи билетов в кинотеатрах резко сократились. С появлением домашнего видео изменилось сознание людей, появился больший интерес к фильмам. Впоследствии покупатели начали создавать домашние коллекции».

LD

Дело шло дальше. На горизонте замаячил так называемый «Laserdisk» (LD), продемонстрированный компаниями «Philips» и МСА в тех же 70-х. Огромный 30-сантиметровый диск попытались протолкнуть как замену для видеокассет формата VHS. «Laserdisk» представлял собой практически пол-ностью аналоговый носитель с цифровым звуком, диски вмещали до 60 минут видео. Изначально диск приходилось переворачивать по прошествии 60 минут на другую сторону. Затем производители техники выпустили плееры, в которых считывающая головка научилась перемещаться с одной стороны на другую, при этом зрителю все равно приходилось ждать, когда начнется считывание. Фильмы на двух и более дисках - отдельная история. Специально для таких комплектов «Pioneer» выпустила проигрыватель с двумя лотками. Технологию несколько раз переименовывали, но спасти ее так и не удалось. Плееры с поддержкой LD появлялись вплоть до 2003 года. Ныне это раритет.

СD

В тех же 70-х прошлого века Джеймс Рассел (подробнее в журнале №10 2009 г.)  создает совершенно новый носитель информации, заменивший грампластинку, - оптический диск (компакт-диск - Compact Disk - СD) для записи и воспроизведения звука. В 1982 году начинается массовое производство компакт-дисков.

По сравнению с механической звукозаписью компакт-диск имел 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 записывались на вращающийся оптический диск цифровым методом.

Хранить звуковые записи в цифровой форме на оптических дисках было гораздо удобнее, чем в аналоговой форме на грампластинках или магнитофонных кассетах. Прежде всего, несоизмеримо повышалась долговечность записей. Фирма «Sony» давала 50-летнюю гарантию хранения данных на таких дисках.

Компакт-диски стали как никогда популярными ближе к середине 1990-х, когда появились специальные форматы для записи видео (Video CD, Super Video CD) и фото (Photo CD, Picture CD). Позже «Sony» и «Philips» разработали перезаписываемый диск CD-RW (Compact-Disk Rewritable).

Мини

CD-диск действительно стал краеугольным камнем аудиоиндустрии, но технологии звукозаписи двигались вперед. В 1992 году вниманию покупателей было представлено устройство, проигрывающее так называемые мини-диски. Записывался такой магнитооптический диск при помощи локального намагничивания поверхности носителя с помощью лазера и внешнего магнитного поля, а проигрывался оптическим путем при непосредственном участии все того же полупроводникового лазера. Свое название мини-диски получили из-за размера - их диаметр был всего 64 мм. При этом играл он те же 74 минуты, что и CD (в другом варианте - 60 мин).

Большая продолжительность звучания при достаточно малых размерах объяснялась тем, что запись на мини-диск производится при 5-6-кратном сжатии информации, то есть качество записи как бы ухудшалось в те самые 5-6 раз. Однако человеческому уху это было практически не заметно: результатов такой компрессии оно просто не замечало, так как по своей природе способно воспринимать звуковую информацию лишь в определенных частотных и временных границах.

Для удобства хранения и защиты от небрежного обращения мини-диски помещались в пластиковые кассеты. Считывание производилось через маленькое окошко, открывавшееся только в дисководе (аналогично были устроены компьютерные флоппи-диски). Правда, несмотря на все многочисленные достоинства мини-дисков, они оказались тупиковой веткой.

DVD

На смену существующим компакт-дискам пришел новый стандарт носителей информации - DVD (Digital Versatil Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличался от компакт-дисков. Их геометрические размеры были одинаковы. Основное отличие DVD-диска - гораздо более высокая плотность записи информации. Он вмещал в 7-26 раз больше информации, чем CD. Это было достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Кроме того, DVD-диски могли иметь один или два слоя информации. У DVD-диска каждый слой информации был вдвое тоньше, чем у CD-диска.

Появился DVD не так давно, а именно в 1995-м году, весной. Кто же авторы этого чудеснейшего изобретения? Авторы – это десять крупных мировых компаний: «SONY», «TOSHIBA», «HITACHI», «JVC», «PHILIPS», «THOMSON», «PIONEER», «MITSUBISHI», «TIME WARNER» и «MATSUSHITA». Зачем же так много? И почему они все работали над одним форматом? Тому есть разумное объяснение: они не хотели развязывать войну стандартов и создали единую компанию, под названием «DVD Consortium», в обязанности которой входило изобретение и продвижение продукта на рынке, согласованная разработка новых спецификаций и лицензирование предприятий, записывающих информацию на DVD. VHS окончательно вымер.

Тут же появляются CD-, а впоследствии и DVD-плееры. На моей памяти они стали хитом. И в то же самое время быстро перешли из ряда новинок в разряд старинок. Виной всему – появление флеш-памяти.

МР3

Толчком к появлению МР3-плееров явилась разработка в середине 80-х годов формата сжатия звука в институте Фраунгофера в Германии. В 1989 году институт получил патент на MP3 в Германии и несколько лет спустя он был представлен Международной организации по стандартизации (ISO). МР3 получил официальное название MPEG-1 Layer3. Этот формат позволил хранить звуковую информацию, сжатую в десятки раз, без заметной потери качества воспроизведения.

Вторым наиболее важным толчком к появлению МР3-плееров явилась разработка портативной флэш-памяти. Попытки изобрести флэш-память предпринимались еще 80-х годах. Первой компанией, изготовившей флэш-память и выпустившей её на рынок, стала «Intel». В 1988 году была продемонстрирована флэш-память на 256 кБит, которая имела размеры обув-ной коробки. Размеры, прямо скажем, далеко не миниатюрные. Изобретение было названо NOR-флэш-память. Оно имело относительно медленные скорости записи и удаления информации, да и число циклов записи было относительно невелико. Мало того – цена ее не прельщала среднего потребителя. Одним  словом, для населения это был не вариант.

Разработка дорабатывалась десятилетиями, и, наконец, в 1998 году, когда флэш-память была достаточно уменьшена в размерах и улучшена в качестве, на рынке появляются первые MP3-плееры («MOVING PICTURES EXPERT LAYER»). В первом портативном MP3-плеере информация хранилась не на диске, а в меньшей по размеру флеш-карте, изготовленной с применением полупроводниковых элементов памяти.

Flash-память представляла собой микросхему на кремниевом кристалле. Ее полное название - Flash Erase EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM) переводится как «быстро электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство». 

Первый MP3-плеер стоил немало. Но у такого устройства была масса преимуществ перед CD-плеером, среди них: микроскопические размеры, отсутствие движущихся частей (что значительно повышало срок его жизни), значительно меньшее энергопотребление, нечувствительность к тряске, бесшумность и возможность многократной перезаписи файлов.

MP3 стал первым массово приз-нанным форматом хранения аудио после CD-Audio. Были разработаны МР3-плееры и на базе жестких дисков, в том числе на базе миниатюрного жёсткого диска IBM MicroDrive. Одним из пионеров использования жестких дисков (HDD) стала компания «Apple». В 2001 году она выпустила первый образец МР3-плеера iPod с жестким диском 5 Гбайт, вмещающий запись около 1000 песен.

Он обеспечивал 12 часов автономной работы благодаря литий-полимерному аккумулятору. Размеры первого iPod составляли - 100x62x18 мм, вес - 184 грамма. Первый iPod был доступным только пользователям компьютеров «Macintosh». Следующая версия iPod, появившаяся спустя полгода после выхода первого, уже была доступна и для Windows.

У формата MP3 сегодня существуют, конечно, конкуренты, правда, пока они ему совсем не страшны. Перспективным форматом считается VQF. Его файлы занимают на 30-35% меньше места, чем MP3, а качество звучания при этом гораздо лучше. О массовом переходе на VQF пока речь не идет, слишком велико распространение MP3, но ситуация может измениться в любой момент…