От фонографа до DVD
Владимир Островский
Первым человеком, который высказал идею звукозаписи и звуковоспроизведения,
был француз Шарль Кро.
Кро родился в 1842 г. в Фабрезане (Франция). Семья его была талантлива:
брат - живописец и скульптор, сын - поэт. Сам Кро отличался исключительной
одаренностью. Он изучал физику, химию, филологию, медицину. В 1867
г. он изобрел "аутографический телеграф". Ему приписывается также
изобретение телефона и процесса трехцветной фотографии. Кро занимался
даже вопросами межпланетных сообщений и написал по этому поводу
брошюру. Он известен также как талантливый поэт и писатель-фантаст.
Кро был бедным человеком и не имел возможности экспериментировать
и даже заплатить пошлину за патент.
Фонаутограф
(phonautograph) Леона Скота 1857 г. - первый записывающий аппарат
с мембраной
10 октября 1877 г. приятель Кро поместил в "La semaine du Clerge"
заметку, в которой обстоятельно сообщалось о сделанном Кро изобретении.
В этом описании, между прочим, предлагалось назвать прибор "фонографом".
Прибор этот описывается именно с валиком, а не с диском, т.е. в
том виде, который вскоре после этого придал своему фонографу Эдисон.
Сам Кро направил 30 апреля 1877 г. письмо во французскую Академию
Наук, в котором не только изложил сущность явления воспроизведения
звуков, но указал на метод воспроизведения как с помощью валика,
так и с помощью диска, запись на котором производится по спирали.
Фактически это то, что мы называем сегодня граммофонной пластинкой,
и Кро по справедливости заслуживает звания ее изобретателя.
3 декабря 1877 г. письмо Кро было вскрыто и оглашено на заседании
Академии Наук. Но там идея не получила поддержки, и имя его оказалось
почти забытым. Кро умер в Париже в возрасте 45 лет в 1887 году,
в год практической реализации граммофона, которого он так и не увидел.
Из великого множества изобретений Томаса Эдисона фонограф является
главным. Заявка Эдисона сделана 24 декабря 1877 г., а патент, вопреки
всем правилам о сроках для выяснения новизны и для подачи претензий
другими лицами, был выдан ему уже 19 февраля 1878 г. Эти даты нельзя
не сопоставить с датами оглашения идей Кро. Сын Шарля Кро, Ги, в
1927 г. писал не без прямого намека, что журнал "La semaine du Clerge",
в котором 10 октября 1877 г. помещено обстоятельное описание фонографа
Кро, пользовался в то время в Америке значительным распространением
и известностью.
Впрочем, даже через 10 лет, когда Берлинер получал патент на граммофон,
эксперты американского Patent office все еще не знали ни о каких
работах Кро.
Сегодня историки считают, что Эдисон пришел к изобретению фонографа
самостоятельным путем и что произошло это случайно.
Он хотел создать передатчик для телефона, чтобы во много раз увеличить
дальность телефонных разговоров.
В фонографе Эдисона запись велась по винтовой линии путем вдавливания
довольно толстой оловянной фольги, обернутой вокруг медного цилиндра,
вращаемого от руки со скоростью около 1 об/мин, причем шаг винта
на цилиндре составлял около 3 мм.
Для воспроизведения служила находящаяся по другую сторону цилиндра
мембрана, снабженная стальным острием. Сама мембрана состояла из
растительного пергамента. На мембрану надевался рупорный конус,
сделанный из картона.
Эдисон много раз вносил конструктивные изменения в фонограф, но
так и не достиг чистого звучания.
Многие изобретатели пытались усовершенствовать фонограф. Наибольших
успехов достигли Александр Белл и Чарльз Тайнтер, которые в 1886
г. взяли патент на прибор, названный ими графононом. Они предложили
применять поперечную запись, резание вместо выдавливания, а в качестве
носителя записи - воск с добавкой парафина и других веществ. Но
преодолеть недостатки фонографа не удалось. Настало время претворения
в жизнь идеи Кро о граммофонной пластинке.
В июне 1887 г. Эмиль Берлинер получил патент в США, а затем в Англии
и Германии на граммофон, который был изготовлен в 1888 г. и демонстрировался
16 мая этого же года во Франклинском институте в Филадельфии.
Аппарат
Рудольфа Кенинга, в котором эллипсоид заменен параболоидом
Сначала Берлинер применил поперечную запись на валике, как в фонографе,
а затем стал производить запись на диск по методу Кро. На стеклянную
подложку он наносил сажу с парафином. Подложка ставилась на станок
в опрокинутом положении, так что снимаемая стружка могла падать
вниз, не мешая записи. После записи фонограмма покрывалась лаком
и служила для получения рельефного фотографического отпечатка на
хроможелатиновом слое. Затем Берлинер стал пробовать методы химической
обработки, а именно - кислотное травление. В дальнейшем он применял
в качестве подложки цинк, а в качестве защитного слоя - воск. По
окончании записи цинк подвергался травлению в 25% хромовой кислоте.
Протравливались лишь места, прочерченные резцом. Берлинер пользовался
этим цинком в качестве оригинала и получал с него гальванопластические
копии.
Берлинер не скрывал своего знакомства с работами Кро, но говорил,
что узнал об идеях Кро спустя три месяца после того, как подал свою
патентную заявку. Заслуга Берлинера в том, что он организовал производство
граммофонов.
В начале XX в. многие граммофонные компании пытались осуществлять
электрическую запись, но отсутствие электрических усилителей не
позволило реализовать этот метод. С изобретением вакуумной электронной
лампы это стало возможным.
В 1918 г. "Общество Гомон" взяло патент на "чтение фонограмм электромагнитным
проигрывателем", то есть на адаптер. В 1924 г. несколько фирм взяло
патент на улучшенные условия электрической записи. С 1925 г. электрический
способ записи с помощью микрофонов вытеснил из производства механоакустическую
запись через рупор.
Первый аппарат для воспроизведения пластинок, созданный Берлинером
в 1888 г., уже содержал в себе основные элементы рупорного граммофона.
Дальнейшие работы разных авторов над улучшением конструкции привели
к появлению модели, которая в 1902 г. была выпущена для населения.
Она имела пружинный привод и жесткую связь рупора с мембраной. Эта
модель запечатлена на картине художника Ф.Барро, изобразившего собачку,
узнающую голос своего хозяина, передаваемый граммофоном. Фирма сделала
эту картину своей торговой маркой, и название звукозаписывающей
компании HMV (His Master's Voice - "Голос его хозяина") стало на
десятилетия популярнейшим среди любителей грамзаписи.
Дальнейшее развитие граммофонов привело к созданию портативных
моделей со звукопроводом внутри ящика, известным под названием "патефон".
Это название впервые было дано аппарату французской фирмы Патэ.
Выпускались сверхминиатюрные патефоны с раздвижным тонармом в виде
никелированной металлической банки диаметром 18 см и высотой 8 см.
С развитием радиотехники акустический способ записи был полностью
заменен электрическим способом, что значительно улучшило качество
записей.
Появились радиолы, проигрыватели (приставки к приемникам) и электрофоны.
Пружинный двигатель был заменен электродвигателем, а мембрана -
звукоснимателем (адаптером).
До конца 1948 г. запись производилась с канавкой шириной 140-180
мкм, при плотности записи в среднем 38 канавок на 1 см. Скорость
вращения была 78 об/мин, а диаметр пластинок - 25-30 см. При этом
длительность звучания одной стороны пластинки составляла 3-5 мин,
что достаточно для коротких музыкальных произведений.
Фонограф
Эдисона в его начальном виде
С внедрением электрического воспроизведения была введена скорость
331/3 об/мин при тех же размерах пластинки. Наименьший диаметр при
скорости 331/3 об/мин был установлен в 19 см из расчета получения
достаточно хорошего качества воспроизведения в конце записи. Ширина
канавки выбиралась не менее 100 мкм. Однако и это не обеспечивало
непрерывную запись симфонических произведений. Эта задача решилась
только с появлением долгоиграющих пластинок.
В 1948 г. американская фирма Columbia сообщила о выпуске пластинок
с шириной канавки до 70 мкм. Плотность запись увеличилась примерно
в два с половиной раза, а длительность звучания стала почти в 6
раз больше, чем пластинок на 78 об/мин того же формата.
В 1949 г. американская фирма RCA Victor выпустила пластинки на
45 об/мин диаметром 17,5 см и проигрыватель для них с автоматом
для смены пластинок. Время записи одной стороны пластинки 5 мин
5 сек, впоследствии было доведено до 9 мин с применением переменного
шага записи.
В 1954 г. появились пластинки на 16 об/мин под названием "говорящая
книга". Большое время записи (при диаметре 25 см около часа для
одной стороны) сделали их удобными в качестве учебных пособий и
для людей с плохим зрением.
В 1956 г. радиовещательная компания Columbia совместно с автомобильной
фирмой Chrysler выпустила пластинки на 161/2 об/мин с шириной канавки
25-30 мкм. Длительность речевой записи на одной стороне была 1 ч,
а музыкальные записи имели длительность 45 мин.
Первое
устройство для воспроизведения Берлинера 1894 г.
Сочетание долгоиграющих пластинок с проигрывателем-автоматом позволило
осуществлять звуковоспроизведение с пластинок в течение нескольких
часов без вмешательства слушателя.
Еще в 1928 г. фирма Columbia предложила выбирать расстояние между
канавками в зависимости от амплитуды, о чем писалось в патенте,
опубликованном в 1933 г. Однако эта идея была забыта. Вновь этот
вопрос был поднят Рейном, который опробовал свою систему в 1942
г. и закончил ее в 1950 г.
Применение вместо непосредственной записи на диск с микрофонов
- перезаписи с магнитофонов позволило получить упреждающий по времени
сигнал для управления сдвига канавки. Схема Рейна оказалась сложной,
и на практике использовались рекордеры с переменным шагом, предложенные
фирмами Columbia и Teldec.
При записи с переменным шагом пластинок с широкой канавкой выигрыш
по времени звучания составлял 15%, а для долгоиграющих пластинок
- 25%. Пластинки с переменным шагом были выпущены в 1951 г. фирмой
Deutsche Grammofon, в конце 1952 г. - фирмой Teldec, а с 1956 г.
выпускались в СССР. Пластинки с переменным шагом не требуют специальной
воспроизводящей аппаратуры.
Помимо механической записи на диск известна механическая запись
на ленту. В 1931 г. в Германии фирмой Tefifon были изготовлены аппараты
с механической записью на бесконечной ленте.
В это время в России А.Ф.Шорин предложил использовать в качестве
носителя механической записи звука кинопленку. При использовании
кинопленки шириной 35 мм на ней размещалось более 50 канавок. Это
позволяло при рулоне кинопленки длиной 300 м получить запись длительностью
8 ч. "Шоринофон" использовался для оперативных и вспомогательных
записей в радиовещании и при производстве кинокартин (в том числе
первых советских звуковых - "Путевка в жизнь", "Веселые ребята"),
однако ленточные носители механической записи не нашли широкого
применения.
После появления телефона, фонографа, радиовещания и звукового кино
люди обратили внимание на недостатки монофонической передачи звука.
В 1881 г. на Всемирной выставке в Париже изобретатель Клемент Адер
впервые осуществил двухканальную передачу звука из оперного театра.
Передача велась по телефонным проводам, соединенным с двумя группами
микрофонов, одна из которых размещалась справа, а другая слева от
сцены. Слушать передачу можно было по телефону с помощью пары наушников.
В 1912 г. подобные опыты были повторены в Берлине.
Как только кинематограф стал звуковым, возникла необходимость заставить
звук следовать за перемещением актеров вдоль экрана. В 1930 г. французский
кинорежиссер Абель Ганс осуществил пространственное воспроизведение
звука в зале кинотеатра, для чего установил громкоговорители не
только за экраном, но и в самом зале.
До 1957 года запись на пластинках была только монофонической. Но
опыты проводились и в области стереофонической грамзаписи. В 1931
г. английский изобретатель
А. Блюмлейн предложил способ стереофонической записи на диск, при
котором сигналы обоих каналов одновременно записывались одним резцом
в одной и той же канавке. В своей заявке, на которую был выдан патент,
Блюмлейн предлагает два способа стереозаписи: один представляет
собой комбинацию поперечной и глубинной записи, другой - две взаимно
перпендикулярные составляющие колебания резца направлены под углом
45° к поверхности диска. Недостаточный уровень техники записи-воспроизведения
не позволил в то время реализовать идеи Блюмлейна.
Граммофон
Берлинер, выпущенный на рынок
В 1952 г. американский инженер Кук предложил "бинауральную пластинку",
каждая сторона которой содержала "правую" и "левую" записи. Обе
записи воспроизводились одним тонармом с двумя головками (адаптерами).
Неэкономичное использование площади диска и сложность синхронизации
не дали этому способу практического применения.
В лаборатории Decca Records в Лондоне был разработан электрический
способ разделения каналов с помощью фильтров, при условии, что один
из каналов записывался на поднесущей частоте. В США аналогичный
способ известен под названием Минтер-системы. Способ несущей частоты
оказался сложным и дорогим.
Наконец получил признание и способ Блюмлейна 45/45. В США фирма
Vestrex разработала такую систему, и уже в 1958 г. метод был рекомендован
в качестве единого международного способа записи стереофонических
пластинок. Стереофонические пластинки изготовляются тех же форматов
и для тех же скоростей, что и монофонические долгоиграющие пластинки.
По мере накопления опыта и теоретического осмысления выявились
некоторые недостатки и ограничения, свойственные двухканальной стереофонии:
эффект провала звука посередине между громкоговорителями, узкая
зона, в которой ощущается стереоэффект, искажения локализации источника
звука. Начали проводиться опыты по трех- и четырехканальному звуковоспроизведению.
В 1969-1971 гг. на мировом рынке появились первые образцы четырехканальной
(квадрафонической) аппаратуры: магнитофоны, электрофоны. Грампластинки.
Квадрафония была воспринята как новинка, которой вряд ли суждено
получить широкое распространение: слишком уж дорогой ценой - двукратным
увеличением числа каналов - улучшается стереофонический эффект.
Первые граммофонные пластинки прессовались из смеси на основе шеллака,
представляющего собой смолу естественного происхождения, впоследствии
шеллак был заменен синтетическими смолами. Широкое применение получила
винилитовая смола. Точный состав каждой марки граммофонных пластинок
охранялся как торговый секрет. Для изготовления граммофонных пластинок
предлагались, однако, не только пластические массы, но и ряд других
материалов. Так, например, не только были запатентованы в 1909 г.,
но и выпускались (Carl Pivoda в Праге) граммофонные пластинки из
стекла. По отзывам эти пластинки шипели меньше обычных. Появились
в продаже, в том числе и в России, даже граммофонные пластинки из
шоколада. Люди старшего поколения помнят, наверное, "записи на костях"
- пластинки, записанные на рентгеновской пленке в период гонений
на джазовую музыку.
Известны три способа формования граммофонной пластинки: прессование,
штамповка и литье. Массовое тиражирование гибких пластинок достаточно
хорошего качества производится штамповкой из листового пластического
материала толщиной 0,1 - 0,2 мм, пропускаемого после электрического
нагрева между матрицами прессформы. Нижняя половина прессформы неподвижна,
а верхняя периодически поднимается и опускается, причем в момент
опускания (удара) подача материала приостанавливается. Процесс штамповки
занимает 15-30 секунд в зависимости от диаметра пластинки Литьевой
способ не получил распространения из-за невысокого качества литьевых
пластинок, ограничения в их формате и в выборе термопластов.
Производство граммофонных пластинок в России началось в 1907 г.
Фирма Pathe установила на Бахметьевке в Москве 12 прессов (в 1911
г. их было уже 20).
Матрицы ввозились из Парижа вплоть до 1917 г. В сентябре 1910 г.
немцами Моллем, Фогтом и Кибартом была открыта на ст. Апрелевка
Московско-Киевской ж.д. фабрика граммофонных пластинок, получившая
название "Метрополь-Рекорд". Она имела 35 прессов, гальванический
цех для производства матриц и цех записи. В 1915 г. в Москве на
Щипке был открыт завод граммофонных пластинок "Пишущий амур" на
базе эвакуированного из Риги завода "Граммофон" - с 90 прессами
и собственным гальваническим цехом. Полагают, что годовое производство
пластинок до первой мировой войны в России составляло до 18 млн.
и еще 5-6 млн. пластинок импортировалось. Прекращение ввоза шеллака
заставило в 1918 г. остановить заводы в Апрелевке и Щипке, а в 1919
г. - завод на Бахметьевке. В 1922 г. было возобновлено производство
пластинок в Бахметьевке, получившей название "Фабрики имени пятилетия
Октября". В 1925 г. производство с Бахметьевки было перенесено на
Апрелевскую фабрику, возобновившую производство под названием "Фабрика
им. 1905 г.".
В 1934 г. было начато строительство завода граммофонных пластинок
в Глухове возле г. Ногинска. Мощность этого завода была значительно
выше Апрелевского. В 1935 г. был спроектирован, а с 1938 г. начал
частично вводиться в эксплуатацию центральный Дом звукозаписи, куда
была переведена организованная в 1933 г. в Москве "Фабрика звукозаписи
Граммпласттреста". В 1939 г. в России было изготовлено 85 млн. пластинок.
Параллельно росту выпуска пластинок растет и выпуск патефонов. В
1938 г. в одной лишь системе ГШП было изготовлено 668 тысяч патефонов.
После второй мировой войны выпуском пластинок занимались Апрелевский,
Рижский, Ленинградский и Ташкентский заводы. Была произведена реконструкция
Апрелевского завода, рассчитанная на выпуск 200 млн. пластинок в
год. Небольшое количество пластинок выпускал опытный цех фирмы "Мелодия"
- Московский опытный завод "Грамзапись". В настоящее время выпуск
пластинок резко сокращен.
Sony
DVD-плеер DVP-S 715
Это обусловлено появлением и распространением компакт-дисков. В
1982 г. фирмами Sony (Япония) и Philips (Нидерланды) была применена
оптическая запись с помощью полупроводникового лазера для записи
звука в цифровой форме. Эту систему отличало высокое качество звучания:
записывался весь слышимый звуковысотный диапазон, искажения снижены
до неразличимого ухом уровня и отсутствовали шумы, характерные для
граммофонных пластинок. Кроме того, распространению компакт-дисков
способствовали долговечность, малые габариты и удобство эксплуатации.
В 1987 г. на европейский рынок поступили миллионы компакт-дисков
более 6 тысяч наименований.
Компакт-диск изготавливается из прозрачного полимера (например,
полиметилметакрилата или поликарбоната) диаметром 120 мм и толщиной
1,2 мм. На рабочей поверхности, покрытой отражающим слоем, расположены
канавки с шагом в 1,6 мкм. В канавке записываются цифровые коды
в виде питов (углублений). Глубина пита 0,13 мкм, ширина 0,5 - 0,8
мкм, а длина вдоль канавки может быть от 0,87 до 3,18 мкм.
На компакт-диск записывают двухканальный (стереофонический) звуковой
сигнал и коды управления. Коды управления расширяют возможности
процесса воспроизведения (например, выбора очередности воспроизведения
различных фрагментов программы).
Большая плотность записи может приводить к появлению технологических
дефектов: как к одиночным ошибкам, так и к пакету ошибок большой
длительности. Для защиты от ошибок используется корректирующее кодирование.
По существующим нормам до 200 ошибок в секунду может быть компенсировано
корректирующим кодом.
Носитель записи, с которого производится заводское тиражирование,
называется "гласс-мастер". Заводы изготавливают гласс-мастер с дисков,
записанных в мастеринг-студиях.
В мастеринг-студиях исходные записи расставляются в нужном порядке
с требуемыми паузами. Если есть необходимость, устраняются шумы,
щелчки и треск, исправляются некоторые недостатки записи. Фонограммы
обрабатываются таким образом, чтобы у слушателя не возникла потребность
регулировать громкость или применять эквалайзер при переходе от
композиции к композиции в пределах одного диска. Мастер-диск, готовый
к производству CD, должен иметь управляющий код и необходимую заводу
документацию.
Для изготовления мастер-диска требуется дорогое оборудование, которое
не все могут приобрести, хотя много "горе-специалистов" занимаются
изготовлением компакт-дисков. Не приходится удивляться, что на рынке
появляются некачественные диски. Тиражирование компакт-дисков осуществляется
прессованием. Затем наносят металлический отражающий слой из особо
чистого алюминия, и защищают его покрытием. Нанесение этикетки завершает
процесс изготовления оптической грампластинки.
Наиболее перспективными для оптической записи являются перезаписываемые
носители, пригодные для многократного использования. В качестве
перезаписываемых носителей наиболее широкое распространение получили
носители из материалов на основе недокиси теллура, ванадия с ярко
выраженными фазовыми переходами (кристаллическое или аморфное состояние).
Для стирания используют сфокусированные пятна лазера различной протяженности
и интенсивности.
Более ста фирм в мире выпускают проигрыватели для компакт-дисков.
Их стоимость снизилась в 10 раз, а габаритные размеры и масса примерно
в 5 раз, при расширении функциональных возможностей. Выпускается
также профессиональная аппаратура воспроизведения компакт-дисков
для радиовещания и рекордеры для записи компакт-дисков.
В 1992 г. фирма Sony разработала новый носитель записи звука -
минидиск (MD). На минидиске можно записать 74 минуты стереозвука.
Помимо минидисков начали выпускаться плейеры для их воспроизведения,
а также записывающие устройства.
Минидиски очень удобны для оперативной записи и работы с "живым"
звуком: мгновенный доступ к любой песне, возможность их перенумерации,
название песни/диска индицируется бегущей строкой, а если запись
была включена с опозданием на несколько секунд, то она все равно
запишется с начала благодаря встроенной памяти (функция Time mashine).
Имеются плейеры, оснащенные противоударной памятью на 10 секунд,
способностью запоминать место, где вы остановили 'воспроизведение.
Плейер имеет систему усиления баса и удобный пульт управления с
дисплеем. Если учесть, что на дисках можно осуществлять миллион
циклов перезаписи и при этом качество звучания не ухудшается, то
становится ясным преимущество минидисков перед кассетами.
По всем показателям, кроме одного, оптическая запись превосходит
цифровую магнитную запись. Этот показатель - объемная плотность
записи. Поэтому многие фирмы работают над увеличением объемной плотности
записи CD, стараясь применить многослойный способ записи. Имеются
разные пути для решения этой проблемы: направление луча лазера на
определенный слой путем изменения фокусировки; использование новых
прозрачных материалов для носителя записи; применение магнитных
и электрических полей, поочередно подключаемых к различным слоям
носителя для увеличения контрастности; уменьшение длины волны лазера
и др.
Что же нас ожидает в ближайшем будущем в области цифровой оптической
записи?
Еще 5-10 лет будут выпускаться компакт-диски и минидиски с двухканальной
стереофонической записью и со свойственными ей недостатками. Но
на смену CD уже пришли универсальные диски DVD (Digital Versatile
Disc). Они применяются для записи звука, видео и файлов данных.
Pioneer
DVD-ROM
Выпускаются односторонние диски DVD, в перспективе двусторонние
диски, односторонние многослойные и двусторонние многослойные диски,
длительность звучания которых будет более 120 часов.
На дисках DVD можно записать до шести звуковых каналов. Это могут
быть: двухканальная и трехканальная стереофония, четырехканальная
квадрафония объемного звучания плюс отдельный узкополосный низкочастотный
канал для спецэффектов. Можно создать систему из трех фронтальных,
двух тыльных громкоговорителей и НЧ-громкоговорителя (т.н. система
5.1). Аппаратура с помощью управляющих кодов сама различает формат
записи и осуществляет воспроизведение в нужном режиме.
При правильном расположении хороших громкоговорителей, даже самый
привередливый меломан будет удовлетворен качеством звучания формата
5.1.
Можно с уверенностью сказать, что цифровая оптическая запись будет
сопровождать нашу жизнь еще 30-35 лет.
А дальше... Никто не может предсказать, какие чудеса готовит нам
дальнейшее развитие техники.
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
