Развитие носителей информации

История звукозаписи. Современные стандарты звука

Введение

Как это не парадоксально звучит, но история звукозаписи началась от укола иглой. Развиваясь от единичных экспериментов энтузиастов-инженеров, пытавшихся подарить миру, способ сохранения звука, до современной индустрии звукозаписи, обороты которой сравнимы с самыми доходными видами деятельности, технологии и системы записи и воспроизведения звука превратились сегодня в абсолютно обыденный, естественный и всем привычный процесс. С течением времени менялись носители, появлялись новые стандарты звука. Давайте посмотрим, с чего все начиналось, как развивалась и изменялась на протяжении своей истории технология записи звука.

Немного истории

Как известно, многие выдающиеся открытия были получены совершенно случайно. Вспомнить того же Ньютона и приснопамятное яблоко, упавшее ему на голову, или Менделеева, которому приснилась его периодическая система элементов. Список можно продолжать довольно долго. И в нем обязательно будет значиться история открытия процесса записи звука. В своих дневниках, Томас Эдисон, изобретатель фонографа – первого в мире прибора для записи и воспроизведения звука, вспоминает: «Однажды, когда я работал над улучшением телефона, я как-то запел над диафрагмой телефона (тоненькой стальной пластинкой), к которой была припаяна игла. Благодаря дрожанию пластинки, игла уколола мне палец, что заставило меня задуматься. Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи – отчего бы пластинке не заговорить? Вот и вся история: не уколи я палец – не изобрел бы фонографа!». Именно с изобретения фонографа, а вернее с 12 августа 1877 года, и начинается точка отсчета истории звукозаписи. В этот день Эдисон сделал первую в мире звукозапись, зафиксировав на цилиндре фонографа, выступавшего в то время носителем информации, американскую мелодию Mary Had A Little Lamb. Принцип работы фонографа очень прост. Первая машина для записи звука имела цилиндр, который поворачивался при помощи ручки. Еще в ней был рожок и затупленная игла. С узкого конца рожок был закрыт гибкой мембраной. Входящие с широкой стороны рожка звуки вызывали колебания этой мембраны, к которой крепилась игла. Игла двигалась вверх и вниз под воздействием звуков. Цилиндр покрывал слой оловянной фольги. Игла вдавливалась в эту фольгу, а рожок вместе с иглой медленно двигался вдоль цилиндра, по мере того как поворачивалась ручка. Таким образом, обойдя вокруг цилиндра много раз, иголка выдавливала на фольге дорожку. Когда кто-нибудь говорил или пел в рожок, игла при этом совершала движения вверх и вниз. Опускаясь, игла делала более глубокие бороздки в фольге, а поднимаясь более мелкие. Изменение глубины бороздок и было отражением звуковых волн, производимых при речи или при пении. Так происходила запись звука. Чтобы воспроизвести запись, рожок с иглой перемещали обратно, к началу бороздки. Когда игла двигалась по бороздке, она заставляла вибрировать тонкую мембрану в такой же последовательности, как и при записи. Это вызывало колебания воздуха в рожке, что и было причиной возникновения звука, напоминающего прозвучавший при записи.

Развитие носителей информации

В фонограф постоянно вносились усовершенствования. Например, оловянная фольга, покрывавшая валик, в скором времени сменилась тонким слоем воска. Однако, несмотря на все попытки, добиться качественной и долговечной записи не получалась. Требовались новые технические решения, и вскоре, а вернее в 1888 г. немец Эмиль Берлинер изобрел граммофон. После записи фонограмма покрывалась лаком и служила для получения отпечатка на хроможелатиновом слое. Позднее стали применять кислотное травление, в качестве подложки использовать цинк, а в качестве защитного слоя - воск. Применяя как оригинал цинк, протравленный в хромовой кислоте, получали гальванопластические копии. Первая граммофонная пластинка была изготовлена из целлулоида. Чуть позднее стали применять диски из шеллака, шпата и сажи. Позднее шеллак был заменен синтетическими смолами, наиболее популярной, среди которых, была винилитовая смола. Хотя применялись и иные, более экзотические материалы. В частности, изготавливали пластинники из шоколада, а также из стекла. Да и в современной истории, в период гонений на джаз, умельцы нашли весьма своеобразный выход, и использовали для записи довольно доступный материал – рентгенографические пленки. Такие пластинки были прозваны в народе записями «на костях». Однако вернемся к истории. На смену граммофону пришел небезызвестный, по рассказам наших бабушек, патефон. Благодаря некоторым улучшениям, он имел более портативный размер, нежели граммофон, что, конечно, привело к очень широкой популярности и распространению данного прибора, повлекшего за собой и популяризацию музыкальных записей. Тем более что пластинки постоянно дешевели. Для их изготовления стали использовать весьма недорогие материалы, остановившись, в конце концов, на виниле. Именно виниловые пластинки и стали постоянными спутниками всех меломанов мира. Весьма любопытен тот факт, что практически одновременно с изобретением фонографа, предпринимались первые попытки магнитной записи звука. Впервые такая мысль была высказана Оверлингом Смитом в 1888 г. Описанное Смитом устройство имело все отличительные признаки магнитофона: магнитный носитель информации, механизм для его подачи и магнитную головку. К сожалению, детище Смита так и не «пошло в серию», так что реальным рождением магнитная запись обязана датчанину Паульсену, который в 1898 г. продемонстрировал работоспособный аппарат – магнитофон, где носителем записи была стальная проволока. 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. Понимая эту проблему, Паульсен разработал способ магнитной записи на вращающийся стальной диск. Информация на нем записывалась по спирали, перемещающейся магнитной головкой. Это был, по сути, некий прообраз современных дискет, или даже винчестеров современных компьютеров. Первые магнитофоны описанной конструкции не дотягивали, по качеству записи, популярным в то время граммофонам. Именно поэтому, развитие магнитной записи было несколько приостановлено, вплоть до двадцатых годов прошлого века. Конечно, попытки предпринимались, но отсутствие усилителей не давало добиться сколь-нибудь значительных результатов. Все изменилось с изобретением вакуумных электронных ламп, а наибольших успехов, магнитная звукозапись добилась с появлением усовершенствованных магнитных головок, применения подмагничивания и порошковой магнитной ленты. В 1927 году Фрицем Флеймером быда разработана технология производства магнитной ленты на немагнитной основе. На основе этого изобретения, в 1935 году немецкие компании «АEG» и «IG Farbenindustri» пустили в производство магнитную ленту на пластмассовой основе, которая была покрыта металлическим порошком. Специально для использования магнитной ленты, было разработано совершенно новое электромеханическое устройство, получившее фирменное название «Magnetofon», которое и стало, в конце концов, наименованием всех подобных устройств. Изначально магнитофоны были выполнены в катушечном «форм-факторе». Однако постепенно к ним на смену пришли магнитофоны кассетные, где обе миниатюрные катушки, с магнитной пленкой и пустая, были помещены в специальную компакт-кассету и конец пленки заранее закреплен на пустой катушке. Параллельно совершенствовалась и грамзапись. С развитием радиотехники появились радиолы, проигрыватели, и электрофоны. Пружинный двигатель был заменен электрическим. При тех же размерах пластинки скорость уменьшилась до 33 1/3 об/мин, а увеличение плотности записи позволило создать долгоиграющие пластинки. Однако не за горами была новая революция развития носителей информации. В 1979 году компания Philips совместно с Sony предъявили миру абсолютно новый носитель информации – оптический диск (компакт-диск – Compact Disk – СD) для записи и воспроизведения звука. И уже в 1982 году началось массовое производство компакт-дисков на заводе в Германии. 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 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, а очень высокая плотность записи достигается благодаря фокусированию лазерного луча в пятно размером менее 1 мкм. На смену компакт-дискам приходит еще более новый стандарт носителей информации – DVD (Digital Versatil Disc). Основное отличие DVD-диска – гораздо более высокая плотность записи информации. Это достигается благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, благодаря чему расстояние между дорожками уменьшилось вдвое. DVD-диски, также, могут иметь один или два слоя информации. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний, однослойный емкостью 4,7 Гбайт, односторонний, двухслойный емкостью 8,8 Гбайт, двухсторонний, однослойный емкостью 9,4 Гбайт и двухсторонний, двухслойный емкостью 17 Гбайт. В теме развития носителей информации, в том числе и звука, нельзя не упомянуть про разнообразные карты памяти, применяемые, сегодня, в основном в MP3-плейерах (в мобильных телефонах и т.п. гаджетах). А также про молниеносное развитие технологии жестких дисков, используемых не только в наших компьютерах, но практически во всех современных приборах для записи звука. Однако останавливаться на них подробно мы не будем, а перейдем непосредственно к форматам записи звука, проследив их развития от эпохи моно, до современных звуковых стандартов.