В конце 16 века физик Порта заявил: «Звук не исчезает бесследно, и его можно как-то сохранить». Многие ученые того времени бились над решением этой проблемы. Они пытались различными способами «законсервировать» звук, сохранить его для потомства. Но только в начале 19 века физику Юнгу удалось зафиксировать след звуковых колебаний на закопченной бумаге. Потребовалось еще полстолетия, чтобы француз Скотт сконструировал прибор, который мог «расписываться» почерком, присущим любому звуку. Не останавливаясь на подробностях конструкции такого прибора, скажем лишь, что он имел подвижную иглу, которая под воздействием звуковых колебаний приводилась в движение и процарапывала непрерывную кривую линию на подвижной закопченной бумаге. Такую кривую линию ученые назвали звуковым следом. Естественно, что для каждого звука звуковой след различен. Но записать «рисунок» звука - это только половина решения задачи, называемой звукозаписью. Другая половина этой задачи - заставить имеющуюся тонкую извилистую линию, звуковой след, зазвучать и передать в точности те звуки, которые были записаны.
Долгое время ни у кого даже не возникала мысль о возможности использовать звуковой след для получения звуковых колебаний, то есть об обращении звукового следа в слышимый звук.
Первым, кто использовал звуковой след для записи и воспроизведения звука, был американский изобретатель Томас Альва Эдисон, который в 1877 году продемонстрировал сконструированный им аппарат для записи и воспроизведения звука, названный фонографом.
С этого момента и начинает свое летосчисление история звукозаписи.
Рис. 1. Так выглядел первый звукозаписывающий аппарат - фонограф. Рядом с ним его изобретатель Томас Альва Эдисон.
Фонограф Эдисона представлял собой прибор, в котором валик, обернутый оловянной бумагой, совершал вращательно-поступательное движение. При вращении валика игла, жестко связанная с мембраной рупора, вдавливалась в оловянную бумагу. В зависимости от силы звука, произносимого перед рупором, игла вдавливалась на различную глубину, в зависимости от колебаний мембраны. При вращении валика он передвигался вдоль оси вращения и игла прочерчивала спиральный звуковой след переменной глубины.
Для воспроизведения сделанной таким образом записи звука нужно было поставить иглу на начало канавки и привести валик во вращательное движение. Тогда игла, следуя по канавке, начнет колебаться в такт с записанным звуковым следом, передаст эти колебания мембране, соединенной с рупором, и в рупоре будет слышна запись звука.
Фонограф был первым аппаратом механической записи звука. Этот способ звукозаписи назывался механическим потому, что звуковой след получался путем механического изменения формы носителя звука.
Мы могли бы подробно рассказать, как оловянная бумага на валике фонографа была заменена восковым валиком, как на смену фонографу пришли граммофон, а затем патефон, как валики заменила граммофонная пластинка и как она приобрела форму современного знакомого нам черного диска, как граммофонная пластинка стала долгоиграющей и какой вклад в это внесли русские и советские ученые и изобретатели. Но мы не будем останавливаться на вопросах истории механической звукозаписи. Наша задача - рассказать о магнитной записи звука.
Несколько слов о фотооптической записи звука.
С тех пор как в 1895 году братья Огюст и Луи Люмьер впервые продемонстрировали изобретенный ими синематограф, кино проделало большой путь и стало одним из любимейших народом видов искусства. Ваши дедушки и бабушки, наверное, помнят, как кино называли «великим немым». Правда, попытки «озвучивания» кинофильмов предпринимались неоднократно. Так, например, в 1908 году на экраны кинотеатров был выпущен первый русский игровой кинофильм «Понизовая вольница» («Стенька Разин»). Специально для него была написана известным русским композитором М. М. Ипполитовым-Ивановым музыка, иллюстрирующая кадры этого фильма. Музыка была записана на граммофонные пластинки, которыми пользовались при демонстрации фильма. Однако такое нововведение не оправдало себя по многим причинам: из-за низкого качества звучания, из-за неизбежного несовпадения зрительного ряда со звуковым сопровождением, из-за малой громкости звучания граммофона, с помощью которого производилось так называемое озвучивание фильма; кроме того, пластинки быстро изнашивались и т. д. и т. п. Словом, от такого «звукового кино» пришлось быстро отказаться. Но идея «озвучивания» кинофильма не покидала многих изобретателей.
Тогда возникла мысль: звук нужно записать на той же пленке, на которой заснято изображение. Звук нужно сфотографировать!
Да, да. Это не оговорка. Именно нужно сфотографировать звук и вместе с изображением разместить его на одной кинопленке. Только в этом случае можно будет добиться совпадения звука с изображением или, как принято говорить, только тогда будет обеспечена синхронность изобразительного ряда и звукового сопровождения.
Звуковые волны непосредственно увидеть нельзя. Но то, что звук - волновой процесс, знает теперь каждый школьник. Как же сфотографировать звук?
Все мы хорошо знаем, что фотография - процесс оптический, связанный со светом, или, выражаясь точнее, со световым потоком. Значит, звук нужно превратить в свет, а точнее, звуковые колебания преобразовать в колебания светового потока. Но как это сделать?
Фотооптический способ записи и воспроизведения звука прошел путь от первых опытов наших соотечественников А. Викшемского в 1889 году и И. Полякова в 1900 году до современной тщательно отработанной системы, которая совместно с электронными устройствами широко используется в кинематографе. Правда, на основе фотооптического способа записи и воспроизведения звука в начале сороковых годов делались попытки создания дешевого воспроизводящего аппарата индивидуального пользования (например, аппарат «Говорящая бумага»). Несмотря на простоту тиражирования, которое могло осуществляться типографским способом, такие аппараты распространения не получили из-за невысокого качества звучания и громоздкости устройств.
В наше время самое широкое распространение получил третий способ записи и воспроизведения звука, называемый магнитным.
Он основан на способности некоторых материалов намагничиваться, проходя через магнитное поле, и сохранять свое намагниченное состояние, называемое остаточным намагничиванием, после выхода из магнитного поля.
Идея использовать явление остаточного намагничивания для записи звука была высказана еще в конце прошлого столетия. Первым такой аппарат построил датский физик В. Паульсен в 1898 году. Посмотрите, как этот аппарат, названный автором «Телеграфоном», похож на фонограф Эдисона. Различаются они лишь носителем записи. Аппарат Паульеена также представлял собой устройство с вращающимся барабаном, но в нем, в отличие от аппарата Эдисона, вместо оловянной бумаги была использована стальная проволока, намотанная на барабан с некоторыми расстояниями между витками. Электрический ток от микрофона передавался в обмотку стержневого электромагнита, который при вращении барабана передвигался вдоль его оси и, касаясь проволоки, намагничивал ее в такт со звуковыми колебаниями. При воспроизведении сделанной таким образом записи звука движения барабана и электромагнита повторялись с той лишь разницей, что теперь к обмотке стержневого электромагнита подключался телефон (наушник). При этом в обмотке электромагнита индуцировалась электродвижущая сила (э.д.с.), которая соответствовала записанным звуковым колебаниям, а с помощью телефона эта э.д.с. преобразовывалась в звуковые колебания, позволяя прослушивать сделанную запись звука. Правда, громкость звучания воспроизводимой записи была очень мала и сопровождалась заметными искажениями звука.
Однако развитие магнитного способа записи звука, как, впрочем, и фотооптической записи, тормозилось в те годы из-за отсутствия технических средств. Лишь изобретение электронной радиолампы и развитие радиотехники позволило усовершенствовать аппаратуру магнитной записи звука и расширить области ее применения. Так, в тридцатые годы уже несколько фирм занимались производством аппаратов магнитной записи звука, которые работали на тонкой стальной проволоке или ленте и использовались в качестве диктофонов и для репортажных записей в радиовещании. Но применение стальной проволоки или ленты тормозило широкое развитие магнитной записи звука из-за того, что катушки с проволокой или лентой были довольно тяжелы и громоздки. Проволока часто рвалась, путалась, а соединять ее было нелегко, при движении в аппарате проволока перекручивалась, качество записи оставалось низким. Естественно, что в таких условиях магнитная запись еще не могла конкурировать с механической записью, пережившей свой младенческий возраст и получившей уже достаточное распространение.
Однако патенты того времени свидетельствуют, что работы в области магнитной записи звука не прекращались. Энтузиасты этого вида звукозаписи искали пути усовершенствования аппаратуры.
В первую очередь исследователи обратили внимание на носитель записи. Поиски материала для носителя записи показали, что, во-первых, применение материала с различными магнитными характеристиками существенно влияет на качество записи звука, и, во-вторых, выявили те магнитные характеристики материала, которые наиболее пригодны для записи звука. И здесь произошло неожиданное. Оказалось, что ни одна сталь или сплав не обладают теми магнитными характеристиками, которые нужны для записи звука. Зато наиболее близкие к искомым магнитные характеристики имеет коричневый порошок окиси железа или, говоря проще, известная всем железная ржавчина.
Но как ее использовать?
В 1925 году советский инженер И. И. Крейчман взял патент на новый носитель магнитной записи. Этот носитель состоял из целлулоидной основы, покрытой с одной стороны слоем магнитного порошка «с большой задерживающей силой», растворенного в связующем веществе. Изобретение удивительно точно предвосхитило современную магнитную ленту. Но, к сожалению, оно в то время осталось незамеченным и практической реализации не получило.
Ленточный носитель записи обладал нужными магнитными характеристиками, был значительно легче стальной проволоки и стоил в несколько раз дешевле. Но самое главное достоинство магнитной ленты заключалось в возможности соединения отдельных кусков простым склеиванием, что значительно упрощало пользование аппаратурой магнитной записи звука и решало проблему отдельных записей, то есть соединения самостоятельных записей в единое целое.
Другим изобретением, значительно повысившим качество магнитной записи звука, была разработанная немецким инженером Шюллером так называемая кольцевая магнитная головка, заменившая стержневую магнитную головку. Современные магнитные головки почти полностью повторяют принцип действия первой головки Шюллера.
Все эти работы подготовили появление нового вида аппаратуры для записи звука. Годом рождения аппарата для магнитной записи звука можно считать 1934 год, когда в Германии был разработан и изготовлен такой аппарат и магнитная лента для него.
Этот аппарат получил фирменное название «Магнетофон». Такое его название для аппаратуры магнитной записи звука сохранилось и до наших дней, правда в несколько измененном виде. Демонстрация магнитофона на Берлинской радио-выставке в 1935 году произвела настоящий фурор и сразу выдвинула его на первый план среди звукозаписывающей аппаратуры. Начиная с 1937 года, магнитофоны были внедрены германским радиовещанием в постоянную эксплуатацию. Вслед за радиовещанием магнитофонами заинтересовалось и германское военное ведомство, которое использовало их в службе радиоперехватов, для шифровальных работ и для записи телефонных разговоров. Это обстоятельство определило быстрое развитие производства магнитофонов и магнитной ленты в Германии. Но удивительнее всего то обстоятельство, что в других странах Европы и в США в то время не обратили никакого внимания на новый вид аппаратуры для магнитной записи звука. А ведь магнитофоны по тем временам имели наиболее высокие качественные показатели.
Следующий качественный «скачок» магнитофоны сделали в 1940 - 1941 годах, когда на смену постоянному току был введен особый высокочастотный режим записи, или, как его называют специалисты, режим записи с высокочастотным подмагничиванием. Хотя предложения о таком режиме записи выдвигались задолго до его внедрения (Карлсоном и Карпентером в 1927 году, Нагаи и др, в 1937 году), практическому осуществлению предшествовал довольно курьезный случай.
Два работника немецкого радиовещания вели запись весьма ответственной передачи. Во время записи они заметили, что усилитель магнитофона самовозбудился, то есть начал излучать колебания сверхвысокой звуковой частоты, которых не было в составе реального звукового сигнала. Выключить магнитофон и тем прекратить запись они побоялись, решив, что после окончания записи попробуют спасти фонограмму. Каково же было их удивление, когда, прослушивая сделанную запись, они услышали чистейшее звучание без шума и шорохов в паузах, без характерных искажений записываемого сигнала. Анализируя причины столь «загадочного» происшествия, немецкие инженеры Браунмюль и Вебер (а это они вели «злополучную» запись передачи) пришли к выводу, что замена режима записи с постоянным током на высокочастотный режим резко повышает качественные показатели магнитофона. Они же практически разработали систему записи с высокочастотным подмагничиванием, дошедшую до наших дней почти в неизменном виде. Это нововведение сразу выдвинуло магнитофон на первое место как по качеству записи, так и по удобствам пользования, значительно опередив механический и фотографический способы записи звука, которые к этому моменту уже были достаточно хорошо изучены, и было разработано их промышленное применение. Единственное препятствие к широкому распространению магнитофонов заключалось в довольно высокой стоимости аппаратуры.
Начавшаяся вторая мировая война в Европе временно приостановила дальнейшие теоретические и практические разработки в области магнитной записи звука. Но уже сразу после окончания войны во всех промышленно развитых странах магнитная запись получает самое широкое распространение. Причем если в европейских странах и в Японии основное внимание в то время было уделено аппаратам для магнитной записи звука, то в США такие аппараты стали использовать и для исследовательских целей.
В нашей стране работы по магнитной записи звука были начаты в 1930 году под руководством В. К. Виторского. Группа исследователей, в которую, помимо В. К. Виторского, входили Л. Я. Юхнова, В. К. Магнушевский и др., занималась вопросами магнитной записи на стальную проволоку. Ими были исследованы физические процессы магнитной записи, испытывались различные сорта стальной проволоки и разрабатывались звукозаписывающие аппараты. Один из таких аппаратов долгое время работал в диспетчерском пункте Мосэнерго для автоматической записи телефонных разговоров в случае возникновения аварийной ситуации. Запись в этом аппарате производилась на стальную проволоку диаметром 0,2 - 0,3 мм, двигавшуюся со скоростью 2 метра в секунду, а частотный диапазон записи простирался до 4000 колебаний в секунду.
Рис. 3. В этом аппарате конструкции И. С. Рабиновича впервые был использован способ строчной записи звука с четырьмя магнитными головками.
В 1940 году были начаты работы по магнитной записи звука на порошковую магнитную ленту. Их возглавил И. С. Рабинович. Уже в 1942 году были изготовлены первые отечественные магнитофоны для радиовещания. И в том же 1942 году И. С. Рабиновичем были впервые в мире построены магнитофоны с двухдорожечной записью, которая потом широко использовалась в бытовых магнитофонах и дожила до наших дней. Им же и в то же время был детально разработан способ с четырехголовочной строчной записью, предложенной еще в 1932 году К. Л. Юсуповым, и построен такой аппарат, работавший на перфорированной магнитной ленте шириной 35 мм. Много лет спустя этот способ магнитной записи явился основой так называемого «способа фирмы Ампекс», которая применила строчную запись с четырьмя магнитными головками для магнитной записи телевизионных изображений.
В 1945 году группа под руководством И. С. Рабиновича (в нее входили А. Ф. Милютин, Г. И. Келлер, Б. П. Матвиенко, С. С. Мыльников и др.) разработала первый отечественный студийный магнитофон СМ-45, изготовлявшийся серийно. В этом же году во Всесоюзном научно-исследовательском институте звукозаписи начала работать и группа под руководством И. Е. Горона. Уже в 1946 году эта группа разработала магнитофон МАГ-2, где впервые в отечественной практике использовался высокочастотный режим записи. Этот аппарат нашел широкое применение в радиовещании, театрах и клубах. А с 1948 года отечественная промышленность начала выпускать бытовые магнитофоны «Эльфа», «Днепр», «Яуза» и другие.
С тех пор магнитофоны прошли значительный путь. За столь короткий в историческом значении отрезок времени магнитофоностроение стало большой отраслью науки и производства. Бытовые магнитофоны заметно изменили свой облик. На смену радиолампам пришли миниатюрные полупроводниковые приборы. Двухдорожечная запись преобразовалась в четырехдорожечную. Вместо громоздких и неудобных в обращении рулонов с магнитной лентой стали применять компактные кассеты, а сама магнитная лента стала во много раз тоньше. Значительно уменьшились и скорости движения магнитной ленты. Все это сделало магнитофоны компактными, легкими, удобными для переноски. Заметно повысилось качество записи и воспроизведения. Появились стереофонические и квадрофонические магнитофоны.
Что же определило широкое распространение в довольно короткий срок магнитной записи звука?
Во-первых, возможность достаточно простым путем и при относительно несложной аппаратуре получить высококачественную запись звука от различных источников звукового напряжения и столь же высококачественное воспроизведение сделанной записи.
Во-вторых, простота процесса записи и моментальная ее готовность к воспроизведению. Практически сделанная запись без какой-либо дополнительной обработки может быть тут же воспроизведена, причем время, затраченное с момента окончания записи до момента начала воспроизведения, определяется лишь временем перемотки магнитной ленты до начала записанного участка.
В-третьих, практическая неизнашиваемость носителя записи, то есть магнитной ленты. Действительно, сделанную запись можно прослушивать сколько угодно раз без заметного ухудшения качества воспроизведения.
В-четвертых, возможность многократного использования носителя записи. Если сделанная запись устарела или оказалась ненужной, ее можно «стереть» и на том же участке носителя записи сделать новую запись. При этом качество носителя записи не изменяется, как не изменится и качество воспроизведения вновь сделанной записи.
В-пятых, возможность монтажа записей, когда сделанные, например, в разное время записи можно объединить в одну запись путем разрезания и склеивания магнитной ленты в требуемой последовательности.
К сказанному можно добавить еще возможность «наложения» новой записи на ранее сделанную, то есть получение комбинированной записи или записи с различными трюковыми эффектами; возможность записи «команд» для исполнительных устройств различных механизмов без влияния на качество воспроизведения звука и многие другие особенности, присущие только магнитному способу записи звука.
Параллельно с аппаратурой магнитной записи звука были разработаны и начали выпускаться промышленностью видеомагнитофоны для записи и воспроизведения телевизионного изображения, аппараты для точной записи, для электронных вычислительных машин и других специальных назначений. Магнитофоны стали широко использовать в учебном процессе в школах и институтах.
Магнитофон вышел на широкую столбовую дорогу.
