Первое в истории устройство для записи звука. Реферат: История механической звукозаписи: Эволюция аудиотехники

Можно со всей уверенностью сказать, что до 1877 года звукозаписи в современном ее понимании не существовало, то есть фиксировать звуковые волны с последующей возможностью их воспроизведения люди не умели. Вот почему появление «говорящей» машинки, созданной американским изобретателем Томасом Алва Эдисоном, очень развеселило его механика. А сама идея, положенная в основу этого удивительного устройства, стала стартовым моментом в истории звукозаписи.

Механическая запись

Заокеанское говорящее чудо, изготовление которого обошлось всего в 18 долларов, представляло собой цилиндр, покрытый оловянной фольгой. Над ним находилась соединенная с мембраной игла, которая в зависимости от громкости и характера звука процарапывала определенной глубины канавку. Вращался цилиндр вручную. Назвали новинку фонографом. В октябре 1877 года Эдисон прогорланил в рупор устройства песенку «У Мэри была овечка» (именно «прогорланил», потому что петь приходилось громко). Так был сделан первый шаг в истории звукозаписи.

Понятно, что до воспроизведения хорошего звука этому шипящему устройству было далеко, к тому же записи с него нельзя было тиражировать. Со временем Эдисон несколько усовершенствовал свое изобретение. Механическую записывающую силу заменил электрической, олово — воском (это дало возможность перезаписи), но основную проблему массового тиражирования он так и не решил.

Фонографы Эдисона выпускались вплоть до 1910 года. Еще около 15 лет после этого цилиндры использовали в американских конторах как диктофоны. Однако в 1929 году выпуск болванок для фонографов был прекращен, и на смену им пришло новое поколение звукозаписывающих аппаратов.

Если в плане практики звукозаписи пальма первенства, безусловно, принадлежит американцам, то по части идей и теории ее не без основания оспаривают французы. Поэт, композитор и изобретатель Шарль Кро еще 30 апреля 1877 года отправил во Французскую академию наук заявку с описанием оригинального звукозаписывающего механизма. Он предложил колебания мембраны процарапывать иголочкой на стеклянном диске, покрытом сажей, затем их фотографически переносить на металл и углублять способом химического травления.

В 1887 году американец немецкого происхождения Эмиль Берлинер воскресил из забвения идею Шарля Кро и занялся ее практической реализацией и усовершенствованием. Берлинер применял химическое травление для углубления дорожки на цинковом диске, покрытом слоем воска. Весь процесс от записи до «проявки» и «закрепления» занимал всего полчаса. «Протравленные» диски играли и лучше, и громче. Прибор для их проигрывания получил название «граммофон». Первая грампластинка, теперь уже достояние истории, хранится в Национальном музее США в Вашингтоне. Вскоре с цинковых протравленных дисков научились делать негативные стальные матрицы и с помощью последних — штамповать эбонитовые граммофонные диски.

В 1896 году граммофоны моторизировали, и с тех пор больше не надо было дежурить у звуковоспроизводящего устройства, крутя ручку. Публика по-настоящему оценила чудо техники, и начался массовый выпуск аппаратов и пластинок.

Но подходящий материал для изготовления грампластинок удалось найти не сразу. Ведь по своим качествам он должен был быть мягким при нагревании для облегчения штамповки и одновременно твердым и устойчивым к истиранию при комнатной температуре. В те времена химики только учились синтезировать пластмассы и в технике активно использовались вещества естественного происхождения, к чему прибегли и в данном случае. Пластинки стали делать из шпата, сажи и шеллака — вещества, которое вырабатывают насекомые лаковые червецы, живущие в тропических широтах. Такое производство было очень дорогим: на одно изделие уходили результаты труда 4 000 червецов. К тому же пластинки из шеллака очень легко бились, однако это не помешало выпускать их до середины столетия.

Изначально шеллачные пластинки имели в диаметре 175 мм, но впоследствии их размеры увеличились до 250 и 300 мм. А скорость их вращения со временем установилась на 78,26 оборота/мин. Играла одна пластинка всего 3 минуты, а с 1903 года — в два раза дольше, потому как записывать стали на обеих сторонах.

В 1907 году один из служащих французской фирмы «Пате», Гильон Кэммлер, предложил упрятать рупор граммофона внутрь корпуса. Новое компактное устройство назвали патефоном. В те же годы совершенствовались не только носители, но и считывающие устройства. До начала 30-х годов использовались стальные иглы, к которым привешивали механический адаптер-тонарм, весивший 100—130 граммов. Под таким грузом игла стачивалась, проиграв всего лишь одну пластинку.

Через некоторое время адаптеры, подсоединенные к иглам, сбросили вес и стали вначале электромагнитными, потом пьезокристаллическими и пьезокерамическими и наконец опять электромагнитными, но уже с нагрузкой на иглу, измеряемую не десятками, а единицами граммов. И к 1939 году появились сапфировые иглы, выдерживающие до 2 000 проигрываний.

С изобретением микрофонов и усилителей электрических сигналов качество записи значительно улучшилось: нелинейные искажения уменьшились, а частотный диапазон увеличился (со 150—4 000 до 50—10 000 Гц). Кроме того, микрофон вместе с усилителем сделали сам процесс звукозаписи более удобным.

В 1948 году, спасаясь от растущей конкуренции со стороны магнитофонов, фирма грамзаписи «Колумбия» разработала виниловую «долгоиграющую» пластинку. Новый материал позволил уменьшить размер канавок, тем самым уплотнив запись. Скорость вращения новых пластинок была 33 целых и 1/3 оборота/мин, что позволяло делать 30-минутные записи на каждой стороне пластинки. Верхняя граница частот возросла до 16 000 Гц. К 1951 году время звучания увеличилось еще на 30% благодаря применению переменного шага грамзаписи.

Но все эти улучшения не останавливали разработчиков, им хотелось новых качественных изменений, например, сделать на пластинке стереозапись. Первые подобные идеи появились еще в начале века. Предлагалось совмещать глубинный и поперечный способы записи. В 1931 году англичанин Блюмлейн описал возможность записи двойного сигнала на одной дорожке, но реализовать технически этот проект не удалось. И лишь в 1958 году наконец-то придумали способ записи на двух сторонах канавки под углом 45° к поверхности пластинки. В последующие годы на пластинку сумели записать четырехканальный звук, довели диапазон частот до ультразвука и уменьшили скорость вращения до 8 оборотов в минуту. Но все эти качественные усовершенствования оказались уже несвоевременными и не смогли спасти грамзапись от наступления принципиально новых технологий.

Основанная Эмилем Берлинером компания US Gramophone Company в первый же год изготовила и продала 1 000 устройств с ручным и электрическим приводом и 25 тыс. записей к ним. Новаторство Берлинера не ограничивалось только технической стороной вопроса, не менее прогрессивным оказалось и его предложение выплачивать исполнителям гонорар за участие в записи.

Музыка всегда с тобой

Датчанин Вальдемар Паульсен запатентовал принцип магнитной записи еще в 1898 году, правда, вместо привычной теперь пленки он применил металлическую проволоку. На Всемирной Парижской выставке первый телеграфон (так называли поначалу это устройство) проигрывал голос императора Австро-Венгрии Франца Иосифа, и за эти заслуги перед Его Императорским Величеством Паульсен даже получил Гран-при. Однако магнитная технология не стала развиваться столь стремительно, как грамзапись. Фактически она оказалась замороженной до 30-х годов XX века, когда вместо проволоки начали намагничивать ленты, изначально на бумажной и только потом на пластиковой основе. Тормозило развитие магнитной записи отсутствие электрических усилителей. Без них звук оставался очень тихим.

В 1935 году первые магнитофоны стала выпускать немецкая фирма AEG. Но по достоинству потребители оценили новинку только в конце 40-х годов. Кардинальным шагом к повышению качества звука стало предложенное немецкими учеными подмагничивание пленки переменным током во время записи сигнала. После войны немецкие магнитофоны растащили на трофеи. В частности, американцы использовали их до 1948 года.

Любой магнитофон, как известно, работает по очень простой схеме: намагниченная в разной степени лента, пролетая мимо зазора в магнитопроводе головки, создает в обмотке головки переменное электрическое поле, которое после усиления преобразуется в звуковой сигнал с помощью электродинамических громкоговорителей.

Магнитофоны достаточно долго использовались в основном в радиовещании, студийной, профессиональной и военной практике. Но по мере развития технологии и удешевления изделия они быстро прижились в домашних интерьерах, став такой же необходимой вещью, как и «вертушки» для пластинок.

В самом начале 50-х годов были разработаны малогабаритные магнитофоны с магнитной лентой на пластмассовой основе, а металлическая лента и проволока были окончательно вытеснены как носители информации. Появились двухканальные усилители и регулировка тембра по низким и высоким частотам.

А в начале 70-х годов уже стали работать катушечные бытовые магнитофоны класса HIGH FIDELITY, более известные по аббревиатуре Hi-Fi, что в переводе означает «высокая достоверность». Постепенно полоса воспроизводимых частот этих магнитофонов стала от 20 до 20 000 Гц, а динамический диапазон достиг 50 дБ.

Очередная веха в развитии магнитной записи обозначилась в 1964 году, когда фирма PHILIPS продемонстрировала миру компактную кассету, которая хоть и звучала несколько хуже пластинок, но была очень удобной и практичной по сравнению с бобинными гигантами. А с 1968 года начался серийный выпуск кассетных магнитофонов.

Совсем миниатюрные варианты такого звуковоспроизводящего устройства — разнообразные вокманы — создавались вполне сознательно. Концепция мобильного прослушивания музыки родилась в головах именно маркетологов, увидевших в этом изобретении новый рынок с огромным товарооборотом. В результате музыка, которая «всегда с тобой», не только озолотила множество фирм и исполнителей, но и изменила стиль жизни очень многих людей.

В эру аналоговой звукозаписи сигнал перед записью претерпевал значительные частотные предыскажения. При воспроизведении звука поднимали уровень сигнала на низких частотах и понижали его — на высоких.

Эра цифровых технологий

Первые попытки цифровой записи были сделаны все на той же магнитной пленке. Заметим, что до этого эксперимента на пленку пытались нанести и механическую запись. Полученное устройство назвали тогда шоринофоном (по фамилии создателя — Шорина). Суть же цифровой записи сводилась к следующему: носитель оставался прежним, но кардинально менялось то, что на него писалось.

Последующий рывок в этой области был сделан японцами, которые в 1953 году сообщили, что научились записывать звук при помощи импульсно-кодовой модуляции. Но наглядно эти заявления они подтвердили лишь в 1967 году, когда фирма NHK продемонстрировала самый настоящий цифровой магнитофон. В этом приборе оцифрованный звук записывался двумя вращающимися головками на дюймовую ленту, и уже в первых записях сигнал не шипел, не дрожал и не плавал, как звук аналоговых магнитофонов.

О поточном производстве цифровых проигрывателей речь тогда, конечно, не шла: слишком дороги и велики были микросхемы запоминающих устройств. И все же покупатели нашлись и на эти первые образцы. Ими стали студии звукозаписи, которые в погоне за качеством не жалели денег и могли позволить себе не обращать внимания на габариты. Основу тех первых аппаратов составлял магнитофон с лентой шириной 19 мм.

В 1972 году был создан 200-килограммовый цифровой гигант на базе профессионального видеомагнитофона: запись производилась на двухдюймовую ленту четырьмя вращающимися головками. Его особенностью было то, что звук писался именно в телевизионный кадр, то есть в его 576 строк. Частотный диапазон записываемого звука составлял от 20 до 20 000 Гц. Таким образом, уже тогда этот, казалось бы, доисторический аппарат 70-х годов дошел до пределов возможностей человеческого слуха. Этот магнитофон, как и его предшественник, стал активно применяться в студиях, на нем записывались мастер-ленты для грампластинок высшей категории качества.

Примерно в это же время производители занялись разработками цифровых магнитофонов с неподвижными головками. В них скорость движения ленты относительно головки была низкой, что могло сделать аппараты более надежными. Один такой магнитофон создали в 1979 году фирмы MITSUBISHI и MATSUSHITA. В том же году между двумя японскими городами открылась первая в мире линия цифрового вещания, и в это же время симфонический оркестр Берлинской филармонии приехал с гастролями в Токио. Все эти три события оказались связаны между собой: концерты оркестра с 16 по 26 октября записывались на магнитофон, а в конце года через новую ветку вещания их услышала почти вся Япония.

Еще в октябре 1977 года фирма SONY попыталась приобщить к цифровому звуку массового слушателя, создав занятную цифровую приставку к обычному видеомагнитофону. Это устройство преобразовывало аналоговый сигнал в цифровой, а затем в «псевдотелевизионный». Таким образом, видеомагнитофон помимо его исходного назначения стали использовать для записи звука очень хорошего качества. В следующем году эта фирма выпустила приставку-адаптер классом выше, для профессионалов. 1979 год стал годом унификации цифровой записи. Специалисты собрались и договорились о единых стандартах в этой области, подарив тем самым цифровым технологиям путевку в долгую жизнь. К этому времени цифровая приставка весила всего 4 кг и значительно подешевела (до 1 000$). Однако помимо профессионалов новинку оценили только те, кто был очень увлечен подобной техникой. Обычные же люди привыкли смотреть VHS-кассеты, а не слушать их, как бы хорошо они при этом ни звучали. И, как водится, обычные покупатели продолжали искать что-то более дешевое и простое, а не загадочную цифровую приставку не совсем понятного назначения.

В 1983 году представители 81 фирмы (в основном японские) собрались на конференции, чтобы обсудить будущее цифровых технологий. Конференция оказалась очень продуктивной и в буквальном смысле определила будущее этого рынка. Участники мероприятия сформировали две рабочие группы, каждая из которых должна была трудиться либо над магнитофонами системы S-DAT, либо — R-DAT, отпочковавшимися от системы DAT (DIGITAL AUDIO TAPE — цифровой аудиомагнитофон). Первая — система с неподвижной многополюсной головкой (Stationary), вторая — с несколькими вращающимися (Rotary). Довольно скоро выяснилось, что магнитофоны R-DAT более жизнеспособны по всем параметрам: и проще, и меньше, и дешевле. В начале 1987 года магнитофоны RDAT появились на прилавках. Кассеты к ним и сегодня являются самыми маленькими из звуковых кассет (75x54x10,5 мм), при этом они обеспечивают до двух часов звука отменного качества. Именно на RDAT сегодня делаются мастер-записи для CD.

Для магнитной ленты был придуман быстрый и дешевый способ копирования исходной фонограммы, чем-то напоминающий печать грампластинок. При нем негативная мастер-лента из сильного высокотемпературного магнитного материала прокатывалась между горячими валиками вместе с лентой, на которую идет запись. Таким дешевым и быстрым контактным методом можно записывать не только аудиограммы, но и видеофильмы, при этом совсем не истираются записывающие магнитные головки и не изнашиваются магнитофоны.

Гигантский плод

Идея с диском, если вспомнить грампластинки, не нова. Первые пробы пера, а точнее резца, в цифровой звукозаписи на диск были сделаны еще в 1961 году в Стэнфордском университете: информация заносилась в виде черточек и точек и считывалась при помощи ртутной лампы.

Кстати, о грампластинках: на самом деле правильнее будет вести историю цифровой записи звука на дисках не с них, а с более позднего этапа, с цифровой видеозаписи, которой к моменту появления CD накопилось целых четыре вида — механическая, емкостная, оптическая и магнитная.

В начале 1978 года начали появляться первые цифровые звуковые диски, записанные первыми тремя способами по аналогии с видеодисками. На следующий год такие гиганты, как PHILIPS и SONY, решили объединить свои усилия в разработке наиболее перспективного оптического способа звукозаписи. Их совместным детищем стал знакомый всем сегодня компакт-диск. В октябре 1982 года один из комитетов Международной электротехнической комиссии принял стандарт «Компактдиск», разработанный PHILIPS и SONY, с диаметром CD 12 см. Время записи — 74 минуты уже зависело от выбранных параметров CD, доступного на тот момент размера оптических питов, а также расстояния между дорожками. Причин того, что оптический способ звукозаписи стал безусловным лидером, существует несколько. Во-первых, сам диск и полупроводниковый лазер невелики по размеру, это позволило не только изготовить компактные стационарные устройства, но и создать множество портативных вокманов, или плееров. Во-вторых, оптический способ записи — единственный бесконтактный, а это означает, что ни диски, ни считывающие узлы механически не истираются и могут служить достаточно долго. Выделяют и субъективный фактор: якобы красивый, блестящий диск и само устройство — лазер особо привлекли внимание потребителей. Ну и самое главное — данный носитель удивительно просто и дешево тиражируется в любых масштабах. Себестоимость одного CD-диска сегодня не превышает 10 центов.

Мини-конкурент

CD-диск действительно стал краеугольным камнем аудиоиндустрии, но технологии звукозаписи двигались вперед: в 90-х годах в цифровой звукозаписи совместили оптические и магнитные технологии. Так, 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 64 мм. При этом играет он те же 74 минуты, что и CD (в другом варианте — 60 мин). В общем и целом его основные звуковые параметры совпадали с характеристиками компакт-дисков. Помимо размеров мини-диск имеет и другие плюсы — на него можно многократно записывать как исходно цифровой, так и оцифрованный в плеере аналоговый сигнал, что дает возможность копирования фонограмм практически без потери их качества. Мини-диски к тому же очень удобны в обращении: они обеспечивают мгновенный доступ к любой дорожке, а также возможность жонглировать треками — перестанавливая и объединяя их.

Большая продолжительность звучания при достаточно малых размерах объясняется 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 не стоит огорчаться: наше ухо, оказывается, настолько неважный звуковой анализатор, что результатов такой компрессии оно просто не замечает, так как 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 устроены компьютерные 3,5-дюймовые дискеты). Правда, несмотря на все многочисленные достоинства мини-дисков, сейчас многие специалисты называют их тупиковой веткой. Однако разработчики SONY имеют полное право с ними не соглашаться, и появление на рынке в 2004 году Hi-MD дисков с объемом 1Гб, то есть с 45 часами сжатой в формате ATRAC музыки, еще раз подтверждает живучесть и адаптируемость магнитооптических технологий. При этом новые плееры на старые диски пишут почти в два раза больше мегабайт, чем прежние, и позволяют использовать MD-диски как «простые компьютерные дискеты» с очень хорошей емкостью.

Оптическим CD- и DVD-дискам удалось соединить несоединимое — они массово тиражируются путем банальной горячей штамповки и легко записываются в домашних условиях! Понятно, что физически это совершенно разные диски и процессы, однако с потребительской точки зрения — это по сути один и тот же тип носителя информации.

Борьба форматов

Звукозаписывающие технологии развиваются в двух противоположных направлениях. С одной стороны, качество записи постоянно улучшается — расширяется динамический и частотный диапазон, примером может служить новый формат высококачественной цифровой записи SACD — SUPER AUDIO COMPACT DISC. С другой стороны, разработчики придумывают все новые способы «ухудшения фонограммы», то есть форматы сжатия. Сегодня самый известный и распространенный из них — MP3 («MOVING PICTURES EXPERT LAYER»). Он позволяет размещать на обычном CD 10— 12 часов записи, ужимая на один диск, все альбомы любимого исполнителя. До наших дней не утихают споры по поводу качества MP3-записей. Самые ярые аудиофилы утверждают, что могут отличить компрессированную запись от стандартной несжатой. Однако разработчики, протестировав формат, выявили, что обычное человеческое ухо разницы не обнаруживает.

Сейчас, когда широкое распространение получили CD-R (Recordable — записываемые) и CD-RW (Rewritable — перезаписываемые) и все больше персональных компьютеров обзаводится пишущими устройствами, любой может кроить альбомы по собственному вкусу, записывая свои диски из MP3-файлов. Причем если при перезаписи с кассеты на кассету качество каждой новой записи заметно ухудшается, то при цифровой перезаписи этого не происходит.

В 1998 году увидел свет первый портативный MP3плеер, в котором информация хранилась не на диске, а в меньшей по размеру флеш-карте, изготовленной с применением полупроводниковых элементов памяти. Первый аппарат стоил немало, но современные устройства, напоминающие по размеру футляр от губной помады, стоят от 100$. У такого устройства масса преимуществ перед CD-плеером, среди них — микроскопические размеры, отсутствие движущихся частей, значительно меньшее энергопотребление, нечувствительность к тряске, бесшумность и возможность многократной перезаписи файлов.

У формата MP3 существуют, конечно, конкуренты, правда, пока они ему совсем не страшны. Например, файлы MP3 Pro, улучшенной версии MP3, занимают в два раза меньше места, но не уступают лидеру по качеству. 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. Есть и закрытые корпоративные форматы типа – ATRAC фирмы SONY.

Что же касается CD, то ему на смену приходит DVD. По своей сути это тот же компакт-диск, только существенно улучшенный: более емкий и быстрый. Сегодня на DVD в основном записывают видео, а не файлы данных или звук. Однако все чаще вместо традиционных DVD-плееров, которые совсем недавно казались недосягаемыми, домашние кинотеатры оснащают пишущими DVD-плеерами, более того некоторые производители готовятся пойти до конца и полностью заменить ими устройства типа CD-RW.

Будущее звукозаписи на ближайший 30-летний период связывают с дальнейшим развитием цифровых оптических методов. И если сегодня на стандартный односторонний диск умещается 4,7 Гб фильмов или музыки, то к 2010 году на такой же по виду болванке обещают разместить уже 1,5 Тб информации. Увеличение емкости блестящей пластмассовой пластинки достигается путем уменьшения размера одного бита информации и увеличения количества информационных слоев внутри диска. Причем в первых CD использовались, как известно, инфракрасные лазеры, а новое поколение BluRay-дисков работает уже с голубыми полупроводниковыми лазерами. Так что сегодня можно вполне определенно сказать, что очень скоро на один диск можно будет записать столько музыки, что и века не хватит, чтобы ее прослушать.

Проблемы копирайта — это неотъемлемое свойство любого цивилизованного общества. И появление цифровых методов записи не могло не обидеть обладателей эксклюзивных прав на интеллектуальную собственность в виде фонограмм. Все, что записано в цифре, может быть неограниченное число раз скопировано. Борьба звукозаписывающих фирм с легким, дешевым и точным копированием их продукции идет весьма активно.

Выход в тираж

К 1900 году в мире существовало около 3 000 наименований пластинок, общий тираж которых был 4 млн.

В России к 1915 году существовало 6 фабрик по производству грампластинок, которые выпускались тиражом 20 млн. экземпляров. Апрелевская фабрика, основанная в 1910 году, выпускала в то время 300 тыс. пластинок в год.

К 1970 году тиражи пластинок в СССР достигли 180 млн. экземпляров.

В наши дни в мире сохранился почти миллион цилиндров Эдисона с приблизительно 2 млн. минут звука и музыки.

В 1968 году, спустя четыре года после изобретения компактной кассеты, уже было продано 2,4 млн. кассетных магнитофонов.

В 1979 году SONY выпустила первый компактный кассетный магнитофон WALKMAN, а к концу 80-х уже продала их 50 млн., в 1992 году — 100 млн., в 1995 году — 150.

За первый год после появления формата CD в США было произведено 30 тыс. проигрывателей и 800 тыс. CD. В 1985 году существовало уже 12 моделей CD-проигрывателей. Количество наименований дисков к этому времени достигло 4 тыс. К 1987 году продали уже 7 млн. проигрывателей.

В 1984 году создали первый CD-плеер и к 1986 году продали 3 млн. плееров и 53 млн. компактов, в 1990 году — 9,2 млн. плееров и 288 млн. дисков. В мире сейчас больше 500 млн. CD-проигрывателей и больше 1 млрд. наименований компакт-дисков.

На сегодняшний момент в мире продано около 1,5 млрд. плееров. Сейчас существует от 2,5 до 4 тыс. звукозаписывающих компаний.

В октябре 2003 года в США было продано 7,7 млн. MP3-записей и только 4 млн. CD.

В 2003 году в США продали 5 млн. обычных CD-плееров и 3,5 млн. плееров, поддерживающих MP3 формат, что было в 2 раза больше, чем в 2002 году.

Первые MP3-плееры в США стоили около 400$, в то время как кассетные магнитофоны — 30$, а CD-плееры — 170$. За 2 года было продано 1,4 млн. MP3-плееров, которые подешевели до 100$. Скачивание 1 MP3-файла в США стоит 1$, альбома — 10—12$, а покупка CD обойдется в 10—24$.

В 2002 году объем продаж CD составил 32 млрд. долларов. Всего в мире было продано на 2003 год приблизительно 229 млн. легальных дисков и 640 млн. — пиратских.

В 2001-м первый раз продажи легальных CD упали на 5%, в следующем году — уже на 15%.

С 1999 по 2003 год продажи CD в США упали на 25% в пользу MP3, в том числе и бесплатно скачанных.

В 1996 году в России диски изготавливались на двух заводах, к 2003 году — уже на 33. Сейчас страна производит 342 млн. CD и 28 млн. DVD, при этом в 2003 году было продано только 30 млн. легальных дисков.

В России наибольшее количество пустых мини-дисков, 750 тыс., было куплено в 2000 году. К концу XX века в России 5 млн. семей, это 10% населения, имели CD-проигрыватели. В 2002 году в России было продано около 10—12 тыс. флэш-карт.

Сегодня, к основным методам звукозаписи относятся:
- механическая
- магнитная
- оптическая и магнито-оптическая звукозапись
- запись на твердотельную полупроводниковую флэш-память

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 Биг Бен в Лондоне.

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

За много веков до изобретения механической звукозаписи появилось нотное письмо - графический способ изображения на бумаге музыкальных произведений (рис. 1). В древности мелодии записывались буквами, а современное нотное письмо (с обозначением высоты звуков, длительности тонов, тональности и нотными линейками) начало развиваться с ХII века. В конце XV века было изобретено нотопечатание, когда ноты начали печатать с набора, подобно книгам.

Рис. 1. Нотное письмо

Записывать и потом воспроизводить записанные звуки удалось только во второй половине XIX века после изобретения механической звукозаписи.

Механическая звукозапись

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 (рис. 2). Такие фоновалики представляли собой полые цилиндры диаметром около 5 см и длиной 12 см.

Эдисон Томас Альва (1847-1931), американский изобретатель и предприниматель.

Автор более 1000 изобретений в области электротехники и средств связи. Изобрел первый в мире аппарат звукозаписи - фонограф, усовершенствовал лампу накаливания, телеграф и телефон, построил в 1882 году первую в мире электростанцию общественного пользования, в 1883 году открыл явление термоэлектронной эмиссии, что впоследствии привело к созданию электронных или радиоламп.

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.

Рис. 2. Фонограф Эдисона

Рис. 3. Т.А. Эдисон со своим фонографом

Основные недостатки восковых валиков - недолговечность и невозможность массового тиражирования. Каждая запись существовала только в одном экземпляре.

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. Валики к нему выпускались вплоть до 1929 г.

Через 10 лет, в 1887 году изобретатель граммофона Э. Берлинер заменил валики дисками, с которых можно изготовить копии - металлические матрицы. С их помощью прессовались хорошо знакомые нам граммофонные пластинки (рис. 4 а.). Одна матрица давала возможность напечатать целый тираж - не менее 500 пластинок. В этом состояло главное преимущество грампластинок Берлинера по сравнению с восковыми 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.

Рис. 4 (а). Граммофон и грампластинка

Рис. 4 (б). Американский изобретатель Берлинер Эмиль

Берлинер Эмиль (1851-1929) - американский изобретатель немецкого происхождения. Иммигрировал в США в 1870 году. В 1877 году, после изобретения Александром Беллом телефона, сделал несколько изобретений в области телефонии, а затем обратил свое внимание на проблемы звукозаписи. Он заменил восковой валик, используемый Эдисоном плоским диском - граммофонной пластинкой - и разработал технологию ее массового производства. 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" сохраняет звуковые канавки выпуклыми. С этого гальванодиска делают копии - позитивные и негативные. Негативные копии представляют собой матрицы, с которых можно 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.

Через пять лет был разработан способ гальванического тиражирования с позитива цинкового диска, а также технология прессования грампластинок при помощи стальной печатной матрицы. Первоначально Берлинер изготавливал грампластинки из целлулоида, каучука, эбонита. В скором времени эбонит был заменен композиционной массой на основе шеллака - воскоподобного вещества, вырабатываемого тропическими насекомыми. Пластинки стали качественней и дешевле, однако главным их недостатком была малая механическая прочность. Шеллачные пластинки выпускались до середины XX века, в последние годы - параллельно с долгоиграющими.

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. Усиление звука достигалось с помощью громоздкого раструба. Позднее был разработан портативный граммофон: патефон со скрытым в корпусе раструбом (рис. 5).

Рис. 5. Патефон

Патефон (от названия французской фирмы "Pathe") имел форму портативного чемоданчика. 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 классической, эстрадной и танцевальной музыки. До середины нашего века он был непременной принадлежностью домашних вечеринок и загородных поездок. Пластинки выпускались трех стандартных размеров: миньон, гранд и гигант.

На смену патефону пришел электрофон, более известный как проигрыватель (рис. 7). Вместо пружинного двигателя для вращения пластинки в нем используется электрический двигатель, а вместо механического звукоснимателя был применен сначала пьезоэлектрический, а позднее более качественный - магнитный.

Рис. 6. Патефон с электромагнитным адаптером

Рис. 7. Проигрыватель

Эти звукосниматели преобразуют колебания иглы, бегущей по звуковой дорожке грампластинки, в электрический сигнал, который после усиления в электронном усилителе поступает в громкоговоритель. А на смену хрупким грампластинкам в 1948-1952 годах пришли так называемые "долгоиграющие" ("long play") - 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 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. 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.

Магнитная звукозапись

В 1898 году датский инженер Вольдемар Паульсен (1869-1942) 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.

Рис. 8. Вольдемар Паульсен

В 1927 году Ф. Пфлеймер разработал технологию изготовления магнитной ленты на немагнитной основе. На базе этой разработки в 1935 году немецкие 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.

В 1941 году немецкие инженеры Браунмюлль и Вебер создали кольцевую магнитную головку в сочетании с ультразвуковым подмагничиванием при записи звука. Это позволило значительно уменьшить шумы и получать запись значительно более высокого качества, чем механическая и оптическая (разработанная к тому времени для звукового кино).

Магнитная лента пригодна для многократной записи звука. Число таких записей практически не ограничено. Оно определяется только механической прочностью нового носителя информации - магнитной ленты.

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. Ведь с помощью двух магнитофонов можно переписать запись с одной магнитной пленки на другую.

Владимир Высоцкий вспоминал, что когда он впервые приехал в Тольятти и ходил по его улицам, то из окон многих домов слышал свой хриплый голос.

Первые магнитофоны были катушечными (бобинными) - в них магнитная пленка была намотана на катушки (рис. 9). При записи и воспроизведении пленка перематывалась с заполненной катушки на пустую. Прежде чем начать запись или воспроизведение, нужно было "заправить" пленку, т.е. свободный конец пленки протянуть мимо магнитных головок и закрепить его на пустой катушке.

Рис. 9. Катушечный магнитофон с магнитной лентой на катушках

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.

Первый двухдорожечный магнитофон выпустила немецкая фирма AEG в 1957 году, а в 1959 году эта фирма выпустила первый четырехдорожечный магнитофон.

Сначала магнитофоны были ламповыми, и только в 1956 году японская фирма Sony создала первый полностью транзисторный магнитофон.

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 - помещены в специальную компакт-кассету и конец пленки заранее закреплен на пустой катушке (рис. 10). Таким образом, существенно упрощен процесс зарядки магнитофона пленкой. Первые компакт-кассеты были выпущены фирмой Philips в 1963 году. А еще позднее появились двухкассетные магнитофоны, в которых процесс перезаписи с одной кассеты на другую максимально упрощен. Запись на компакт-кассетах - двухсторонняя. Выпускаются они на время записи 60, 90 и 120 минут (на двух сторонах).

Рис. 10. Кассетный магнитафон и компакт-кассета

На основе стандартной компакт-кассеты компанией Sony был разработан портативный проигрыватель "плеер" размером с почтовую открытку (рис. 11). Его можно положить в карман или прикрепить к поясу, слушать на прогулке или в метро. Он получил название Walkman, т.е. "человек гуляющий", относительно дешев, пользовался огромным спросом на рынке и некоторое время являлся любимой "игрушкой" молодежи.

Рис. 11. Кассетный плеер

Компакт-кассета "прижилась" не только на улице, но и в автомобилях, для которых была выпущена автомагнитола. Она представляет собой комбинацию радиоприемника и кассетного магнитофона.

Кроме компакт-кассеты, была создана микрокассета (рис. 12) размером в спичечную коробку для портативных диктофонов и телефонов с автоответчиком.

Диктофон (от лат. dicto - говорю, диктую) - это разновидность магнитофона для записи речи с целью, например, последующего печатания ее текста.

Рис. 12. Микрокассета

Во всех механических кассетных диктофонах содержится более 100 деталей, часть из которых - подвижные. Записывающая головка и электрические контакты изнашиваются за несколько лет. Откидная крышка также легко ломается. В кассетных диктофонах используется электрический двигатель, который протягивает магнитную пленку мимо головок записи.

Цифровые диктофоны отличаются от механических полным отсутствием подвижных деталей. В них в качестве носителя вместо магнитной пленки используется твердотельная флэш-память.

Цифровые диктофоны преобразовывают звуковой сигнал (например голос) в цифровой код и записывают его в микросхему памяти. Работой такого диктофона управляет микропроцессор. Отсутствие лентопротяжного механизма, записывающих и стирающих головок значительно упрощает конструкцию цифровых диктофонов и делает ее более надежной. Для удобства пользования они снабжаются жидкокристаллическим дисплеем. Основными преимуществами цифровых диктофонов является практически мгновенный поиск нужной записи и возможность передачи записи на персональный компьютер, в котором можно не только хранить эти записи, но и монтировать их, перезаписывать без помощи второго диктофона и т.д.

Оптические диски (оптическая запись)

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. Значительный вклад в популяризацию компакт-диска внесли Microsoft и Apple Computer.

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.

Рис. 13. Оптический диск CD

В конце 1999 года компания Sony объявила о создании нового носителя Super Audio CD (SACD). При этом применена технология так называемого "прямого цифрового потока" DSD (Direct Stream Digital). Частотная характеристика от 0 до 100 кГц и частота дискретизации 2,8224 Мгц обеспечивают значительное повышение качества звучания по сравнению с обычными CD-дисками. Благодаря гораздо более высокой частоте дискретизации становятся ненужными фильтры при записи и воспроизведении, так как ухо человека воспринимает этот ступенчатый сигнал как "гладкий" аналоговый. При этом обеспечена совместимость с существующим форматом СD. Выпускаются новые однослойные диски HD, двухслойные диски HD, а также гибридные двухслойные диски HD и CD.

Хранить звуковые записи в цифровой форме на оптических дисках гораздо лучше, чем в аналоговой форме на грампластинках или магнитофонных кассетах. Прежде всего, несоизмеримо повышается долговечность записей. Ведь оптические диски практически вечны - они не боятся мелких царапин, лазерный луч не повреждает их при воспроизведении записей. Так, фирма Sony дает 50-летнюю гарантию хранения данных на дисках. Кроме того, на CD не действуют помехи, характерные для механической и магнитной записи, поэтому качество звучания цифровых оптических дисков несоизмеримо лучше. К тому же при цифровой записи появляется возможность компьютерной обработки звука, позволяющей, например, восстановить первоначальное звучание старых монофонических записей, убрать с них шумы и искажения и даже превратить их в стереофонические.

Для проигрывания CD-дисков можно использовать проигрыватели (так называемые CD-плееры), музыкальные центры и даже портативные компьютеры, оснащенные специальным приводом (так называемым дисководом CD-ROM) и звуковыми колонками. К настоящему времени в мире на руках у пользователей находится более 600 миллионов CD-плееров и более 10 миллиардов компакт-дисков! Портативные переносные CD-плееры, подобно плеерам для магнитных компакт-кассет, оснащаются наушниками (рис. 14).

Рис. 14. CD-плеер

Рис. 15. Магнитола с CD-плеером и цифровым тюнером

Рис. 16. Музыкальный центр

Музыкальные CD-диски записываются в заводских условиях. Подобно грампластинкам, их можно только прослушивать. Однако за последние годы разработаны оптические CD-диски для однократной (так называемые CD-R) и многократной (так называемые CD-RW) записи на персональном компьютере, оснащенном специальным дисководом. Это дает возможность делать на них записи в любительских условиях. На диски CD-R можно сделать запись только один раз, а на CD-RW - многократно: как на магнитофоне, можно стирать предыдущую запись и на ее месте делать новую.

Цифровой метод записи сделал возможным объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. Такая технология получила название "мультимедиа".

В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - т.е. память на компакт-диске "только для чтения"). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах. Информация в них записывается также в цифровой форме.

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации - DVD (Digital Versatil Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска - гораздо более высокая плотность записи информации. Он вмещает в 7-26 раз больше информации. Это 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 могут иметь один или два слоя информации. К ним можно обращаться, регулируя положение лазерной головки. У DVD-диска каждый слой информации вдвое тоньше, чем у CD-диска. Поэтому можно соединять два диска толщиной 0,6 мм в один со стандартной толщиной 1,2 мм. При этом емкость удваивается. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний, однослойный на 4,7 Гбайт (133 минуты), односторонний, двухслойный на 8,8 Гбайт (241 минута), двухсторонний, односл ойный на 9,4 Гбайт (266 минут) и двухсторонний, двухслойный на 17 Гбайт (482 минуты). Указанные в скобках минуты - это время проигрывания видеопрограмм высокого цифрового качества с цифровым многоязычным объемным звуком. Новый стандарт DVD определен таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учетом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т.е. с соблюдением принципа "обратной совместимости". Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими CD-ROM и видео-компакт-дисками LD.

Форматы DVD-ROM и DVD-Video появились в 1996 году, а позднее был разработан формат DVD-audio для записи высококачественного звука.

Дисководы DVD представляют собой несколько усовершенствованные дисководы CD-ROM.

CD- и DVD-оптические диски стали первыми цифровыми носителями и накопителями информации для записи и воспроизведения звука и изображения

История флэш-памяти

История появления карт флэш-памяти связана с историей мобильных цифровых устройств, которые можно носить с собой в сумке, в нагрудном кармане пиджака или рубашки или даже виде брелка на шее.

Это - миниатюрные МР3-плееры, цифровые диктофоны, фото- и видеокамеры, смартфоны и карманные персональные компьютеры - КПК, современные модели сотовых телефонов. Небольшие по размеру, эти устройства нуждались в расширении емкости встроенной памяти, чтобы записывать и считывать информацию.

Такая память должна быть универсальной и использоваться для записи любых видов информации в цифровой форме: звука, текста, изображений – рисунков, фотографий, видеоинформации.

Первой компанией, изготовившей флэш-память и выпустившей её на рынок, стала Intel. В 1988 году был продемонстрирована флэш-память на 256 кбит, которая имела размеры обувной коробки. Она была построена по логической схеме NOR (в русской транскрипции – НЕ-ИЛИ).

NOR-флэш-память имеет относительно медленные скорости записи и удаления, а число циклов записи относительно невелико (около 100 000). Такую флэш-память можно использовать, когда нужно почти постоянное хранение данных с очень редкой перезаписью, например, для хранения операционной системы цифровых камер и мобильных телефонов.

Память NOR-флэш от Intel

Второй тип флэш-памяти был изобретён в 1989 году компанией Toshiba. Она построена по логической схеме NAND (в русской транскрипции Не-И). Новая память должна была стать менее дорогой и более скоростной альтернативой NOR-флэш. По сравнению с NOR, технология NAND обеспечила в десять раз большее число циклов записи, а также более высокую скорость как записи, так и удаления данных. Да и ячейки памяти NAND имеют в два раза меньший размер, чем у памяти NOR, что приводит к тому, что на определённой площади кристалла можно размещать больше ячеек памяти.

Название "флэш" (flash) было введено фирмой Toshiba, так как имеется возможность мгновенно стереть содержимое памяти (англ. "in a flash"). В отличие от магнитной, оптической и магнитооптической памяти она не требует применения дисководов с использованием сложной прецизионной механики и вообще не содержит ни одной подвижной детали. В этом состоит ее основное преимущество перед всеми остальными носителями информации и поэтому будущее - за ней. Но самым главным преимуществом такой памяти, конечно, является сохранение данных без подачи энергии, т.е. энергонезависимость.

Flash-память - это микросхема на кремниевом кристалле. Она построена на принципе сохранения электрического заряда в ячейках памяти транзистора в течение длительного времени с помощью так называемого "плавающего затвора" при отсутствии электрического питания. Ее полное название Flash Erase EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM) переводится как "быстро электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство". Ее элементарная ячейка, в которой хранится один бит информации, представляет собой не электрический конденсатор, а полевой транзистор со специально электрически изолированной областью – "плавающим затвором" (floating gate). Электрический заряд, помещенный в эту область, способен сохраняться в течение неограниченно долгого времени. При записи одного бита информации, элементарная ячейка заряжается, электрический заряд помещается на плавающий затвор. При стирании этот заряд снимется с затвора и ячейка разряжается. Flash-память – энергонезависимая память, позволяющая сохранять информацию при отсутствии электрического питания. Она не потребляет энергии при хранении информации.

Четыре самых известных форматов флэш-памяти - CompactFlash, MultiMediaCard (MMC), SecureDigital и Memory Stick.

CompactFlash появился в 1994 г. Он был выпущен компанией SanDisk. Его размеры составляли 43х36х3,3 мм, а емкость составляла 16 Мб флэш-памяти. В 2006 г. было объявлено о выпуске карт CompactFlash объемом 16 Гб.

MultiMediaCard появился в 1997 г. Он был разработан фирмами Siemens AG и Transcend. По сравнению с CompactFlash карты типа MMC имели меньшие размеры - 24x32x1,5 мм. Их применяли в мобильных телефонах (особенно в моделях со встроенным МР3-проигрывателем). В 2004 г. появился стандарт RS-MMC (т.е. "Reduced size MMC" - "ММС уменьшенного размера). Карты RS-MMC имели размер 24x18x1,5 мм и могли с помощью адаптера использоваться там, где раньше применялись старые карты MMC.

Существуют стандарты карт MMCmicro (размеры всего - 12x14x1.1 мм) и MMC+, отличающийся увеличенной скоростью передачи информации. В настоящее время выпущены карты ММС объемом 2 Гб.

Компании Matsushita Electric Co, SanDick Co и Toshiba Co разработали карты flash-памяти SD - Secure Digital Memory Card. В ассоциацию с этими компаниями входят такие гиганты как Intel и IBM. Выпускает эту память SD фирма Panasonic, входящая в концерн Matsushita.

Как и два описанных выше стандарта, SecureDigital (SD) является открытым. Он был создан на основе стандарта MultiMediaCard, переняв от ММС электрическую и механическую составляющие. Различие есть в количестве контактов: у MultiMediaCard их было 7, а у SecureDigital стало 9. Тем не менее, родство двух стандартов позволяет использовать карты ММС вместо SD (но не наоборот, поскольку карты SD имеют другую толщину - 32х24х2,1 мм).

Наряду со стандартом SD, появились miniSD и microSD. Карты данного формата могут быть установлены как в разъем стандарта miniSD, так и в разъем стандарта SD, правда, при помощи специального адаптера, позволяющего использовать мини-карту так же, как обычную SD-карту. Размеры карты miniSD составляют 20x21,5x1,4 мм.

Карты miniSD

Карты microSD являются на данный момент одними из самых маленьких флэш-карт - их размеры составляют 11x15x1 мм. Основной сферой применения этих карт являются мультимедийные мобильные телефоны и коммуникаторы. Через адаптер карты microSD можно использовать в устройствах со слотами для флэш-носителей стандартов miniSD и SecureDigital.

Карта microSD

Объем флэш-карт SD увеличился до 8 и более Гбайт.

Memory Stick - типичный пример закрытого стандарта, разработанного компанией Sony в 1998 г. Разработчик закрытого стандарта берет на себя все заботы о его продвижении и обеспечении совместимости с портативными устройствами. Это означает существенное сужение распространения стандарта и его дальнейшего развития, поскольку слоты (то есть места для установки) Memory Stick есть только в продукции под марками Sony и Sony Ericsson.

Помимо карт Memory Stick, в семейство входят карты Memory Stick PRO, Memory Stick Duo, Memory Stick PRO Duo, Memory Stick PRO-HG и Memory Stick Micro (M2).

Размеры Memory Stick - 50х21,5х2,8 мм, вес - 4 грамма, а объем памяти - технологически не мог превышать 128 Мб. Появление Memory Stick PRO в 2003 г. было продиктовано желанием Sony дать пользователям больше памяти (теоретический максимум карт этого типа - 32 Гб).

Карты Memory Stick Duo отличаются уменьшенным размером (20х31х1,6 мм) и весом (2 грамма); ориентированы они на рынок КПК и мобильных телефонов. Вариант с повышенной емкостью носит название Memory Stick PRO Duo - в январе 2007 г. была анонсирована карта емкостью 8 Гб.

Memory Stick Micro (размер - 15х12.5х1.2 мм) предназначены для современных моделей мобильных телефонов. Размер памяти может достигать (теоретически) 32 Гб, а максимальная скорость передачи данных - 16 Мб/с. Карты M2 можно подключать к устройствам, поддерживающим Memory Stick Duo, Memory Stick PRO Duo и SecureDigital, при помощи специального адаптера. Уже есть модели с 2 Гб памяти.

xD-Picture Card - еще один представитель закрытого стандарта. Представлен в 2002 г. Активно поддерживается и продвигается компаниями Fuji и Olympus, в цифровых камерах которых используется xD-Picture Card. xD расшифровывается как extreme digital. Емкость карт данного стандарта уже достигла 2 Гб. Карты xD-Picture Card не имеют встроенного контроллера, в отличие от большинства других стандартов. Это положительно сказывается на размере (20 х 25 х 1.78 мм), но дает невысокую скорость передачи данных. В перспективе предусмотрено увеличение емкости этого носителя до 8 Гбайт. Столь значительный рост емкости миниатюрного носителя стал возможен благодаря использованию многослойной технологии.

В условиях жесткой конкуренции, существующей сегодня на рынке сменных карт флэш-памяти, необходимо обеспечивать совместимость новых носителей с уже имеющимся у пользователей оборудованием, рассчитанным на другие форматы флэш-памяти. Поэтому одновременно с картами флэш-памяти выпуск адаптеров-переходников и внешних считывающих устройств, так называемых карт-ридеров, подключаемых ко входу USB персонального компьютера. Выпускаются индивидуальные (для определенного типа карт флэш-памяти, а также универсальные карт-ридеры на 3,4,5 и даже 8 различных типов карт флэш-памяти). Они представляют собой USB–накопитель - миниатюрную коробочку, в которой имеются слоты для одного или сразу для нескольких типов карт, и разъем для присоединения ко входу USB персонального компьютера.

Универсальный карт-ридер для чтения нескольких типов флэш-карт

Фирма Sony выпустила USB-накопитель со встроенным сканером отпечатков пальцев для защиты от несанкционированного доступа.

Наряду с флэш-картами выпускаются и флэш-накопители, так называемые "флэшки". Они снабжены стандартным USB-разъемом и могут непосредственно присоединяться к USB-входу компьютера и ноутбука.

Флэш-накопитель с USB-2 разъемом

Их емкость достигает 1, 2, 4, 8, 10 и более гигабайт, а цена на последнее время резко снизилась. Они почти полностью вытеснили стандартные дискеты, требующие использования дисковода с вращающимися деталями и обладающими емкостью всего 1,44 Мбайт.

На основе флэш-карт созданы цифровые фоторамки, представляющие собой цифровые фотоальбомы. Они снабжены жидкокристаллическим дисплеем и позволяют рассматривать цифровые фотографии, например, в режиме слайд-фильма, при котором фотографии сменяют друг друга через определенные промежутки времени, а также увеличивать фотографии и рассматривать их отдельные детали. Они снабжаются пультами дистанционного управления и динамиками, позволяющими слушать музыку и голосовые пояснения к фотографиям. При объеме памяти 64 Мбайт они позволяют хранить 500 фотографий.

История MР3-плееров

Толчком к появлению МР3-плееров явилась разработка в середине 80-х годов формата сжатия звука в институте Фраунгофера (Fraunhofer) в Германии. В 1989 году Fraunhofer получила патент на MP3 сжатия формат в Германии и несколько лет спустя он был представлен Международной организацией по стандартизации (ISO). MPEG (Moving Pictures Experts Group) - это название экспертной группы ISO, которая работает над созданием стандартов кодирования и сжатия видео- и аудио- данных. Стандарты, подготовленные комитетом, получают такое же название. 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. Институт Фраунгофера разработал в начале 90-х годов и первый плеер МР3. Затем появились плеер от фирмы Eiger Labs MPMan F10 и плеер Rio PMP300 от фирмы Diamond Multimedia. Все первые плееры использовали встроенную флэш-память (32 или 64 Мбайт) и подключались через параллельный порт, а не через USB.

MP3 стал первым массово признанным 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 был 184 грамма. Первый iPod был доступным только пользователям компьютеров Macintosh. следующая версия iPod, появившаяся спустя полгода после выхода первого, уже включала два варианта - iPod for Windows и iPod for Mac OS. Новые iPod получили сенсорное колесо прокрутки вместо механического и стали доступны в версиях 5Гб, 10Гб и чуть позже 20Гб.

Сменилось несколько поколений iPod, в каждом из них характеристики постепенно улучшались, например экран стал цветным, но, по-прежнему применялся жесткий диск.

В дальнейшем стали применять флэш-память для МР3-плееров. Они стали более миниатюрными, надежными, долговечными и дешевыми, приобрели форму миниатюрных брелков, которые можно носить на шее, в нагрудном кармане рубашки, в дамской сумочке. Функцию МР3-плеера стали выполнять многие модели сотовых телефонов, смартфоны, КПК.

Компания Apple представила новый МР3-плеер iPod Nano. В нем жесткий диск заменен на флэш-память.

Это позволило:

Сделать плеер значительно компактнее - флэш-память по размерам меньше жесткого диска;
- Уменьшить риск сбоев и поломок, полностью исключив подвижные части в механизме плеера;
- Сэкономить на аккумуляторе, ведь флеш-память потребляет значительно меньше электроэнергии, чем жесткий диск;
- Увеличить скорость передачи информации.

Плеер стал гораздо легче (42 грамма вместо 102) и компактнее (8.89 x 4.06 x 0.69 против 9.1 x 5.1 x 1.3 см), появился цветной дисплей, позволяющий просматривать фотографии и показывать изображение альбома во время его воспроизведения. Объем памяти составляет 2 Гб,4 Гб, 8 Гб.

В конце 2007 года Apple представила новую линейку плееров iPod:

IPod nano, iPod classic, iPod touch.
- iPod nano с флэш-памятью может теперь проигрывать видео на 2-дюймовом дисплее с разрешением 320х204 мм.
- iPod classic с жестким диском имеет объем памяти 80 или 160 Гб позволяет в течение 40 часов слушать музыку и 7 часов демонстрировать кино.
- iPod touch с 3,5 - дюймовым широкоформатным сенсорным экраном позволяет управлять плеером движениями пальцев (англ. touch) и смотреть кино и телепередачи. С этим плеером можно выходить в Интернет и скачивать музыку и клипы. Для этого в него встроен Wi-Fi модуль.

История звукозаписи неисчерпаема. В начале XIX века акустика превратилась в одну из самых активно изучаемых областей физики. Появились первые работы по теории звука, возросло количество исследований и, как следствие, появилась необходимость создания измерительных и демонстрационных приборов.

В XVI веке делались первые попытки звукозаписи с помощью механических инструментов - от примитивных музыкальных табакерок и шкатулок, часов-будильников до сложных стационарных напольных часов, полифонов, оркестрионов, башенных курантов и "озвученных" карет. В это же время музыкальные игрушки и аппараты появляются, в России. Но особо широкое распространение музыкальные ящики получили в XIX, начале XX века.

Выдающийся американский изобретатель и предприниматель Томас Алва Эдисон (1847-1931г.г.) сконструировал прибор для механической записи и воспроизведения звука (фонограф) в 1877 году. Однако, приоритет изобретения принадлежит французскому ученому, блестящему музыканту и поэту Ш. Кро.

Запись звука производилась на восковой валик тонкой металлической иглой. Конечно, такая запись не могла быть долговечной и качественной. Конструкций фонографов было разработано в эти годы большое количество. Они имели огромный успех.

Фонографами, правда, усовершенствованными, наши прадеды пользовались вплоть до тридцатых годов.

В 1888 году немец Э. Берлинер изобрел граммофон - чудо века, и началась эпоха массовой культуры. Первая в мире граммофонная пластинка была изготовлена из целлулоида и хранится сейчас в Национальном музее США в Вашингтоне. В 1897 году ей на смену пришел диск из шеллака, шпата и сажи. Он был очень дорог - ведь шеллак - органическое вещество, вырабатываемое лаковым червецом. Чтобы сделать одну пластинку, нужно было воспользоваться трудом четырех тысяч этих существ. До 1948 года мы закупали это сырье за границей на золото и валюту.

В 1907 году служащий французской фирмы "Патэ" - Гильон Кеммлер предложил усовершенствование граммофона. Его идея заключалась в том, чтобы поместить рупор внутрь корпуса граммофона. Сконструированный таким образом граммофон получался малогабаритным и переносным, а в обиходе стал называться патефоном.

Патефоны в СССР выпускались многими заводами. Среди них - ордена Ленина завод "Молот" в Вятских Полянах, Коломенский патефонный завод, Ленинградский завод "Грампласттреста". Завод "Северный пресс" в Ленинграде в послевоенное время производил и портативные патефоны (с встроенным под крышкой рупором).

Фонограф Эдисона

Фонограф - первый прибор для записи и воспроизведения звука. Изобретён Томасом Алва Эдисоном, представлен 21 ноября 1877 года. Звук записывается на носителе в форме дорожки, глубина которой пропорциональна громкости звука. Звуковая дорожка фонографа размещается по цилиндрической спирали на сменном вращающемся барабане. При воспроизведении игла, двигающаяся по канавке, передаёт колебания на упругую мембрану, которая излучает звук.

Принципы, на основе которых работает фонограф Эдисона, экспериментально изучались ещё в 1857 году. Импульсом для создания Эдисоном подобного устройства стало желание зарегистрировать телефонные разговоры в своей лаборатории Менло Парк (Нью-Джерси, США). Однажды у телеграфного повторителя он услышал звуки, похожие на неразборчивую речь. Первые записи представляли собой углубления на поверхности фольги, сделанные движущейся иглой. Фольга размещалась на цилиндре, вращающемся при воспроизведении звука. Стоимость всего устройства составила 18 долларов. С помощью такой техники удалось записать слова из детской песенки «У Мэри был барашек» (Mary had a little lamb). Публичная демонстрация прибора сразу сделала Эдисона знаменитым. Многим воспроизведение звука показалось волшебством, поэтому некоторые окрестили Эдисона «волшебником из Менло Парк». Сам Эдисон был настолько поражён открытием, что сказал: «Никогда я ещё не был так ошеломлён в моей жизни. Я всегда боялся вещей, которые работают с первого раза». Изобретение было также продемонстрировано в Белом доме и во Французской Академии.

Первоначально планировалось использовать фонограф как секретарскую машину для записи голоса при диктовке.

Эдисоном был составлен список 10 основных применений фонографа:

Диктовка и запись писем

Говорящие книги для слепых

Обучение ораторскому искусству

Запись музыки

Запись членов семьи

Музыкальные шкатулки и игрушки (например, говорящие куклы)

Говорящие часы

Запись речей великих людей

Обучающие записи

Вспомогательное приспособление к телефону

Граммофон

Граммофон- прибор для записывания и воспроизведения звука с граммофонной пластинки.

Граммофон является видоизменением фонографа, независимо изобретённого в 1877 году Шарлем Кро и Томасом Эдисоном. Эмиль Берлинер, ознакомившись с работами Кро, решил вместо цилиндров для записывания и воспроизведения звуков использовать диски. Новое изобретение, названное граммофоном, было запатентовано Берлинером 26 сентября 1887 года. Грампластинки первоначально изготовлялись из эбонита, затем шеллака. Первая в мире грампластинка была цинковой. Резец, прикреплённый через поводок к вибрирующей, воспринимающей звуки мембране, наносит на лаковом диске (изначально - на слое сажи, затем воска) модулированный спиральный след, который при тиражировании переносится на пластинку. При вращении диска посредством пружинного механизма граммофонная игла движется по спирали диска и вызывает соответствующие колебания вибрирующей пластинки. Основное преимущество граммофона над фонографом - поперечная запись, обеспечивающая снижение искажений в десятки раз, а также более громкий звук (уже в первых моделях - в 16 раз, или на 24 дБ). Вкупе с лёгкостью тиражирования записей это обеспечило быструю победу граммофона.

В 1940-1960-х усовершенствование граммофона позволило достигнуть достаточно чистой передачи музыкального звучания пьес, как вокальных, так и инструментальных. Изготовление граммофонов сделалось мощной самостоятельной отраслью в САСШ (США) и Европе, включая Россию. В 1907 г. фирма «Патэ» представляет патефон, в 1925 г. Берлинер совместно с RCA создаёт первый серийный электрофон. Изготовление пластинок (дисков) разнообразного репертуара (пьесы в исполнении музыкальных виртуозов и выдающихся певцов) выделилось в особую отрасль промышленности.

За каких-то 100 с небольшим лет человечество прошло дорогу от фонографа к компакт-диску. Это было увлекательное путешествие, во время которого неоднократно появлялись новые, более совершенные устройства записи/воспроизведения звука.

От цилиндра к пластинке

Любопытно, что первые устройства записи и воспроизведения звука были схожи с механизмами музыкальных шкатулок. И в тех, и в других использовался валик (цилиндр), а затем и диск, который, вращаясь, делал возможным звуковое воспроизведение. Однако началось все даже не с музыкальных шкатулок, а с… европейских колокольных перезвонов. Здесь, а именно во фландрийском городе Мелехен, с XIV века научились отливать хроматически настроенные колокола. Собранные вместе, они соединялись с помощью проволочной трансмиссии с клавиатурой наподобие органной и такая музыкальная конструкция называлась карильон. Кстати, по-французски Мелехен звучит как Малин - вот откуда пошло выражение "малиновый звон". Человеческая мысль не стояла на месте, и очень скоро карильоны стали оборудовать уже упоминавшимися цилиндрами, на поверхности которых в определенном порядке располагались штифты. Эти штифты цепляли либо молоточки, которые били по колоколам, либо - языки колоколов. В конце XVIII века валик с выступами стал применяться в более миниатюрных устройствах - музыкальных шкатулках, где вместо колоколов стали использовать хроматически настроенные гребни с металлическими пластинами. В XIX веке центром по производству музыкальных шкатулок с часовым механизмом стала Швейцария. А в 1870 году один немецкий изобретатель и вовсе решил использовать вместо валика диск, положив начало широкой популярности шкатулок со сменными дисками.

Музыкальная шкатулка со сменным диском.

Однако самые различные механические музыкальные механизмы (шкатулки, табакерки, часы, оркестрионы и т.п.) не были способны дать человечеству главного - сделать возможным воспроизведение человеческого голоса. За эту задачу во второй половине XIX века взялись лучшие умы Старого и Нового света, и в этой заочной гонке победил американец Томас Алва Эдисон (Thomas Alva Edison). Однако здесь нельзя не вспомнить француза Шарля Кро (Charles Cros), который также был человеком талантливым и разносторонне одаренным. Он занимался (и не без успеха) литературой, автоматическим телеграфом, проблемами цветной фотографии и даже "возможными связями с планетами". 30 апреля 1877 года Кро подал во Французскую Академию наук описание аппарата для записи и воспроизведения речи - "палефона". Француз предлагал использовать не только "валик", но и "диск со спиральной записью". Только вот спонсоров для своего изобретения Кро не нашел. Совсем по-другому развивались события по ту сторону океана. Сам Эдисон так описывал тот момент, когда его посетила поистине гениальная мысль: "Однажды, когда я еще работал над улучшением телефона, я как-то запел над диафрагмой телефона, к которой была припаяна стальная игла. Благодаря дрожанию пластинки игла уколола мне палец, и это заставило меня задуматься. Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи, почему бы пластинке не заговорить?" По своему обыкновению, Эдисон не стал медлить, а приступил к созданию невиданного дотоле устройства. В том же 1877 году, когда Шарль Кро описал свой "палефон", Эдисон отдал своему механику Джону Крузи чертеж довольно простого устройства, сборку которого он оценил в 18 долларов. Однако собранный аппарат стал первой в мире "говорящей машиной" - Эдисон громко пропел в рожок популярную английскую детскую песенку: "У Мэри был барашек" ("Marie had a little lamb"), а устройство воспроизвело "услышанное", хотя и с большими помехами.

Фонограф.

Принцип действия фонографа, так окрестил Эдисон свое детище, базировался на передаче звуковых колебаний голоса на поверхность вращающегося цилиндра, покрытого оловянной фольгой. Колебания наносились острием стальной иглы, один конец которой был соединен со стальной мембраной, улавливающей звуки. Цилиндр необходимо было вращать вручную с частотой один оборот в секунду. Работа с фонографом началась 18 июля 1877 года, так записано в книге лабораторных записей Эдисона. 24 декабря была подана патентная заявка, а 19 февраля 1878 года Эдисон получил патент под номером 200521. Сказать, что фонограф произвел международный фурор - значит не сказать ничего. Однако конструкция фонографа не позволяла получить качественного воспроизведения, хотя сам Эдисон многие годы после создания первого фонографа вносил в устройство усовершенствования. Возможно, Эдисону нужно было бы сосредоточиться на создании (или модернизации) иных аппаратов звукозаписи, ибо фонограф (как и графофон разработки Белла (Bell) и Тайнтера (Taynter) был тупиковой ветвью в развитии индустрии записи/воспроизведения звука. Однако Эдисон слишком любил свой фонограф за его уникальность, потому присутствием в нашей жизни более удобных аудионосителей мы обязаны американскому изобретателю немецкого происхождения - Эмилю Берлинеру (Emile Berliner), безмерно раздвинувшему горизонты звукозаписи. Конечно, Берлинер не изобрел современные CD, но именно он в 1887 году получил патент на изобретение граммофона, в котором в качестве аудионосителя использовались пластинки.

Граммофон.

Берлинер перебрался в США в 1870 году, где, между прочим, получил работу в телефонной компании Александра Белла и запатентовал угольный микрофон. Хорошо знакомый с устройством и фонографа, и графофона, он, тем не менее, обращается к идее использования диска, которая, как мы уже знаем, была "успешно" похоронена Французской Академией наук. В аппарате, названном граммофоном, Берлинер использовал стеклянный диск, покрытый сажей, на который осуществлялась поперечная запись. 26 сентября 1887 года Берлинер получил на граммофон патент, а 16 мая следующего года продемонстрировал устройство во Франклиновском институте в Филадельфии. Очень скоро Берлинер отказывается от диска с сажей и прибегает к методу кислотного травления. Диск теперь брался цинковый, покрытый тонким слоем воска. Запись процарапывалась иридиевым острием, после чего диск подвергали травлению в 25% хромовой кислоте. Менее чем через полчаса появлялись канавки глубиной около 0,1 мм, затем диск отмывали от кислоты и использовали по назначению. Заслуга Берлинера состояла также и в том, что он осознал необходимость копирования записи с оригинала (матрицы). Возможность тиражирования аудиозаписей - краеугольный камень всей современной звукозаписывающей индустрии. В этом направлении Берлинер работал очень упорно. Сначала, в 1888 году, он создает первую грампластинку-копию из целлулоида Хиата, которая ныне находится в Национальной библиотеке Вашингтона. Но целлулоидные диски плохо хранились и быстро изнашивались, потому Берлинер пробует другие материалы, в частности, стекло, бакелит и эбонит. В 1896 году Берлинер применяет в пластинке смесь шеллака, шпата и сажи. Шеллачную массу и процесс прессования грампластинок для Берлинера разработал Луи Розенталь (Louis Rosenthal) из Франкфурта. На сей раз качество удовлетворило изобретателя, и подобная шеллачная масса использовалась для создания грампластинок до 1946 года. Поразительно, но шеллак являлся застывшей смолой органического происхождения, в образовании которой принимают участие насекомые семейства лаковых червецов. Но даже шеллачная масса была далека от совершенства: грампластинки из нее получались тяжелыми, хрупкими и толстыми. Одновременно с этим Берлинер усердно трудился над совершенствованием граммофонов, понимая, что необходимо увеличивать число любителей грамзаписи и, тем самым, рынок сбыта. В 1897 году Берлинер и Элдридж Джонсон (Eldridge Jonson) открыли в США первую в мире фабрику по производству грампластинок и граммофонов - "Victor Talking Machine Co.". Затем, в Великобритании, Берлинер создает компанию "E. Berliner"s Gramophone Co." Уже к началу 1902 года компании предприимчивого изобретателя реализовали свыше четырех миллионов грампластинок!

Патефон.

Прогресс не обошел и Россию - в 1902 году на оборудовании фирмы Берлинера было сделано восемь первых записей легендарного русского певца Федора Шаляпина. Однако и граммофон не избежал коренной модернизации - в 1907 году служащий французской фирмы "Патэ" Гильон Кеммлер (Kemmler) решил размещать громоздкий рупор внутри граммофона. Новые аппараты стали называться "патефонами" (по названию фирмы-производителя) и заметно облегчали свою переноску. Впоследствии (начиная с 50-х годов ХХ века) патефоны были вытеснены более совершенными электропроигрывателями, на которых проигрывались легкие и практичные виниловые диски. Виниловые пластинки изготавливались из полимерного материала винилит (в СССР - из полихлорвинила). Скорость проигрывания снизилась с 78 до 33 1/3 оборотов в минуту, а длительность звучания - до получаса для одной стороны. Данный стандарт стал самым популярным, хотя широкое хождение имели пластинки других форматов, в частности, со скоростью вращения 45 оборотов в минуту (так называемые сорокопятки).

Магнитная запись как альтернатива

Возможность преобразования акустических колебаний в электромагнитные была доказана Оберлином Смитом (Oberlin Smith), изложившим принцип магнитной записи на стальную проволоку в 1888 году. Здесь также не обошлось без Томаса Эдисона, ибо на эксперименты с магнитной записью Смита вдохновило посещение знаменитой лаборатории Эдисона. Но только в 1896 году датский инженер Вальдемар Поульсен (Valdemar Poulsen) сумел создать работоспособное устройство, названное телеграфон. В качестве носителя выступала стальная проволока. Патент на телеграфон был выдан Поульсену в 1898 году.

Телеграфон.

Основополагающий принцип аналоговой записи звука путем намагничивания носителя с тех пор остался неизменным. На записывающую головку, вдоль которой на постоянной скорости проходит носитель (позднее им стала более удобная лента), подается сигнал с усилителя, в итоге носитель намагничивается в соответствии со звуковым сигналом. При воспроизведении носитель проходит уже вдоль воспроизводящей головки, индуцируя в ней слабый электрический сигнал, который, усиливаясь, поступает в динамик. Магнитная пленка была запатентована в Германии Фрицем Пфлеймером (Fritz Pfleumer) в середине 20-х годов прошлого века. Поначалу лента изготавливалась на бумажной основе, а впоследствии - на полимерной. В середине 30-х годов ХХ века немецкая фирма BASF наладила серийный выпуск магнитофонной ленты, создававшейся из порошка карбонильного железа либо из магнетита на диацетатной основе. Примерно в то же время фирма AEG запустила в производство студийный аппарат магнитной записи для радиовещания. Устройство назвали "магнетофон", в русском языке оно преобразовалось в "магнитофон". Принцип "высокочастотного подмагничивания" (когда в записываемый сигнал добавляется высокочастотная составляющая) предложили в 1940 году немецкие инженеры Браунмюль (Braunmull) и Вебер (Weber) - это дало значительное улучшение качества звука.

Первый кассетный плеер "Walkman".

Бобинные магнитофоны стали использоваться с 30-х годов прошлого века. В конце 50-х появились картриджи, но все же наибольшую популярность снискали компактные и удобные кассетные магнитофоны. Первый "кассетник" был создан голландской фирмой Philips в 1961 году. Пиком развития магнитофонов стоит считать появление плееров Sony марки "Walkman" в 1979 году. Эти маленькие устройства без возможности записи произвели фурор, ибо теперь любимую музыку можно было слушать на ходу, занимаясь спортом и т.п. Кроме того, человек с плеером не мешал окружающим, ибо слушал аудиозаписи в наушниках. Позднее появились плееры с возможностью записи.

Цифровое нашествие

Стремительное развитие в конце 70-х годов ХХ века компьютерных технологий привело к появлению возможности хранения и считывания любой информации в цифровом виде с соответствующих носителей. И здесь развитие уже цифровой аудиозаписи пошло двумя путями. Вначале появился и получил широчайшее распространение компакт-диск. Позднее, с появлением вместительных жестких дисков, в массы пошли программы-плееры, которые воспроизводили сжатые аудиозаписи. В итоге, развитие флэш-технологий в начале ХХI века привело к тому, что уже компакт-диски (имеется в виду формат Audio-CD) оказались под угрозой забвения, как это произошло с пластинками и кассетами.

Cтремительно устаревающий Audio-CD.

Однако вернемся в 1979 год, когда компании Philips и Sony "сообразили" на двоих производство лазерных дисков. Sony, кстати, привнесла свой метод кодирования сигнала - PCM (Pulse Code Modulation) который использовался в цифровых магнитофонах. Последние обозначались аббревиатурой DAT (Digital Audio Tape) и применялись для профессиональной студийной звукозаписи. Массовое производство компакт-дисков стартовало в 1982 году в ФРГ. Постепенно оптические диски перестают быть исключительно носителями аудиозаписей. Появляются CD-ROM, а затем CD-R и CD-RW, где уже можно было хранить любую цифровую информацию. На CD-R ее можно было записывать однократно, а на CD-RW - записывать и многократно перезаписывать с помощью соответствующих приводов. Информация на компакт-диске записывается в виде спиральной дорожки из "питов" (углублений), выдавленных на поликарбонатной подложке. Считывание/запись данных осуществляется с помощью лазерного луча. Алгоритмы сжатия информации помогли существенно уменьшить размер цифровых аудиофайлов без особых потерь для человеческого слухового восприятия. Наибольшее распространение получил формат МР3, и теперь МР3-плеерами именуют все компактные проигрыватели цифровой музыки, хотя они, безусловно, поддерживают и другие форматы, в частности, тоже довольно популярные WMA и OGG. Формат MP3 (сокращение от англ. MPEG-1/2/2.5 Layer 3) также поддерживается любыми современными моделями музыкальных центров и DVD-плееров. В нем применен алгоритм сжатия с потерями, которые несущественны для восприятия ухом человека. Размер MP3-файла со средним битрейтом 128 кбит/с по размеру примерно равен 1/10 от оригинального файла формата Audio-CD. Формат MP3 был разработан рабочей группой института Фраунгофера, руководимой Карлхайнцем Бранденбургом (Karlheinz Brandenburg) в сотрудничестве с AT&T Bell Labs и Thomson. В основу MP3 положили экспериментальный кодек ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding). Программа L3Enc стала первым кодировщиком в формат MP3 (выпущена летом 1994 года), а первым программным MP3-плеером - Winplay3 (1995 год).

И все-таки они вертятся…

МР3-плеер… один из многих.

Возможность закачки на компьютер либо плеер очень большого количества цифровых треков, их быстрая сортировка, удаление и повторная запись сделали сжатую цифровую музыку массовым явлением, бороться с которым не под силу даже гигантам звуковой индустрии, не первый год терпящим убытки от падения спроса на Audio-CD. И все же, несмотря на то, что бобины и кассеты уже стали достоянием прошлого, будущее оптических дисков как носителей выглядит крайне перспективным. Да, в корне изменились технологии, но диски и сегодня, как и более ста лет назад, крутятся для того, чтобы порадовать людей очередным музыкальным творением. Принцип спиральной записи отлично действует и поныне.

Санкт-Петербургский Государственный Университет Кино и Телевидения

РЕФЕРАТ

по дисциплине

" Кинотелесъемочная техника"

"История и современное развитие звукозаписи"

выполнил:

студент группы 7751

Алферов И.В .

Санкт-Петербург 2008

План

Введение

Предыстория

Магнитная звукозапись

Оптические диски

Заключение

Список литературы

Введение

Звукозапись - процесс сохранения воздушных колебаний в диапазоне 20-20000 Гц (музыки, речи или иных звуков) на каком-либо носителе с помощью специальных приборов.

Грампластинки, аудиокассеты, CD, мини-диски, DVD, Flash-карты: Каких только носителей инфоpмации не придумало человечество, чтобы оставить память о себе - в первую очередь, о своем голосе - в веках! Впрочем, началась история звукозаписи с не слишком приятного эпизода: 130 лет назад американский инженер Томас Эдисон сильно уколол себе палец:

"Как-то pаз я pаботал с новой моделью своего телефона. Hастpоение было пpосто замечательным, и я между делом запел. Hе запомнил, что именно, поскольку в этот самый момент мне в палец впилась игла, припаянная к диафрагме телефона, - так та тонкая стальная пластина задрожала под воздействием моего голоса. И тогда я задумался: можно ли как-нибудь записать эти колебания иглы? Hапримеp, на пластине. Ведь, по логике, если после записи провести иглой по поделанным ранее дорожкам - она должна воспроизвести тот же звук!" - так момент озарения описывал сам Томас Эдисон, изобретатель фонографа.

Предыстория

Попытки создания аппаратов, воспроизводящих 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 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. 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 Биг Бен в Лондоне.

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

За много веков до изобретения механической звукозаписи появилось нотное письмо - графический способ изображения на бумаге музыкальных произведений. В древности мелодии записывались буквами, а современное нотное письмо (с обозначением высоты звуков, длительности тонов, тональности и нотными линейками) начало развиваться с ХII века. В конце XV века было изобретено нотопечатание, когда ноты начали печатать с набора, подобно книгам.

Записывать и потом воспроизводить записанные звуки удалось во второй половине XIX века после изобретения звукозаписи.

Механическая звукозапись

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.

звукозапись мелодия прибор инструмент

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.

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.

Фонограф Эдисона

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.

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.

Граммофон и грампластинка

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.

Патефон

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).

Патефон с электромагнитным адаптером и проигрыватель

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.

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.

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 этот период времени А.Ф. Шорин предложил использовать кинопленку в качестве носителя для механической записи звука. Им был сконструирован аппарат "шоринофон", сначала использовавшийся для озвучивания кинофильмов, а затем - и для записи музыки и речи в радиовещании, что увеличивало продолжительность записи до нескольких часов.

Запись и воспроизведение звука в этом устройстве производились электромеханическим способом на использованную киноленту. Шоринофон осуществлял многодорожечную механическую поперечную запись, которая воспроизводилась на том же аппарате. При использовании кинопленки шириной 35 мм на ней размещалось более 50 канавок. При рулоне кинопленки в 300 м это позволяло получить в шоринофоне запись длительностью восемь часов. Роль записывающего и воспроизводящего элемента в шоринофоне выполняла специальная головка, в которую для нарезания канавки вставлялся резец, а для воспроизведения корундовая игла.

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.

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.

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.

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.

Запись граммофонных пластинок осуществлялась только в специальных студиях звукозаписи. 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. 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.

Магнитная звукозапись

В 1898 году датский инженер Вольдемар Паульсен (1869-1942) 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 немецкие 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.

В 1941 году немецкие инженеры Браунмюлль и Вебер создали кольцевую магнитную головку в сочетании с ультразвуковым подмагничиванием при записи звука. Это позволило значительно уменьшить шумы и получать запись значительно более высокого качества, чем механическая и оптическая (разработанная к тому времени для звукового кино).

Магнитная лента пригодна для многократной записи звука. Число таких записей практически не ограничено. Оно определяется только механической прочностью нового носителя информации - магнитной ленты.

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. Ведь с помощью двух магнитофонов можно переписать запись с одной магнитной пленки на другую. Первые магнитофоны были катушечными - в них магнитная пленка была намотана на катушки. При записи и воспроизведении пленка перематывалась с заполненной катушки на пустую. Прежде чем начать запись или воспроизведение, нужно было "заправить" пленку, т.е. свободный конец пленки протянуть мимо магнитных головок и закрепить его на пустой катушке.

Катушечный магнитофон с магнитной лентой на катушках

После окончания Второй мировой войны, начиная с 1945 года, магнитная запись получила самое 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.

Первый двухдорожечный магнитофон выпустила немецкая фирма AEG в 1957 году, а в 1959 году эта фирма выпустила первый четырехдорожечный магнитофон.

Сначала магнитофоны были ламповыми, и только в 1956 году японская фирма Sony создала первый полностью транзисторный магнитофон.

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 - помещены в специальную компакт-кассету и конец пленки заранее закреплен на пустой катушке. Таким образом, существенно упрощен процесс зарядки магнитофона пленкой. Первые компакт-кассеты были выпущены фирмой Philips в 1963 году. А еще позднее появились двухкассетные магнитофоны, в которых процесс перезаписи с одной кассеты на другую максимально упрощен. Запись на компакт-кассетах - двухсторонняя. Выпускаются они на время записи 60, 90 и 120 минут (на двух сторонах).

Кассетный магнитафон и компакт-кассета

На основе стандартной компакт-кассеты фирмой Sony был разработан портативный проигрыватель "плеер" размером с почтовую открытку (рис.5.11) <#"117" src="/wimg/14/doc_zip11.jpg" />

Кассетный плеер

Компакт-кассета "прижилась" не только на улице, но и в автомобилях, для которых была выпущена автомагнитола. Она представляет собой комбинацию радиоприемника и кассетного магнитофона.

Кроме компакт-кассеты, была создана микрокассета размером в спичечную коробку для портативных диктофонов и телефонов с автоответчиком.

Диктофон (от лат. dicto - говорю, диктую) - это разновидность магнитофона для записи речи с целью, например, последующего печатания ее текста.

Микрокассета

Во всех механических кассетных диктофонах содержится более 100 деталей, часть из которых - подвижные. Записывающая головка и электрические контакты изнашиваются за несколько лет. Откидная крышка также легко ломается. В кассетных диктофонах используется электрический двигатель, который протягивает магнитную пленку мимо головок записи.

Цифровые диктофоны отличаются от механических полным отсутствием подвижных деталей. В них в качестве носителя вместо магнитной пленки используется твердотельная флэш-память.

Цифровые диктофоны преобразовывают звуковой сигнал (например голос) в цифровой код и записывают его в микросхему памяти. Работой такого диктофона управляет микропроцессор. Отсутствие лентопротяжного механизма, записывающих и стирающих головок значительно упрощает конструкцию цифровых диктофонов и делает ее более надежной. Для удобства пользования они снабжаются жидкокристаллическим дисплеем. Основными преимуществами цифровых диктофонов является практически мгновенный поиск нужной записи и возможность передачи записи на персональный компьютер, в котором можно не только хранить эти записи, но и монтировать их, перезаписывать без помощи второго диктофона и т.д.

Оптические диски

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. Значительный вклад в популяризацию компакт-диска внесли Microsoft и Apple Computer.

CD способен хранить в небольшом физическом объеме огромное количество информации. Немаловажна возможность многократного считывания записанных данных без износа носителя, связанная с отсутствием какого-либо механического контакта читающего устройства с поверхностью, несущей информацию. К этому следует добавить относительно невысокую стоимость самих дисков и устройств, необходимых для работы с ними. Эти достоинства не могут не привлекать всех, кому приходится хранить огромные объемы данных с минимальным риском их потери. А таких становится все больше. Везде, где есть компьютеры, обязательно найдутся мощные программы, архивы и базы данных, изображения и звуки, преобразованные в цифровую форму. Все это удобно хранить на CD.

Современный CD - пластиковый диск диаметром около 120 и толщиной примерно 1 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Вокруг отверстия имеется область шириной около 10 мм для зажима в шпинделе, вращающем диск. Одна сторона CD, как правило, красиво оформлена и снабжена краткой информацией о содержании записей.

Другая - блестит и переливается всеми цветами радуги. На ней вокруг зажимной области имеется еще одно визуально различимое кольцо, на котором отштампован серийный номер в штриховом или ином коде, часто понятном только изготовителю диска.

Наиболее распространенные CD имеют структуру, показанную на рис:

На основу 1 из акрилового пластика нанесен тончайший отражающий слой 2 из алюминия. Металл покрыт прозрачной защитной поликарбонатной пленкой 3. Данные считывает лазерный луч 4. Обычный процесс изготовления CD состоит из нескольких этапов: подготовки данных к записи, изготовления мастер-диска (оригинала) и матриц (негативов мастер-диска), тиражирования CD.

Информация наносится на гладкую поверхность алюминиевого мастер-диска лазерным лучом, который, изменяя структуру металла (проще говоря, выжигая его), создает на ней микроскопические впадины. Чередование по-разному отражающих свет впадин и плоских участков представляет данные в привычной для компьютеров двоичной форме. Отметим, что размеры сформированных лазерным лучом впадин очень малы - на отрезке, длина которого не превышает толщины человеческого волоса, их может разместиться несколько десятков.

Дальнейшее напоминает изготовление обычных грампластинок. Негативные копии мастер-диска служат матрицами для прессования несущих информацию впадин на поверхности собственно CD, которые остается покрыть алюминием, нанести защитный слой и снабдить нужными надписями. Стоит заметить, что существуют и другие технологии производства CD, в том числе перезаписываемых и дозаписываемых, о некоторых из них будет рассказано ниже.

Под CD, вставленным в привод блестящей стороной вниз и закрепленным во вращающемся шпинделе, перемещается по радиусу с помощью сервомотора считывающее устройство.

Оно состоит из полупроводникового лазера 1, светоделительной призмы 2 с объективом 3, фокусирующим луч на поверхности диска 4, и фотоприемника 5. Объектив снабжен приводами точной подстройки положения луча на информационной дорожке. Ясно, что для считывания используется лазер гораздо меньшей мощности, чем тот, которым выжигали впадины на поверхности мастер-диска.

Отраженный алюминиевой поверхностью луч призма направляет на фотоприемник. Если он отразился от блестящего островка между впадинами, в цепи фотоприемника появляется электрический ток, наличие которого интерпретируется как логическая 1. Луч, попавший во впадину, большей частью рассеивается, в результате освещенность фотоприемника и вырабатываемый им ток уменьшаются - фиксируется логический 0.

Чувствительная поверхность фотоприемника разделена на четыре сектора. Это позволяет управляющему приводом микропроцессору определить правильность позиционирования луча. Если луч отклонился от нужного положения (а это, как правило, случается из-за погрешностей изготовления CD и привода), сместится и создаваемое им на поверхности фотоприемника пятно, в результате его сектора будут освещены неодинаково. Сравнивая токи, вырабатываемые каждым из элементов приемника, микропроцессор формирует команды, корректирующие положение объектива, а, следовательно, и луча на поверхности отражающего слоя.

Как уже говорилось, данные записаны на CD в виде последовательности впадин и интервалов между ними, образующей одну физическую информационную дорожку. Именно одну, в отличие от привычного способа записи на магнитные диски. Эта единственная дорожка представляет собой спираль, начинающуюся у центра диска и раскручивающуюся к его краю. Этим CD немного напоминает традиционную грампластинку, отличаясь от нее направлением спирали и бесконтактным способом считывания данных. Дорожка начинается со служебной области, необходимой для синхронизации привода: считывающее устройство должно "знать", когда ожидать прихода каждого из записанных битов информации. Физическая дорожка может быть разделена на несколько логических.

Непрерывный поток считываемых с CD битов делится на восьмиразрядные байты, логически объединенные в сектора. Каждый сектор состоит из 12 байт синхронизации, четырех байт заголовка, содержащего номер сектора и сведения о типе записи в нем, 2048 байт основной области данных и 288 байт дополнительной информации.

Применяется несколько типов секторов. Первый из них предназначен только для цифровой звукозаписи. Второй - основной для всех CD. Его заголовок удлинен до 12 байт за счет области дополнительной информации. Оставшуюся часть этой области занимают код обнаружения ошибок считывания данных (четыре байта) и два кода, позволяющих их исправить: Р-паритет (172 байт) и Q-пaритет (104 байт). В секторах третьего типа область дополнительной информации отдана в распоряжение пользователя. Так что каждый из них может содержать до 2336 байт данных, однако без возможности контроля правильности считывания и коррекции ошибок. Каждая логическая дорожка состоит из секторов только одного типа.

В первых секторах CD записано его содержание (Volume Table of Contents, VTOC) - нечто вроде таблицы размещения файлов (FAT) на магнитных дисках. Вообще, базовый формат CD согласно стандарту HSG (о нем см. ниже) во многом напоминает формат дискеты, на нулевой дорожке которой не только указываются ее основные параметры (число дорожек, секторов и т.п.), но и хранятся сведения о размещении данных (директорий и файлов).

В системной области находятся директории с указателями или адресами областей, где хранятся данные. Существенное отличие от дискеты заключается в том, что в корневой директории CD указываются прямые адреса файлов, находящихся в поддиректориях, что существенно облегчает их поиск.

Классическая "одинарная" скорость считывания данных, с которой сегодня работают только проигрыватели аудиодисков, - 175 Кбайт/с или примерно 75 секторов в секунду. Каждая логическая дорожка, содержащая 300 секторов, воспроизводится с этой скоростью за 4 с. Весь CD, если он состоит только из секторов второго типа, содержит 663,5 Мбайт данных.

В компьютерах используются приводы CD, обеспечивающие гораздо большую скорость считывания данных за счет увеличения частоты вращения шпинделя и соответствующего изменения ряда других технических характеристик.

Музыкальные оптические CD пришли на смену виниловым с механической записью (грампластинкам) в 1982 г., почти одновременно с появлением первых персональных компьютеров фирмы IBM. Это было результатом сотрудничества двух гигантов электронной промышленности - японской фирмы Sony и голландской Philips.

Любопытна история выбора емкости CD. Исполнительный директор Sony Акио Морита решил, что новые изделия должны отвечать требованиям любителей классической музыки. После проведения опроса выяснилось, что самое популярное в Японии классическое произведение - девятая симфония Бетховена - звучит около 73 мин. Видимо, если бы японцы больше любили короткие симфонии Гайдна или оперы Вагнера, исполняемые целиком за два вечера, развитие CD могло пойти по другому пути. Но факт остается фактом. Было решено, что CD должен быть рассчитан на 74 мин и 33 секунды звучания.

Так родился стандарт, известный как "Красная книга" (Red Book). Не всех любителей музыки удовлетворила выбранная длительность звучания, но по сравнению с 45 мин недолговечных виниловых пластинок это был существенный шаг вперед. Когда 74 мин музыки пересчитали в информационную емкость, получилось около 640 Мбайт.

В конце 1999 года компания Sony объявила о создании нового носителя Super Audio CD (SACD). При этом применена технология так называемого "прямого цифрового потока" DSD (Direct Stream Digital). Частотная характеристика от 0 до 100 кГц и частота дискретизации 2,8224 Мгц обеспечивают значительное повышение качества звучания по сравнению с обычными CD-дисками. Благодаря гораздо более высокой частоте дискретизации становятся ненужными фильтры при записи и воспроизведении, так как ухо человека воспринимает этот ступенчатый сигнал как "гладкий" аналоговый. При этом обеспечена совместимость с существующим форматом СD. Выпускаются новые однослойные диски HD, двухслойные диски HD, а также гибридные двухслойные диски HD и CD.

Хранить звуковые записи в цифровой форме на оптических дисках гораздо лучше, чем в аналоговой форме на грампластинках или магнитофонных кассетах. Прежде всего, несоизмеримо повышается долговечность записей. Ведь оптические диски практически вечны - они не боятся мелких царапин, лазерный луч не повреждает их при воспроизведении записей. Так, фирма Sony дает 50-летнюю гарантию хранения данных на дисках. Кроме того, на CD не действуют помехи, характерные для механической и магнитной записи, поэтому качество звучания цифровых оптических дисков несоизмеримо лучше. К тому же при цифровой записи появляется возможность компьютерной обработки звука, позволяющей, например, восстановить первоначальное звучание старых монофонических записей, убрать с них шумы и искажения и даже превратить их в стереофонические.

В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - т.е. память на компакт-диске "только для чтения"). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах. Информация в них записывается также в цифровой форме.

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации - DVD (Digital Versatil Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска - гораздо более высокая плотность записи информации. Он вмещает в 7-26 раз больше информации. Это 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 могут иметь один или два слоя информации. К ним можно обращаться, регулируя положение лазерной головки. У DVD-диска каждый слой информации вдвое тоньше, чем у CD-диска. Поэтому можно соединять два диска толщиной 0,6 мм в один со стандартной толщиной 1,2 мм. При этом емкость удваивается. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний, однослойный на 4,7 Гбайт (133 минуты), односторонний, двухслойный на 8,8 Гбайт (241 минута), двухсторонний, односл ойный на 9,4 Гбайт (266 минут) и двухсторонний, двухслойный на 17 Гбайт (482 минуты). Указанные в скобках минуты - это время проигрывания видеопрограмм высокого цифрового качества с цифровым многоязычным объемным звуком. Новый стандарт DVD определен таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учетом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т.е. с соблюдением принципа "обратной совместимости". Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими CD-ROM и видео-компакт-дисками LD.

Форматы DVD-ROM и DVD-Video появились в 1996 году, а позднее был разработан формат DVD-audio для записи высококачественного звука.

Дисководы DVD представляют собой несколько усовершенствованные дисководы CD-ROM.

CD - и DVD-оптические диски стали первыми цифровыми носителями и накопителями информации для записи и воспроизведения звука и изображения.

Заключение

На протяжении всей истории развития искусства и науки звукозаписи человек стремится достичь самых высоких технических параметров и превосходных эстетических качеств записи и воспроизведения звука, которые так или иначе сводятся к простому определению: насколько это близко к естественному восприятию звука человеком его собственными ушами в естественной среде.

Звукозапись сегодня - не только развитая отрасль шоу-бизнеса с многомиллионным денежным оборотом, но и (что значительно важнее) часть музыкальной и социальной культуры, которая формирует эстетические и этические позиции молодежи мира. Тот факт, что 97 процентов слушателей знакомы с классическими произведениями не в живом концертном исполнении, а в записи, никого не удивляет. Ежегодно проводятся интердисциплинарные конференции и семинары, посвященные как проблемам стандартизации, так и проблемам сохранения и восстановления записей, созданию международных аудиоархивных ресурсов. Специалисты ведут бесконечные споры о достоинствах и недостатках различных методов преобразования сигналов в звукотехнике, скорость морального старения звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуры за пределами звукового барьера. Все это делает задачу историко-технического анализа развития звукотехники более чем актуальной.