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.
Nota bene