История звукозаписи: от механики к цифре, статья. Портал "www.iphones.ru"

До появления портативных источников воспроизведения звука, цифрового сигнала и музыки, какой мы ее представляем сегодня, звукозапись прошла долгую и увлекательную историю развития. Сегодня мы поговорим о том, как всего за 100 с небольшим лет человек перевернул понимание звукозаписи: от громоздких архаичных фонографов до современных ультракомпактных плееров.

Механическая запись мелодии

Природа человека такова, что он попросту не представляет жизни без звуков, гармонии и музыкальных инструментов. На протяжение нескольких тысячелетий музыканты оттачивали свое мастерство в игре на лире, варгане, лютне или цистре. Но для того, чтобы усладить слух высокопоставленных господ всегда требовалось присутствие труппы музыкантов. Так возникла необходимость записать музыку с возможностью ее дальнейшего воспроизведения без участия человека. IX век по праву считается веком открытия эры механической звукозаписи. В 875 году братья Бану Муса открывают миру свое новое изобретение – «водный орган». Его принцип работы был чрезвычайно прост: равномерно вращающийся механический валик с искусно расположенными выступами ударял по сосудам с разным количеством воды (что влияет на звуковысотность) и таким образом заставляя звучать наполненные трубки. Спустя несколько лет братья представили и первую автоматическую флейту, в основу работы которой также лег принцип «водного органа».

Вплоть до XIX века именно изобретения братьев Бану Муса остается единственным доступным способом программируемой звукозаписи. Продемонстрированный в XIII веке механический карильон, использующий тот же принцип что орган Бану Муса, но с установленными колоколами, был очень скоро забыт. Начиная с XV века эпоху возрождения накрывает мода на механические музыкальные инструменты. Открывает парад музыкальных инструментов с принципом действия братьев Муса шарманка. В 1598 году появляются первые музыкальные часы, в середине XVI века – шкатулки. Первая половина XIX века продолжает тенденцию развития механических музыкальных инструментов: ящики, табакерки – все эти приспособления имели весьма ограниченный набор мелодий и могли воспроизводить ранее «сохраненный» мастером мотив. Записывать человеческий голос или звучание акустического инструмента с возможностью его дальнейшего воспроизведения, вплоть до 1857 года никто не мог.

Эра механической звукозаписи

Пока из окон и домов жителей Франции продолжали доноситься металлические звуки музыкальных шкатулок, ящиков и табакерок, Эдуард Леон Скотт де Мартенвиль продолжал работу над первым звукозаписывающим устройством. 25 марта 1857 года правительство Франции регистрирует патент, получивший название «фоноавтографа».

Принцип работы фоноавтографа заключался в записи звуковой волны, посредством улавливания вибраций через специальный акустический рупор, на конце которого располагалась игла. Под действием звука игла начинала вибрировать, рисуя прерывистую волну на вращаемом стеклянном валике, поверхность которого покрыта либо бумагой, либо копотью. Увы, изобретение Эдуарда Скотта не умело воспроизводить записанный фрагмент. Семь лет назад в парижском архиве был найден 10-секундный отрывок записи народной песни «Лунный свет», исполненной самим изобретателем 9 апреля 1860 года.

Через 17 лет, в 1877 году «отец лампы накаливания» Томас Эдисон оканчивает работу над совершенно новым звукозаписывающим устройством – фонографом, который спустя год он запатентует в соответствующем ведомстве США. Принцип работы фонографа напоминал фоноавтограф Скотта: покрытый воском валик выступал в роли звуконосителя, запись на который осуществлялась при помощи иглы, подсоединенной к мембране – прародителю микрофона. Улавливая звук через специальный рупор, мембрана приводила в действие иглу, которая оставляла углубления на восковом валике.

Записанный звук впервые можно было воспроизвести, используя то же устройство, на котором и производилась сама запись. Увы, механической энергии было недостаточно для получения номинального уровня громкости.

Фонограф Эдисона сумел перевернуть тогдашний мир с ног на голову: сотни изобретателей стали экспериментировать с использованием различных материалов для покрытия цилиндра-носителя, а в 1906 году состоялся первый публичный концерт-прослушивание. Фонографу Эдисона аплодировал переполненный зал. В 1912 году мир увидел дисковый фонограф, в котором вместо привычного воскового валика стал использоваться диск, значительно упростивший конструкцию.

Появление дискового фонографа хоть и имело интерес общественности, с точки зрения эволюции звукозаписи практического применения так и не нашло. С 1888 года Эмиль Берлинер начал активно развивать собственное видение звукозаписи с помощью собственного устройства – граммофона.

В качестве альтернативы восковому барабану Берлинер предпочел более прочный целлулоид. В 1887 году пластинки изготавливают из шпата, сажи и шеллака. Принцип записи оставался прежним: рупор, звук, колебания иглы и равномерное вращение диска-пластинки.

Эксперименты со скоростями вращения записываемого диска позволили увеличить время записи одной стороны пластинки до 2-2,5 минут при скорости вращения в 78 оборотов за минуту. Записанные диски-пластины помещались в картонные чехлы (реже кожаные) из-за чего в дальнейшем получили название альбомов – внешне они очень напоминали фотоальбомы с достопримечательностями городов, повсеместно реализуемых в Европе.

Заменой громоздкому граммофону стал усовершенствованное и доработанное в 1907 году Гильоном Кеммлером устройство – патефон.

Маленький встроенный в корпус рупор, возможность размещения всего устройства в одном компактном чемодане привели к быстрой популяризации патефона. В 40-х года выходит компактная версия устройства – мини-патефон, получивший особую популярность среди солдат.

Эра электромеханической записи

Научно-технический прогресс не стоял на месте и с появлением электричества эволюция звукозаписи начала свое стремительное развитие. В 1925 году начинается эра звукозаписи с использованием микрофона, электродвигателя (взамен пружинному механизму) для вращения пластинки и, сначала пьезоэлектрический, а затем более совершенный магнитный звукосниматель.

Арсенал устройств, позволяющих осуществлять как звукозапись, так и ее дальнейшее воспроизведение пополняется модифицированной версией граммофона – электрофоном. Появление усилителя позволяет вывести звукозапись на новый уровень: электроакустические системы получают громкоговорители, а необходимость в форсации звука через рупор уходит в прошлое. Все физические усилия человека теперь выполняет электрическая энергия.

Вопрос длительности звукозаписи был впервые решен советским изобретателем Александром Шориным, который в 1930 году предложил в качестве оперативной записи использовать кинопленку, проходящую через пишущий электрический узел с постоянной скоростью. Устройство получило название шоринофона, но качество записи оставалось пригодным исключительно для дальнейшего воспроизведения голоса. Но на 20 метровой киноленте теперь можно было разместить 1 час записи. Последним отголоском электромеханической записи стала так называемая «говорящая бумага», предложенная в 1931 году советским инженером Скворцовым. Звуковые колебания записывались на обычную бумагу с помощью пера, рисующего черными чернилами. Такую бумаги можно было легко скопировать и передать.

Для воспроизведения записанного использовался мощная лампа и фотоэлемент. Увы, до выхода серийной версии аппарата, способного воспроизводить «говорящую бумагу» потребовалось 13 лет. В это время 40-е годы прошлого века уже были покорены новым способом звукозаписи – магнитным.

Эра магнитной звукозаписи

История развития магнитной звукозаписи практически все время шла параллельно механическим способам записи, но оставалась в тени вплоть до 1932 года. Еще в конце XIX века, вдохновленный изобретением Эдисона американский инженер Оберлин Смит занялся изучением вопроса звукозаписи. В 1888 году выходит статья, посвященная использованию явления магнетизма при звукозаписи. Датский инженер Вальдемар Поульсен, после десяти лет экспериментов в 1898 году получает патент на использование стальной проволоки в качестве звуконосителя.

Так появляется первое устройство звукозаписи, в основе которого лежал принцип магнетизма – телеграфон. В 1924 году изобретатель Курт Штилле совершенствует детище Поульсена и создает первый диктофон на основе магнитной ленты.

1928 год, немецкий инженер Фриц Пфлеймер получает патент на использование магнитного порошка с целью напыления на бумагу и дальнейшим использованием для магнитной записи. Увы, через 8 лет Национальный суд Германии признает патента Пфлеймера плагиатом на принципы звукозаписи, изложенные еще в 1898 году Вальдемаром Поульсеном. В дальнейшую эволюцию магнитной записи вмешивается компания AEG, выпустившая в середине 1932 года прибор Магнетофон-К1.

Применяя в качестве покрытия пленки оксид железа, компания BASF производит настоящую революцию в мире звукозаписи. Использование подмагничивание переменным током, инженеры получают совершенно новое качество звучания: сниженное до 60 дБ соотношение сигнала/шума и преодоление верхней планки звукочастотности в 10 кГц.

Начиная с 1930 и вплоть до 1970 года мировой рынок представлен катушечными магнитофонами самых различных форм-факторов и с самыми различными возможностями. Магнитная лента открывает творческие двери перед тысячами продюсеров, инженеров и композиторов, которые получили возможность экспериментировать со звукозаписью не в промышленных масштабах, а прямо в собственной квартире.

Еще больше поспособствовало таким экспериментам появление в середине 1950-х многодорожечных магнитофонов. На одну магнитную ленту стало возможным производить запись сразу нескольких источников звука. В 1963 году выходит 16-дорожечный магнитофон, в 74-м – 24-дорожечный, а через 8 лет компания Sony предлагает улучшенную схему цифровой записи DASH-формата на 24-дорожечный магнитофон.

Появление привычной и знакомой с детства кассеты связано с зарегистрированном в 1952 году соответствующим патентом, а уже в 1963 компания Philips представляет первую компакт-кассету, которая всего за несколько лет станет главным массовым форматом воспроизведения звука.

Уже через год в Ганновере запускается серийное производство компактных кассет. В 1965 году компания Philips инициирует производство музыкальных кассет, а в сентябре 1966 года на территории США в продажу поступают первые отголоски двухгодичных промышленных экспериментов компании. Малонадежность конструкции и сложности, которые возникали с записью музыки, вынуждают производителей к дальнейшим поискам эталонного носителя информации. И поиски удачно окончились для компании Advent Corporation, представившей в 1971 году кассету на основе магнитной ленты, при производстве которой использовался оксид хрома.

Эра лазерной-оптической звукозаписи

Идеи звукозаписи, заложенные еще в конце XIX века Томасом Эдисоном, во второй половине XX века привели к использованию лазерного луча. В основу оптической звукозаписи лег принцип образования на компакт-диске спиральных дорожек, состоящих из гладких участков и впадин-питов. Лазерная эра позволила представить звуковую волну в сложную комбинацию нулей (гладких участков) и единиц (питов).

В марте 1979 года компания Philips демонстрирует первый прототип компакт-диска, а уже через неделю нидерландский концерн заключает соглашение с японской фирмой Sony, утвердив новый стандарт аудиодисков. В 1982 году Philips презентует первый проигрыватель компакт-дисков, по качеству воспроизведения превзошедший все доселе представленные носители.

Первым альбомом, записанным на новом цифровом носителе, стал легендарный «The Visitors» группы ABBA. В 1984 году компания Sony выпускает первый портативный проигрыватель CD-дисков – Sony Discman D-50 по цене в $350.

До СССР CD-диски доедут лишь спустя 7 лет после принятия формата. В 1989 году на прилавках советских магазинов появится «Стихира к тысячелетию Крещения Руси» Родиона Щедрина, а из под полы можно было достать диск коллектива Roxette, выпущенный тиражом всего в 180 экземпляров.

Дальнейшее развитие эры оптических компакт-дисков приведет к появлению в 1998 году стандарта DVD-Audio, выходу на рынок звука с различным числом звуковых каналов (от моно до пятиканального). Начиная с 98-го Philips и Sony продвигают альтернативный формат компакт-дисков – Super Audio CD. Двухканальный диск позволил хранить до 74 минут звучания как в стереофоническом, так и в многоканальном формате. Вместительность в 74 минуты была определена оперным певцом, дирижером и композитором Нориа Ога, который на тот момент занимал и должность вице-президента корпорации Sony. Нория Ога заявил, что на один CD-диск должна помещаться 9 Симфония Людвига Ван Бетховена. Сказано – сделано.

Параллельно с развитием CD-дисков уверенно развивалось и кустарное производство – копирование носителей. Звукозаписывающие компании впервые задумались о необходимости цифровой защиты данных с использованием шифрования и водяных знаков.

Эра магнитооптической записи

Несмотря на универсальность и удобство использования компакт-дисков, данный носитель имеет внушительный перечень недостатков. Одним из главных является их чрезмерная хрупкость и необходимость бережного обращения. Время записи CD-носителя также существенно ограничено и индустрия начала искать альтернативный вариант. Появление на рынке магнитооптического минидиска так и осталось незамеченным рядовыми почитателями музыки. MiniDisk, разработанный компанией Sony еще в 1992 году, так и остался достоянием звукорежиссеров, исполнителей и людей, напрямую связанных со сценой.

При записи минидиска используется магнитооптическая головка и лазерный луч, прорезающий на высокой температуре участки с магнитооптическим слоем. Одновременно с этим изменяется при помощи электромагнитного импульса изменяется намагниченность слоя с проявлением тех же питов (пробоин), что и при записи CD-диска. Главным преимуществом минидиска перед традиционным CD является его улучшенная защищенность и более длительный срок эксплуатации.

В 1992 году компания Sony представила и первый плеер для формата носителей типа минидиск. Модель плеера (впрочем, как и сам формат) получила особую популярность в Японии, а вот за пределами страны как первенец – плеер Sony MZ1, так и его усовершенствованные потомки, принят не был.

Так или иначе, совместить занятия спортом и прослушивание компакт или минидиска скорее подходит исключительно для более стационарного использования. Даже с портативным CD-проигрывателем представить себе активное занятие спортом на природе не представляется возможным. И решением этой проблемы инженеры начали заниматься еще в начале 90-х годов прошлого века.

Эра цифровой звукозаписи

В 1995 году в институте Фраунгофера был разработан революционный формат сжатия аудиоданных – MPEG 1 Audio Layer 3, который получил сокращенное имя mp3. Главной проблемой начала 90-х в сфере цифровых носителей оставалась недоступность достаточного размера дискового пространства для размещения цифровой композиции. Средний размер жесткого диска самого навороченного персонального компьютера на тот момент с трудом превышал несколько десятков мегабайт.

За десять лет ситуация меняется кардинально. В 1999 году 18-летний Шон Фаннинг создает сеть Napster, которая повергает в шок всю эру шоу-бизнеса. Обмениваться музыкой, записями и прочим цифровым контентом можно было прямо через сеть.

Спустя два года, за нарушение авторских прав со стороны музыкальной индустрии сервис был закрыт, но механизм был запущен и эра цифровой музыки продолжала развиваться уже бесконтрольно: сотни пиринговых сетей, регулировать работу которых стало настоящей головной болью для правительства. В 1997 году на рынок выходит первый программный плеер Winamp, разработкой которого занималась компания Nullsoft.

Появление кодека mp3 и дальнейшая его поддержка со стороны производителей CD-плееров ведет к постепенному снижению продаж CD-дисков. Выбирая между качеством звучания (которое реально ощущал лишь небольшой процент потребителей) и максимально возможным количеством композиций, которые можно записать на одну CD-болванку (в среднем, разница составляет около 6-7 раз), слушатель выбирал последнее.

Первым mp3-проигрывателем стал миниатюрный MPMan, выпущенный южнокорейской компанией SaeHan в марте 1998 года. MPMan был представлен в двух версиях: с 32 и 64 мегабайтами встроенной памяти, ценник на модель стартовал от $400.

В 2003 году на рынок врывается компания Apple, предложившая распространение легальных цифровых копий композиций посредством магазина iTunes Store. Общая база композиций в онлайн-магазине на момент презентации составляла свыше 200 000 треков. Сегодня эта цифра перевелила за отметку в 20 млн. Подписав соглашения с такими лидерами звукозаписывающей индустрии, как: BMG, Sony Music Entertainment, Warner, Universal и EMI, компания Apple открыла совершенно новую страницу в истории звукозаписи, которую мы продолжаем создавать и сегодня.

Подготовлено по материалам портала "iphones.ru", март 2015 г. www.iphones.ru