Технологии, изменившие музыку. Часть 1: запись
Эта статья — первая из цикла, в котором мы рассмотрим технологии, изменившие музыкальный мир второй половины 20-го века.
В первой части мы поговорим про запись музыки. Если разобраться, отсутствие этих технологий столетия назад — подлинная трагедия человечества. Ведь мы никогда не услышим виртуозную игру четырехлетнего Моцарта на клавире перед королем или трансляцию концерта Паганини, когда он исполнял сложнейшие каприччио на одной струне. Посмотрим, с чего все начиналось и как развивалось.
Фоноавтограф
История звукозаписи началась в 1857 году, когда французский издатель и книготорговец Эдуард-Леон Скотт де Мартенвиль представил свое изобретение — фоноавтограф. На досуге Скотт увлекался стенографией и даже издал известную для своего времени книгу «История стенографии с древних времен до наших дней». Он видел, насколько тяжела работа стенографисток, искренне хотел им помочь и как-то автоматизировать процесс записи человеческой речи на бумагу. В то время уже была известна технология фотографии, которая позволяла запечатлеть свет на специальных пластинках. Так почему бы этот же фокус не провернуть со звуком? Ведь можно нанести на бумагу звуковые колебания, которые потом можно было бы прочитать, словно буквы.
Эдуард-Леон Скотт де Мартенвиль — изобретатель фоноавтографа
Идея состояла в том, чтобы воспроизвести конструкцию человеческого уха. Для этого Скотт покрыл стеклянную пластину тонким слоем ламповой сажи. Затем взял акустическую трубу и прикрепил к ее суженному концу тонкую мембрану, которая служила аналогом барабанной перепонки и усиливала звук. В центре этой мембраны он поместил жесткую щетину кабана длиной примерно в сантиметр так, чтобы она слегка задевала ламповую сажу, оставляя следы. Дальше этот цилиндр вручную вращал человек. Когда кто-то говорил в трубу, мембрана колебалась и оставляла на саже следы.
Гравюра, на которой изображен первый фоноавтограф
25 марта 1857 года Скотт получил французский патент № 17 897/31 470 на свое изобретение и даже продал несколько устройств научным лабораториям для использования в исследовании звука. Однако проблема состояла в том, что получившиеся каракули не получалось соотнести с буквами, а устройств, которые бы могли проиграть такую запись, не существовало. Проще говоря, практического применения у фоноавтографа на тот момент не было, поэтому Скотт продолжил заниматься книгоиздательством.
Самая ранняя из известных сохранившихся записей человеческого голоса была сделана 9 апреля 1860 года, когда Скотт записал на устройстве, как кто-то поет народную песню Au Clair de la Lune («При свете луны»). Лишь в 2008 году исследователи из группы изучения истории звукозаписи First Sounds отсканировали эту запись с большим разрешением и при помощи компьютерного «виртуального пера» смогли воспроизвести нарисованный звук. Это первая запись человеческого голоса в истории человечества.
Но «свято место пусто не бывает», и идею подхватили другие изобретатели. Например, Александра Белла на создание его телефона натолкнул именно принцип действия фоноавтографа Скотта. Ведь колебания мембраны можно превратить в электрические импульсы…
Фонограф и граммофон
В 1877 году поэт (!!!) Шарль Кро предложил интересный способ не только записи, но и последующего воспроизведения звука, чем не мог похвастаться фоноавтограф. 30 апреля 1877 года он написал письмо во Французскую Академию наук, в котором презентовал описание устройство под названием палеофон (в переводе с греческого «звук прошлого»).
Шарль Кро не состоялся как изобретатель, но стал выдающимся поэтом
Он предложил не рисовать звук в виде непонятных узоров на бумаге, а гравировать его иглой на чем-то металлическом. При этом глубина канавок повторяла бы звуковые колебания. Если теперь провести обратный процесс, то игла будет передавать колебания на мембрану, и через рупор звук можно воспроизвести. Однако из-за проволочек изобретение не успели зарегистрировать, и изобретателем первого коммерческого устройства записи и проигрывания стал не он.
Некий Томас Эдисон в процессе работы над телеграфом в 1877 году придумал устройство, которое он назвал фонографом (насколько он знал про работу Шарля Кро, история умалчивает). Изобретение Эдисона представляло собой лист фольги, обернутый вокруг цилиндрического барабана, который вручную вращался и одновременно медленно перемещался вдоль своей оси.
Поверхности фольги касалась игла, которая крепилась к диафрагме, соединенной с рупором. Человек говорил в рупор и одновременно вращал ручку: давление на мембрану изменялось, что послушно передавалось на иглу и оставляло канавки на фольге. А чтобы воспроизвести речь, игла ставилась на начало канавки, рупор разворачивался в обратную сторону (чтобы не фокусировать звук на мембране, а наоборот усиливать) и можно было услышать записанную речь.
Томас Эдисон со своим фонографом
Устройство стало настоящим чудом для обывателей. «Мистер Томас Эдисон недавно зашёл в нашу редакцию, поставил на стол маленькую машинку, повернул ручку, и машинка осведомилась о нашем здоровье, спросила, нравится ли нам фонограф, сообщила, что с ней всё в порядке, и сердечно пожелала нам доброго вечера», — напечатал журнал Scientific American 22 декабря 1877 года. В 1878 Эдисон создал фирму Edison Speaking Phonograph Company и запустил производство фонографов по цене всего 18 долларов.
Правда, не обошлось и без скандалов. Во время публичной демонстрации фонографа в Парижской Академии наук 11 марта 1877 года Эдисона обвинили в чревовещательстве и назвали мошенником. А когда фонограф продемонстрировали в России, хозяин «говорящей механической бестии» был привлечен к суду и приговорён к трём месяцам тюрьмы и большому денежному штрафу.
При всей своей простоте первые устройства были несовершенными:
бороздки были недостаточно глубокими, поэтому при воспроизведении записи звук был очень слабым и имел много шумов;
после нескольких проигрываний фольга приходила в негодность, как и оловянная игла, которая использовалась для записи и звукоизвлечения;
максимальное время записи было очень маленьким и составляло около 1 минуты.
Поэтому другие изобретатели принялись усовершенствовать конструкцию Эдисона. В 1886 году все тот же Александр Белл предложил заменить фольгу на восковые цилиндры, которые можно было использовать многократно, при этом качество проигрывания оставалось бы приемлемым. Устройство было названо графофоном (от перестановки слогов в слове фонограф), и Белл оперативно получил на него патент.
Одна из моделей графофона Белла
Но двух великих изобретателей, Эдисона и Белла, смог опередить немецкий изобретатель Эмиль Берлинер, создатель первого в мире микрофона. 26 сентября 1887 года он подал заявку и 8 ноября получил патент US372786A на устройство, которое он назвал граммофоном.
Ключевым отличием стало использовании плоского диска вместо цилиндра, на поверхности которого игла наносила поперечный узор одинаковой глубины (в отличии от фонографа и графофонов, где бороздки имели переменную глубину). Это позволило снизить шум от проигрывания в 16 раз и заметно усилить громкость. Дополнительно диски (их назвали граммофонными пластинками) можно было легко тиражировать при помощи металлической матрицы, в отличии от восковых цилиндров. А за счет того, что игла двигалась по спирали, можно было записывать композиции длительностью несколько минут.
Эмиль Берлинер и его изобретение
В 1889 Берлинер основал компанию Berliner Gramophone для производства своих устройств и записи граммофонных пластинок. Однако граммофон прочно вошел в жизнь простых людей после выхода на рынок компании Victor Talking Machine Company в 1901 году, которые смогли сделать изобретение Берлинера по-настоящему доступным и массовым, создав устройство Victrola c электрическим приводом. Это был не просто проигрыватель, а настоящий музыкальный центр с регулировкой громкости и стильным корпусом.
В результате в 1924 году Victor Talking Machine Company поглотила компанию Berliner Gramophone, а в 1929 объединилась со звукозаписывающей компаний RCA Records, став на какое-то время монополистом в музыкальном мире.
Одновременно в 1920-х годах для записи стали стали использовать электроакустический метод — через микрофон. Теперь иглой управляла не акустическая мембрана, а электрические импульсы. За счет уменьшения искажений частотный диапазон расширился со 150—4000 до 50—10000 Гц, сделав качество записи настолько хорошим для того времени, что граммофонные пластинки стали стандартом вплоть до конца Второй Мировой войны.
Магнитная лента vs долгоиграющая пластинка
В 1888 году американский инженер Оберлин Смит в процессе изучения фонографа Эдисона опубликовал революционную идею — использовать для записи звука принцип магнетизма.
Заключалась идея в том, что можно использовать нить, в которой будут закрепляться частицы металла (скажем, обрезки проволоки). Если взять электромагнит и подавать на него электрические импульсы с микрофона, параллельно перемещая нить, то разные участки будут намагничиваться под действием магнитного поля. Получится, что колебания запишутся на нить, словно на восковом цилиндре. При этом мы ограничены только в объеме бобины, на которую будем наматывать нить — можно было бы хранить запись большой длительности. Дополнительное преимущество — такой метод записи позволил бы избежать помех вроде шума царапающей игроки при записи фонографом.
А для воспроизведения нужно было произвести обратный процесс — подавать намагниченную нить мимо катушки с той же скоростью, что и при записи. В катушке происходило бы индуцирование тока, которое затем преобразовывалось динамиком, как в телефоне. Однако реализовать идею не вышло из-за того, что металлические частицы не получалось равномерно распределить по нити и затвердеть их.
В 1898 году идею Смита подхватил датский инженер Вальдемар Поульсен, работавший в Копенгагенской телефонной компании, и придумал устройство, которое он назвал телеграфоном.
Вальдемар Паульсен сумел реализовать идеи Оберлина Смита
Конструктивно он имел похожую на фонограф конструкцию с вращающимся цилиндром. Но вместо фольги или слоя воска Поульсен использовал тонкую стальную нить, намотанную на цилиндр. К слову, Смит думал над этим решением, но сомневался, что участки сплошной проволоки не будут размагничивать друг друга. А Поульсен опытным путем смог определить, что этого не произойдет.
Цилиндр вращался при помощи часового механизма: навитая проволока проходила мимо электромагнитной записывающей головки с постоянной скоростью около 2 м/c. С учетом диаметра цилиндра и плотности намотки получалось записать около 40 минут. Рабочий диапазон частот составлял от 150 до 2500 Гц. Для проигрывания производился обратный процесс, а если запись не нравилась, достаточно было провести постоянным магнитом, чтобы стереть ее и записывать по новой.
Первый телеграфон Паульсена — для записи используется обычная телефонная трубка
За свой новаторский подход Поульсен получил приз на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Вы можете послушать первую запись человеческого голоса, сделанную на телеграфон и дошедшую до наших дней. Это небольшое выступление австрийского императора Франца Иосифа I:
Однако звук был слабым, а решить проблему при помощи усилителей на тот момент было невозможно. Поэтому Поульсен заменил проволоку тонкой стальной лентой, которая наматывалась на катушки — конструктивно это чем-то напоминало будущие катушечные магнитофоны. Применение стальной ленты из-за ее большей площади улучшило качество звука из-за лучших ферромагнитных свойств и уменьшило размеры телеграфона.
Кстати, интересный факт: телеграфон Поульсена использовался в телефонной сети Дании. Звонящий оставлял запись на телеграфон, если трубка долго не поднималась, и ее можно было потом прослушать. Эта система являлась, по сути, прототипом современного автоответчика.
В 1925 году изобретатель Курт Штилле представил электромагнитное устройство, которое записывало речь на магнитную проволоку — магнитофон. Инновация Штилле состояла в том, что он впервые представил конструкцию магнитной головки, похожую на современную: кольцевой магнитный сердечник с обмоткой на одной стороне и зазором на другой.
Вот так выглядело изобретение Курта Штилле
В процессе записи на обмотку подаётся сигнал с микрофона, вызывающий появление магнитного поля в зазоре сердечника — оно и намагничивает движущуюся проволоку. А при воспроизведении проволока проходит через зазор, создает магнитный поток и приводит к появлению ЭДС в обмотке. Аппараты такой конструкции уже позволяли производить вполне приличную запись: их применяла компания BBC с 1935 по 1950 год.
Следующим шагом стали исследования немецкого инженера Фрица Пфлеймера в 1928 году. Идея была простой: почему бы не заменить стальную проволоку или пластинку бумагой? Она тоньше, дешевле и ее можно легко разрезать и склеивать, что сделает монтаж намного проще. Но для реализации на бумагу нужно нанести какой-то материал, который будет легко намагничиваться и размагничиваться. При этом важно, чтобы технологически это можно было легко реализовать.
После ряда экспериментов Пфлеймер установил, что оптимально подходит оксид железа. В том же 1928 году он запатентовал свое изобретение и даже продемонстрировал его на международной выставке, чем произвел фурор.
В 1932 году немецкая фирма AEG, используя оригинальную конструкцию Штилле, начала производство прибора для магнитной записи под названием Magnetophon K1. Носителем в нём была плёнка, которую изготавливал химический концерн BASF по технологии Пфлеймера. Magnetophon-K1 был представлен публике в 1935 году на радиовыставке в Берлине. Это устройство стало первым в мире коммерческим магнитофоном, который могли позволить себе простые люди.
Первый коммерческий магнитофон фирмы AEG, Германия
В начале 1940-х инженер AEG Вальтер Вебер бился над тем, чтобы расширить частотный диапазон записи Magnetophon K1 и уменьшить шумы. В ходе экспериментов он по ошибке подал на записывающую головку высокочастотный сигнал и обнаружил, что это снижает соотношение сигнал/шум на 10 дБ, сглаживает нелинейные искажения и расширяет диапазон до 10 кГц. Это привело к изменению схемотехники магнитофонов, и в 1941 году AEG выпустил новую модель — Magnetophon K4-HF, опередившую свое время.
Улучшенная версия магнитофона, модель Magnetophon K4-HF
После окончания Второй мировой войны немецкие разработки стали доступны и для стран остального мира. Интересно, что заметили это благодаря радиотрансляциям, которые велись одновременно из нескольких городов Германии. Американские инженеры предположили, что это фонограммы, однако качество записи было почти неотличимым от прямого эфира, да и шла она намного дольше, чем позволяла граммофонная пластинка. Когда союзные и советские силы добрались до немецких заводов, то стали использовать технологии у себя. Началось бурное развитие магнитной записи во всем мире, но об этом поговорим дальше.
Несмотря на появление магнитной ленты, в 1948 году инженеры Columbia Records (ведущей на тот момент звукозаписывающей компании) придумали способ записывать более длинные композиции на граммофонные пластинки — так называемый формат LP (Long Play). Дело в том, что стандартом являлась проигрывание на скорости 78 оборотов в минуту, что не позволяло записывать композиции длинной больше 11 минут даже на большие по диаметру пластинки.
Первая LP запись с концертом Мендельсона
Columbia придумала способ, как уменьшить ширину канавки со 140 до 55 микрон, что позволяло «уплотнить» запись на пластинке диаметром 30 см (или 12 дюймов — стандарт того времени) и проигрывать ее со скоростью 33 ½ оборота в минуту. Результат — на LP пластинки записывались теперь целые альбомы длительностью до 60 минут на обе стороны. И дополнительно пластинки стали изготавливать из более совершенного поливинилхлорида в противовес ранее использующемуся шеллаку.
Таким образом, виниловые LP пластинки успешно конкурировали с магнитными записями вплоть до конца 70-х годов, пока не появились компакт-диски.
Многодорожечная запись и появление аудиокассет
Первые опыты по одновременной записи двух разных каналов проводили еще в конце 19 века с использованием фонографов. В 1881 году в Париже Клемент Адер расположил на сцене Парижской Оперы два телефонных транслятора, сигнал от которых по проводам шёл в кабины Парижской электрической выставки. Посетители кабин могли услышать концерт в прямой трансляции через две телефонные трубки, по одной для каждого уха — настоящий стерео эффект.
Но вернемся к магнитной записи. В 1943 году компания AEG, пионер в области записи на магнитную пленку, нашла способ записывать два независимых канала, используя две магнитные головки. Однако на тот момент особого развития этой технологии не нашлось, потому что не существовало подобной технологии воспроизведения.
Все изменилось в 1945 году, когда майору армии США Джеку Малину удалось отыскать две модели Magnetophon K4-HF и 50 катушек пленки на немецкой радиостанции в Бад-Наухайме, которая уже была захвачена союзниками. Маллин пришел в восторг от качества записи, и ему пришла идея показать эту находку боссам Голливуда. Ведь теперь можно было легко монтировать любые композиции, отрезая ненужные участки пленки и склеивая ее.
Маллин вернулся на родину и принялся модифицировать немецкие варианты магнитофонов, работая с небольшой компанией Ampex. В 1947 году состоялась публичная демонстрация первых моделей. На встрече присутствовали руководители MGM и звезда того времени — певец Бинг Кросби. Тот сразу же оценил перспективы: ведь можно было записывать его выступления один раз, а затем с задержкой транслировать на оба побережья. Кросби инвестировал 50 000 $ на производство новых магнитофонов.
В 1948 году на свет появился первый катушечный магнитофон Model 200, который Кросби успешно использовал для трансляции своих выступлений. При цене 4000 долларов за штуку (примерно за столько можно было купить дом) Ampex смогли продать 112 магнитофонов.
Модель 200 производства компании Ampex, которая стала коммерческих хитом для звукозаписывающих компаний
В том же году Бинг Кросби подарил модель 200 своему другу, гитаристу-виртуозу Лесу Полу для его домашней студии. Через несколько часов у Пола возникла идея модифицировать устройство, добавив дополнительные записывающие и воспроизводящие головки, которые позволили бы ему одновременно записывать новую дорожку и контролировать воспроизведение ранее записанных дорожек. Условно можно было бы записать отдельно вокал, а отдельно — гитарную партию, подстраивая одно под другое и все синхронизируя.
Эксперименты привели к тому, что Ampex специально для Леса Пола разработали 8-ми дорожечный (!) магнитофон (модель назвали ММ 1000), который стоил баснословные по тем временам 10 000 $. В 1948 году вышли его записи Lover и Brazil, в которых гитарист применил технику многократного наложения звука. Просто послушайте это:
Увидев перспективы для коммерческой записи музыки, Ampex вскоре выпустила коммерческую версию магнитофона с тремя дорожками (модель 300), который позволял музыкантам записывать стерео каналы для музыкальных инструментов и основной канал для вокала. Эта конфигурация оставалась очень популярной до середины 1960-х годов, когда The Beatles на своей студии Abbey Road Studios записали композицию I Want to Hold Your Hand, используя 4-х дорожечную аппаратуру фирмы EMI — крупного конкурента Ampex. Позже они подключились и к 8-ми дорожечным записям.
Ринго Старр и Джордж Харрисон экспериментируют со звуком в студии Abbey Road
В ответ Ampex в 1966 году по заказу от Mirasound Studios из Нью-Йорка изготавливает свой первый 16-дорожечный магнитофон — модель AG-1000. А в 1967 году Ampex предлагает 16-дорожечную версию модели MM 1000, которая стала первой подобной аппаратурой на массовом рынке профессиональной техники. В 1968 появляются первые 24-дорожечные магнитофоны. Это привело к невероятным экспериментам музыкантов c многократным наложением разных инструментов: например, «стену звука» Фила Спектора или революционные записи The Beach Boys.
Однако со всеми катушечными магнитофонами того времени была проблема: записи шли на бобины, что было неудобно для прослушивания, скажем, в машине. То же относилось и к виниловым пластинкам — нужно было более компактное решение. 30 августа 1963 года компания Philips представила на радиошоу в Берлине первую компактную аудиокассету, а к ней первый кассетный проигрыватель Type EL 3300. Кассета имела размер всего 100×63×12 миллиметров, а внутри было 2 крошечных бобины, на которые была намотана пленка шириной 3,81 миллиметра.
Модель EL 3300 и первые аудиокассеты компании Philips
Успех нового аудиоформата был колоссальным: к 1966 году только в США было продано более 250 000 записывающих устройств. К 1968 году 85 производителей продали более 2,4 миллиона плееров — самая большая доля была у производителей из Японии, таких как Sony и Philips. Это значительно превосходило продажи катушечных магнитофонов, что неудивительно: ведь теперь можно было слушать музыку и в машине, и на природе. А музыканты-любители получили возможность делать домашние записи, не покупая дорогое и громоздкое оборудование.
Первая версия легендарного плеера Sony Walkman
Дальше технология продолжала совершенствоваться на протяжении 60-х и 70-х годов: появились международные стандарты, другие виды кассет (например, формат Stereo 8), а также двух и четырехдорожечные версии. Однако настоящий бум начался после того, как компания Sony в 1979 году выпустила на рынок плеер Walkman, отличавшийся малыми габаритами и потрясающим качеством воспроизведения и записи. Это позволило Sony буквально царить на рынке кассетных проигрывателей вплоть до распространения технологии компакт-дисков.
Компакт-диск
Но пока люди активно слушали аудиокассеты и виниловые пластинки, в 70-х компании Philips и Sony совместно готовили новую революцию в мире звукозаписи — применение лазерной технологии, которая активно развивалась в других отраслях.
Идея заключалась в том, что есть диск, поверхность которого отражает свет. На этой поверхности есть нанесенные по спирали маленькие углубления (их называют питами), длина которых зависит от закодированной информации. Луч маломощного «холодного» лазера направляется на отражающую поверхность и фиксирует интенсивность отраженного света: если она больше какого-то порога, то это логическая 1 — свет попал на углубление. А если меньше, то логический 0. Таким образом можно считать любую последовательность 0 и 1, что будет соответствовать записанному звуку. Вот простое объяснение:
Сам диск состоит из трех слоев: основы, отражающего и защитного. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования формируется информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой из алюминия. Сверху отражающего слоя наносится защитный лак таким образом, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта со внешней средой. Общая толщина диска составляет 1,2 мм, диаметр диска — 12 см. Считывание происходит с частотой дискретизации 44,1 кГц, что позволяет получать и обрабатывать звуковую запись на уровне Hi-Fi.
Изобретение получило название Compact Disc — CD, как противовес росту популярности аудиокассет (Compact Cassette). В марте 1979 года Philips провела пресс-конференцию, где представила прототип компакт-диска, после чего заключило соглашение с фирмой Sony по совместной работе над стандартом — так называемым Red Book. Первоначально объем диска должен был вмещать ровно 60 минут записи. Однако, по легенде, руководство приняло решение увеличить объем до 74 минут, чтобы CD мог вместить девятую симфонию Бетховена.
17 августа 1982 года на фабрике Philips в немецком Городе Лангенхаген был выпущен первый CD. На нем был записан альбом The Visitors группы ABBA. Вскоре после этого пути Sony и Philips разошлись, чтобы производить собственное оборудование для приводов компакт-дисков. И первой все-таки стала Sony, выпустившая модель CDP-101 в Японии 1 октября 1982 года при цене 168 000 иен (около 730 долларов США). Причем дата была выбрана неслучайно: альбом Билли Джоэла 52nd Street, выпущенный на CD, попал на прилавки японских магазинов в тот же день. Таким образом, люди могли сразу купить и диск супер популярного певца, и проигрыватель.
Модель CP-101 — первый в мире CD проигрыватель
Несмотря на опасения крупных музыкальных лейблов, популярность компакт-дисков резко возросла, и только за первый год было выпущено более тысячи различных синглов и альбомов. В 1985 году альбом Brothers In Arms группы Dire Straits стал первым диском, проданным миллионным тиражом.
Технология записи на CD к началу 90-х годов вытеснила продажи аудиокассет и виниловых пластинок и продолжала развиваться. Появлялись новые проигрыватели, методы записи и так далее. К 2000 году мировые продажи альбомов на CD достигли своего пика на отметке 2,455 млрд. Однако с появление цифровой записи и распространения музыки в интернете все изменилось.
Но об этом — в следующих материалах…
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
