Соболевой Евгении КЛ - 31
Носители звука и устройства его воспроизведения
История звукозаписи насчитывает века. Еще в XVI веке делались первые попытки записи звука. Для этого использовались механические инструменты - музыкальные шкатулки, шарманки, игрушки, табакерки, часы, башенные куранты, полифоны, оркестрионы (устройства, порой имитировавшие звучание целого оркестра). Для избранных пытались даже делать кареты "со звуковым сопровождением" (не путайте с "тройкой с бубенцами" на Руси ) - чем не прототип современной автомобильной аудиосистемы? В XIX веке такие изделия получили широкое распространения. Носителем в таких устройствах были обычно диски, карты или ленты с перворацией, валики с выступами и т.д.
Считается, что первым человеком, который высказал идею звукозаписи и звуковоспроизведения, был француз Шарль Кро, который в 1867 г. он изобрел "аутографический телеграф". Кро известен также как талантливый поэт и писатель-фантаст, ему приписывается даже изобретение телефона. Шарль Кро направил письмо во французскую Академию Наук, в котором не изложил сущность звуковоспроизведения звуков, и метод воспроизведения - с помощью валика и с помощью диска со спиральной записью (прототип граммофонной пластинки). Его идея не получила поддержки, и имя Кро оказалось почти забытым.
В 1887 г. в США Томасом Эдисоном был запатентован свой фонограф - один из первых приборов для механической записи звука и его воспроизведения. Сегодня историки считают, что Эдисон пришел к изобретению фонографа самостоятельным путем, и что произошло это случайно. Из множества изобретений Томаса Эдисона фонограф является главным. Именно Эдисон вошел в историю как человек, открывший миру секреты аудиозаписи. Носителем в фонографе был цилиндрический валик, обернутый оловянной фольгой или бумажной лентой и покрытой слоем воска. Для записи и воспроизводения звука служила игла (резец), связанная с мембраной.
Конечно, такая запись не могла быть долговечной и качественной. Эдисон много раз вносил конструктивные изменения в фонограф, но так и не достиг чистого звучания. Конструкций фонографов было разработано в эти годы большое количество. Они имели огромный успех. Усовершенствованными фонографами пользовались вплоть до 30-х годов 20-го века, хотя еще в 1886 г. Александр Белл и Чарльз Тайнтер взяли патент на прибор, названный ими графононом. Они предложили применять поперечную запись, резание вместо выдавливания, а в качестве носителя записи - воск с добавкой парафина.
В 1888 г. немец Эмиль Берлинер изобрел граммофон. На стеклянную подложку он наносил сажу с парафином. После записи фонограмма покрывалась лаком и служила для получения отпечатка на хроможелатиновом слое. Позднее стали применять кислотное травление, в качестве подложки использовать цинк, а в качестве защитного слоя - воск. Применяя как оригинал цинк, протравленный в хромовой кислоте, получали гальванопластические копии. Именно Берлинер организовал производство граммофонов.
Первая в мире граммофонная пластинка была изготовлена из целлулоида, а в 1897 г. вместо него стали использовать диски из шеллака, шпата и сажи. Такие пластинки из-за дороговизны сырья были по карману далеко не всем. Позднее шеллак был заменен синтетическими смолами. Широкое применение получила винилитовая смола. Для изготовления граммофонных пластинок предлагались, однако, не только пластические массы, но и ряд других материалов. Появились даже пластинки из стекла (они шипели меньше обычных) и из шоколада. Известны также "записи на костях" - пластинки на рентгеновской пленке (в период гонений на джаз).
В 1907 г. появился "граммофон нового поколения" под названием "патефон" - по названию французской фирмы "Патэ", где служил его изобретатель Гильон Кеммлер. От граммофона он отличался размещением рупора внутри корпуса, что позволило значительно уменьшить размеры и сделать "ящик с музыкой" переносным. Выпускались даже действительно портативные патефоны с раздвижным тонармом. Подешевел и носитель - пластинки, которые проигрывались со скоростью вращения 78 об/мин стали изготавливать из гораздо более дешевого сырья и в конце-концов их начали штамповать из винила.
Интересно, что почти одновременно с фонографом был изобретен и принцип магнитной записи звука. Впервые мысль о том, что намагничивание может быть использовано для записи звука, была высказана неким Оверлингом Смитом в 1888 г. Описанное Смитом устройство имело все отличительные признаки магнитофона: магнитный носитель информации, механизм для его подачи и магнитную головку. К сожалению, детище Смита так и не "пошло в серию", так что реальным рождением магнитная запись обязана датчанину В. Паульсену, который в 1898 г. продемонстрировал работоспособный аппарат - магнитофон, где носителем записи была стальная проволока. На Парижской Всемирной выставке в 1900 году это устройство даже получило приз - на нем был впервые записан голос императора Австро-Венгрии Франца-Иосифа.
К сожалению, для широкого практического применения качество записи было явно недостаточным. Долгое время магнитная запись серьезно не совершенствовалась, и на нее не обращали особенного внимания и вплоть до тридцатых годов. В начале XX в. многие граммофонные компании пытались осуществлять электрическую запись, но отсутствие электрических усилителей не позволило реализовать этот метод. Это стало возможным лишь с изобретением вакуумной электронной лампы, а реально продвинуть технологию магнитной записи удалось лишь с помощью усовершенствования магнитных головок, применения подмагничивания и порошковой магнитной ленты.
При воспроизведении источником магнитного поля служат уже намагниченные участки ленты с записью. Они проходят мимо зазора, создавая в сердечнике магнитное поле, которое наводит в катушке переменный электрический ток. На смену катушкам с магнитной лентой пришли кассеты, но именно такой принцип до сих пор широко используется в аудио и видеозаписи.
В 1924 г. несколько фирм получили патенты на улучшенные условия электрической записи, и с 1925 г. электрический способ записи с помощью микрофонов вытеснил из производства механоакустическую запись через рупор. Параллельно совершенствовалась и грамзапись. С развитием радиотехники появились радиолы, проигрыватели (приставки к приемникам) и электрофоны. Пружинный двигатель был заменен электрическим. При тех же размерах пластинки скорость уменьшилась до 33 1/3 об/мин, а увеличение плотности записи позволило создать долгоиграющие пластинки.
Интересно, что кроме механической записи на диск известна механическая запись на ленту. В 1931 г. в Германии были изготовлены аппараты с механической записью на бесконечной ленте. В то же время в России А.Ф.Шорин предложил использовать в качестве носителя механической записи звука кинопленку. Шоринофон - аппарат с таким принципом записи использовался для вспомогательных записей в радиовещании и при производстве кинокартин, но ленточные носители механической записи не нашли широкого применения.
До 1957 года запись на пластинках была только монофонической. Но опыты проводились и в области стереофонической грамзаписи. В 1931 г. англичанин А. Блюмлейн предложил способ стереофонической записи на диск. Он предложил целых два способа стереозаписи, но недостаточный уровень техники записи-воспроизведения не позволил в то время реализовать данную идею.
В 1969-1971 гг. появились первые образцы четырехканальной квадрафонической аппаратуры: магнитофоны, и грампластинки, но квадрафонии так и не суждено было получить широкое распространение.
В 1982 г. фирмами Sony и Philips была применена оптическая запись с помощью полупроводникового лазера - появились компакт-диски. Звук на них записывался в цифровой форме, и систему отличало высокое качество звучания. Распространению компакт-дисков способствовали долговечность, малые габариты и удобство эксплуатации. Компакт-диск изготавливается из прозрачного полимера. На рабочей поверхности с отражающим слоем расположены канавки, в канавке записываются цифровые коды в виде углублений (питов).
В настоящее время для оптической записи широко применяются перезаписываемые носители. В качестве перезаписываемых носителей распространение получили носители из материалов на основе недокиси теллура, ванадия, а для стирания применяют луч лазера различной интенсивности.
В 1992 г. фирма Sony разработала новый носитель записи звука - минидиск (MD). На минидиске можно записать 74 минуты стереозвука. Минидиски очень удобны для записи и работы со звуком. Это и мгновенный доступ к любой композиции, и возможность реорганизации, изменения порядка записей на диске, их разделение или слияние. Название песни/диска индицируется бегущей строкой. Минидиски выдерживают миллион циклов перезаписи и при этом качество звучания не ухудшается. Отсюда - очевидное преимущество минидисков перед кассетами. Но широкого использования они не получили из-за нераспрастраненности и условной дороговизны лицензий их держателя - Sony.
Тем временем, на на смену CD уже приходят диски DVD, которые применяются для записи звука, видео и файлов данных. В 1997 появилась и к концу века получила распространение оптическая технология хранения информации на многослойных двусторонних цифровых универсальных дисках DVD. Это, по-существу, более емкий (до 4.7 Гбайт) и более быстрый компакт-диск, который может содержать аудио, видео и компьютерные данные. По мнению специалистов, что цифровая оптическая запись будет сопровождать нашу жизнь еще как минимум три десятка лет.
Большой прогресс был достигнут и в области устройств цифровой магнитной записи. Диапазон частот (ширина полосы), требуемый для цифровой записи, намного выше, чем для аналоговой. Для цифровой записи/воспроизведения необходима полоса пропускания шириной от 1 до 2 МГц, что намного шире диапазона обычных магнитофонов.
Между тем, компании, занимающиеся продажей традиционных кассетных видеомагнитофонов, считают, что этот вид бытовой техники через два-три года исчезнет как класс. Предполагается, что их заменят DVD-плейеры, способные записывать и перезаписывать изображение с телевизора или другого источника видеосигнала. В настоящее время выпускаются совмещенные переходные модели 2 в 1-м DVD-SVHS магнитофоны. Однако припятствием к распространению можно назвать невозможность домашней записи. Но выход есть ! Системы обживаится встроенными винчестерами и DVD+RW приводами.
Системы DVD+RW должны существенно подешеветь, и тогда у них будут все шансы стать массовым продуктом, каковым сейчас является традиционный видеомагнитофон. Некоторые производители видеомагнитофонов со следующего года намерены начать постепенно сворачивать их производство.
Что касается устройств со сменным носителем, то уже в начале будущего года некоторые крупные производители планируют прекратить продажи внутренних и внешних версий CD-RW дисководов, перейдя на продажи DVD+RW дисководов. Они считают, что потребители уже материально готовы к переходу на DVD+RW, поскольку их наверняка привлечет возможность записывать на DVD-диски домашнее видео. К тому же записи на видеопленке живут около 15 лет, а гарантийный срок хранения видео на DVD составляет 80-100 лет. Было бы на чем воспроизводить через 100 лет нынешние DVD-диски... Ведь патефоны сейчас можно встретить разве что в музеях.
Нельзя не упомянуть и про различные карты памяти, широко применяемые в современной бытовой аппаратуре, и, в частности, в MP3-плейерах. Какие плюсы позволяют уверенно говорить о преимуществах портативного MP3-плейера перед кассетным, CD или мини-дисковым устройством? MP3-плеер в несколько раз меньше CD- и в 2-3 раза кассетного плеера. Крайне мал и вес, измеряемый десятками грамм. Компактность записей позволяет использовать столь же компактные носители (чаще всего в качестве такого носителя выступает флэш-память в виде стандартной карты SmartMedia или MultiMedia Card). Файл MP3 - это оцифрованная звуковая запись, сжатая в соответствии со стандартом MPEG-1 Layer 3. Алгоритм компрессии MPEG-1 Layer 3 использует не общее сжатие всей звуковой информации, а ее избирательную фильтрацию от малозаметных для восприятия элементов.
MP3-плейер не боится толчков. При использовании флэш-памяти движущихся части отсутствуют. Он потребляет сравнительно мало энергии и может длительно питаться от одного элемента типоразмера AA или двух AAA. Записи на MP3-плейере не теряют качество с течением времени, при многократной перезаписи или многократном прослушивании.
Одна из основных причин быстрого распространения MP3-устройств и связанных с ними технологий заключается в том, что эти плейеры поддерживают воспроизведение десятков (а то и сотен) тысяч оцифрованных аудиозаписей, уже доступных в Интернете.
Первый портативный MP3-плейер появился в 1998 г. Это было устройство черного цвета размером примерно с половину карточной колоды. Сегодня, вместе со стремительным ростом популярности MP3-музыки производители выпускают разнообразные MP3-плейеры. Хотя эти устройства пока недешевы, теперь покупатель получает за эти деньги гораздо больше возможностей.
Не стоят на месте и технологии жестких дисков, плотность записи информации на которые стремительно растет. Однако, при использовании современных технологий записи на магнитный диск через 5-10 лет биты данных на диске уменьшатся в размерах настолько, что могут потерять температурную стабильность. Можно использовать более стабильные магнитные носители, но существующие магнитные головки не могут записывать данные на такие носители. Специальные технологии решают эту проблему другим способом. Она предполагает точечный нагрев магнитного носителя в месте записи бита информации с помощью лазерного луча. При нагревании магнитный носитель становится более восприимчив к записи, а последующее мгновенное охлаждение стабилизирует записанные биты данных. Таким образом, тепловая обработка должна обеспечить существенное увеличение плотности записи.
Предполагается, что с помощью новых технологий удастся резко увеличить производительность, вместимость и надежность накопителей на жестких магнитных дисках, в результате чего в нагрудном кармане рубашки каждый сможет носить всю цифровую информацию мира. Плотность записи информации на жесткий диск будет увеличена в 100 и более раз.