Фиксация звука и изображения

Запись и воспроизведение звука

К сегодняшнему дню человечество накопило огромную фонотеку, хранящую голоса давно ушедших от нас людей. Мы можем услышать голоса Льва Толстого, Сергея Есенина, Владимира Маяковского и многих других писателей и поэтов, имеем возможность наслаждаться голосами Энрико Карузо, Федора Шаляпина, Леонида Собинова, Надежды Обуховой и многих других прекрасных певцов и артистов.

Это чудо произошло благодаря изобретению способа фиксации и воспроизведения записанного звука — точнее сказать, нескольких способов, которые в течение 130 лет удалось изобрести и внедрить в жизнь.

Началось все с самого простого способа звукозаписи — механического. Подобного рода запись звука на фонографе была запатентована в 1877 г. неутомимым американским изобретателем и предпринимателем Томасом Эдисоном, на счету которого числится в общей сложности больше тысячи изобретений (рис. 1.19).

Рис. 1.19. т. Эдисон (1837−1941).

Если вы видели фильм «Моя прекрасная леди», то наверняка запомнили этот прибор, с помощью которого профессор Хиггинс доводил до совершенства произношение Элизы Дуллитл. (Кстати, в Англии имеется Музей Хиггинса, где собраны фонографы самых разных модификаций.).

Суть записи звука на фонограф (рис. 1.20) заключается в том, что звук через мембрану — тонкую упругую пластину — передается на соединенную с этой мембраной иглу, и игла оставляет следы на вращающемся валике, покрытом фольгой или воском. В зависимости от силы и характера звука углубления в выдавливаемой иглой канавке имеют разную глубину. Передвигалась игла, но валику поступательно — с помощью червячной передачи, т. е. прочерчивала на валике звуковую дорожку в виде спирали.

Рис. 1.20. Фонограф.

Данное изобретение показалось первым свидетелям записи и воспроизведения голоса столь невероятным, что они даже попросили зажать горло участвовавшему в эксперименте ассистенту Эдисона, полагая, что их просто дурачат, демонстрируя очередной ловкий фокус с участием чревовещателя.

Недоверчивую публику можно понять. Даже сегодня трудно представить, как могла прийти в голову изобретателя эта простая и гениальная мысль — без сложных приспособлений, без участия электромагнитных колебаний, а за счет лишь энергии звуковых волн, механическим способом записать и воспроизвести звук человеческого голоса.

Правда, в 2007 г. приоритет Эдисона был оспорен. (Это лишний раз подтверждает мысль о том, что почти у каждого запатентованного изделия имелся изобретатель-предтеча.) В одном из архивов Парижа была обнаружена самая старая в мире аудиозапись человеческого голоса, сделанная в апреле 1860 г., т. е. за 17 лет до изобретения Эдисоном фонографа. На аудиозаписи звучит французская народная песня. Записал голос изобретатель Эдуард-Леон Скотт де Мартинвилль при помощи фоноавтографа. Устройство наносило звуковые волны на покрытый воскоподобным слоем лист бумаги, закопченный над масляной лампой. Но эта находка нисколько не умаляет достижения Эдисона, так как он смог не только записать звук, но и воспроизвести его, а главное — сделать свое изобретение достоянием человечества.

На фонограф записали свои голоса многие современники Т. Эдисона, в частности, имеется несколько записей с голосом Л. Н. Толстого, любившего всякие технические новинки. В 1908 г. Эдисон лично послал фонограф в подарок великому писателю, и Лев Николаевич использовал его для надиктовывания писем, статей и чтения отрывков из своих произведений. Кстати, сегодня голос Л. Н. Толстого и многих великих людей, живших в первой половине XX в., можно услышать в Интернете, открыв сайт «Живые голоса».

Фонограф просуществовал несколько десятков лет практически в неизменном виде. Как аппарат для записи музыкальных произведений он перестал выпускаться в конце первого десятилетия XX в., но еще примерно 15 лет использовался в качестве диктофона. Валики к нему выпускались вплоть до 1929 г.

К тому моменту спираль на валике сменилась спиралью на диске. Это тоже была механическая запись, но осуществляемая по более сложной технологии. Игла с помощью мембраны оставляла звуковую бороздку на специальном диске, с которого затем изготовлялась металлическая матрица, оставляющая отпечаток на нагретой и твердеющей после остывания пластической массе. Данная матрица фактически была штампом, с помощью которого можно было создавать большое количество совершенно одинаковых копий.

Попутно заметим, что в истории человечества запись информации на валик или рулон не раз сменялась записью на плоскости. Так, античные книги существовали в виде свитков (что было неудобно и для чтения, и для последующего поиска нужного фрагмента в этом рулоне), затем появляется прообраз современной печатной книги — кодекс, страницы которого изготовлялись либо из папируса, либо из пергамента.

Рулоны телетайпов, а потом факсов также ушли в прошлое.

На смену рулонам магнитной пленки пришли компактные диски. На дисках же сегодня записывают и фильмы, которые раньше существовали лишь в виде громоздких бобин с кинопленкой.

Первая граммофонная (от греч. gramma — запись) пластинка появляется уже спустя десятилетие после фонографа Эдисона. Изобретателем записи на плоском диске с помощью тонкого резца, связанного с мембраной, был американский инженер немецкого происхождения Эмиль Берлинер (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Э. Берлинер (1851−1929)

Поселившись в 1870 г. в США, Берлинер, прослушав курс лекций по электричеству и акустике в Институте Купера в Нью-Йорке, занялся экспериментами в области телефонии. В 1877 г. он получил патент на угольный микрофон, а в 1887 г. — патент на изобретение граммофона (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Граммофон

Вначале выпускаемые пластинки имели звукозапись лишь на одной стороне. С 1903 г., после того как был освоен способ получения пластинки одновременно с двух разных матриц, в обиход входят двухсторонние грампластинки, т. е. звукозапись на пластинке становится в два раза компактнее.

Преимущество грампластинки над валиком фонографа сразу же стало очевидным. Во-первых, резко улучшилось качество записи и увеличилась сила звука при воспроизведении. Последнему способствовали усовершенствованные раструбы, усиливающие звук. В частном Музее граммофонов на Пушкарской улице в Санкт-Петербурге можно видеть самые разнообразные граммофоны и сделанные не без эстетического изыска большие граммофонные трубы.

Во-вторых, грампластинки более компактны, а также более прочны и долговечны, чем валики фонографа. А главное — технология их производства и пользования оказалась удобна для массового потребителя: в отличие от валиков, пластинки можно было тиражировать. Каждая пластинка практически изготовлялась в считаные секунды. Работнице, сидевшей за станком, штампующим пластинки, достаточно было положить комок разогретой хлорвиниловой массы между двумя расположенными сверху и снизу металлическими матрицами и нажать па педаль штамповочного аппарата.

В 1930;е гг. граммофоны прочно вытесняются патефонами (название пошло от французской фирмы «Пате» (Pathe), которая первой освоила новые звуковоспроизводящие приборы), более компактными и удобными для переноски. Диск патефона (рис. 1.23) так же, как и граммофона, приводился в действие пружиной (патефон, как и граммофон, надо было «заводить» специальной ручкой), а стабильность скорости обеспечивалась системой противовесов. Но вместо громоздкой трубы в патефон было вмонтировано усилительное устройство в виде компактной металлической раковины, усиливающей громкость воспроизводимого звука. Во время Второй мировой войны, когда еще не существовало переносных р_ис. 1.23. Патефон радиоприемников и магнитофонов, патефоны в окопных условиях были одной из немногих радостей, скрашивавших тяжелейшие военные будни.

Еще через 20 лет в быт повсеместно входят электрофоны (электропроигрыватели). Механический привод и механическое усиление звука уходят в прошлое. Вначале скорость проигрывания пластинок была 78 оборотов в минуту (об/мин). С появлением электропроигрывателей, дающих стабильную скорость воспроизведения, внедряются стандарты 45 и ЗЗУз об/мин и начинают выпускаться долгоиграющие пластинки. Изобретение первой такой пластинки датируется 1948 г., когда в США появляется электрический звукосниматель, позволивший разгрузить иглу и сделать ее более тонкой. В итоге уменьшилась ширина канавки на пластинке, да и пластинка стала более тонкой. Это изобретение значительно расширило диапазон частот (50—16 тыс. Гц), снизило уровень шумов, намного продлило время проигрывания музыки, а кроме того, реальной стала возможность записывать и воспроизводить стереозвук.

Тиражирование грампластинок сразу же позволило принести в каждый дом любимую музыку, голоса популярных певцов и даже запись спектаклей. Но для оперативной работы с фиксацией и воспроизведением звука требовалась иная технология, поэтому уже в конце XIX в. предпринимаются попытки записывать звук, используя свойства ферромагнитных носителей. С помощью магнитной головки звук, передаваемый на микрофон, преобразовывался в электрическую энергию и потом аналогично воспроизводился.

Магнитная звукозапись основана на свойстве ферромагнитных материалов сохранять остаточное намагничивание. Иначе говоря, напыленный на пленку ферромагнитный порошок с помощью магнитной звукозаписывающей головки преобразовывал энергию звука, воспринимаемую микрофоном, в электрическую энергию. При воспроизведении же происходил обратный процесс.

Вначале звукозапись пытались производить на металлической проволоке, что было не очень удобно, затем стали использовать ленты из различных материалов, на которые наносился ферромагнитный слой.

В 1940;е гг. технология магнитной записи была значительно усовершенствована, а последующие разработки способствовали тому, что звукозапись стала более чистой, фиксирующей и воспроизводящей большую широту частот, что позволило записывать не только речь, но и музыку. После Второй мировой войны в быт людей широко входят магнитофоны (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Магнитофон.

Уменьшение скорости движения пленки увеличивает продолжительность записи, но ухудшает ее качество; увеличение скорости, наоборот, улучшает качество записи. Поэтому в зависимости от функций и задач звукозаписи выбирался соответствующий ГОСТ. Скажем, при записи симфонической музыки необходимы самые высокие качественные параметры всех компонентов звукозаписывающей аппаратуры, а для фиксации текста интервью или беседы с целью публикации этого материала в прессе достаточен был простой диктофон с уменьшенной скоростью движения пленки.

В отечественных магнитофонах ГОСТами были установлены следующие скорости: 38, 19,05, 9,53, 4,76 м/мин.

Для журналистской работы на радио преимущество магнитной записи состояло не только в том, что магнитофон тут же мог воспроизвести записанное, но и в том, что магнитная лента была пригодна для неоднократной записи звука, т. е. при записи новой звуковой информации одновременно стирался ранее записанный звук. К тому же магнитную ленту, основой которой был лавсан, легко было склеивать.

Первые магнитофоны были довольно громоздки и недешевы. Но, как это обычно бывает, их размеры становились все более компактными и удобными для использования магнитофонов в быту. Долгое время магнитная лента наматывалась на большие бобины и передвигалась с довольно высокой скоростью, что обеспечивало высокое качество записи и воспроизведения (38 м/мин — в профессиональных стационарных магнитофонах; 16 м/мин — на домашних магнитофонах).

Магнитная лента радикально изменила технологию подготовки радиопередач. Если до этого в радиовещании доминировал прямой эфир, то теперь стало возможным значительную часть программ готовить заранее.

Вначале магнитную запись для радиопередачи монтировали чисто механическим способом: разрезали в нужном месте ленту и склеивали ее со следующим нужным куском звукозаписи. Со временем развитие технологии перезаписи позволило сводить несколько звуковых дорожек в конечную запись, производя монтаж звукового материала и накладывая необходимые звуковые эффекты. Кроме того, радиостудии накапливали звуковой архив, который при надобности мог быть использован.

Постепенно шел закономерный процесс миниатюризации, а также упрощения пользования звуковыми приборами и повышения технического качества. Бурное развитие электроники в 1970;е гг. способствовало уменьшению габаритов звукозаписывающих и звуковоспроизводящих приборов.

Сначала появились компактные транзисторные катушечные репортерские магнитофоны, затем небольшие катушечные диктофоны (с маленькими бобинами и уменьшенной скоростью передвижения магнитной пленки).

Начиная с конца 1960;х гг. весь мир постепенно завоевывает миниатюрная компакт-кассета (рис. 1.25), разработанная компанией «Филипс» (Philips). Этот очень удобный и для повседневного пользования, и для работы журналиста формат плюс кассетные магнитофоны в 1980— 1990;х гг. практически вытесняют магнитофоны катушечные. Магнитофоны с большой скоростью передвижения пленки продолжают функционировать лишь в профессиональных студиях звукозаписи, где требовался высокий уровень качества записи. Но большинство любителей музыки тут же заменили катушечные магнитофоны на более удобные в быту компактные кассетные магнитофоны и плейеры, позволившие слушать музыку через наушники в стереоварианте в любом месте.

Рис. 1.25. Компакт-кассета.

Звукозаписью па компакт-кассеты стали широко пользоваться не только радийщики, но и журналисты печатных СМИ, поскольку диктофон стал удобным подспорьем при подготовке интервью, а также документом, фиксирующим все, что было произнесено интервьюируемым человеком, что служило доказательством при возникновении спорных ситуаций.

Третий вид звукозаписи — фотографический, или оптический.

Первые опыты получения записи звука с помощью фотографической фиксации были проведены в России А. Ф. Виксцемским в 1889 г. Воспроизводилась оптическая запись с помощью фотоэлемента.

Фотографическая система записи и воспроизведения была востребована, когда решено было внедрить в кино звук — точнее, фиксировать звук на той же пленке, что и изображение.

В 1900 г. русский ученый И. Л. Поляков получает патент на воспроизведение фотографической записи звука посредством фотоэлемента и использования позитива фонограммы. В том же году инженер-технолог А. А. Полумордвинов подает авторскую заявку, в которой описывает оптический, или световой, метод записи звуковых сигналов на кинопленке. Световой пучок попадал через движущуюся кинопленку на фотоэлемент, который превращал световые колебания в электрические. Именно так сегодня устроена звуковая дорожка кинофильма и осуществляется ее «считывание».

В 1906 г. американский изобретатель Ю. Л ост предлагает более совершенную систему фотографической записи звука на кинопленку. Оставалось решить проблему усиления звука, который был бы слышен каждому зрителю в большом кинозале. Но об этом будет рассказано чуть позже.

До появления оптической записи звука предлагались различные системы звукозаписи, сопровождавшей кинопоказ. Однако главным недостатком всех этих приборов была невозможность достигнуть полной синхронизации, т. е. идеального совпадения изображения и звука.

Как это нередко случается при внедрении новых технологий, приходится жертвовать какими-то качественными характеристиками изобретения во имя более существенных моментов. Так случилось и с фотографической записью звука. Она имела ряд дефектов, связанных с качеством воспроизведения через фотоэлемент: недостаточная ограниченная широта воспроизведения звуковой шкалы, невозможность передать все нюансы звука, наличие шумовых помех и значительные технические трудности при записи и микшировании звука. Но оптическая запись обладала одним несомненным для звукового кинематографа достоинством, а именно способностью воспроизводить звук абсолютно синхронно с изображением, поскольку звуковая дорожка впечатывалась на ту же пленку, что и изображение. Подробнее об этом будет сказано ниже, когда речь пойдет о кино.

Значительным прорывом в технологии звукозаписи и ее воспроизведения стали разработки Лаборатории Dolby (Dolby Laboratories — американская компания в области систем обработки звука, звукозаписи и звуковоспроизведения, основанная в 1965 г. американским инженером и изобретателем Рэем Долби), способствовавшие развитию новых технологий записи и воспроизведения звука — от уменьшения шипения при воспроизведении звука па компакт-кассетах до многоканальной и чистой записи звука в кино, создающей «эффект присутствия».

Основой технологии объемного звучания стал принцип размещения звука на двух дорожках, которые несут не только информацию для левого и правого каналов, но также и для центрального и четвертого каналов {surround), что создает эффект объемного звучания окружающего зрителя/ слушателя воспроизводимого звука и способствует созданию звуковых спецэффектов в кинозале. Технология Dolby-А позволила не только воспроизводить четыре канала звука, но и достигнуть стереофонического звучания высокого качества оптических звуковых дорожек, поскольку наконец удалось снизить вызываемый ими шум.

Разработки Лабораторией Dolby шестиканальной цифровой оптической записи дополнительно к четырехканальной аналоговой записи еще больше расширили технические и творческие возможности объемного звучания в современных кинотеатрах.