Лекция 3. История магнитной звукозаписи

Невзирая на высокое качество звуковых фонограмм, механическая запись не смогла составить конкуренцию другим способам, в частности, магнитным, в радиовещании, репортерском деле, прослушивании фонограмм в движущемся транспорте и другом.

В Дании 29-летний лаборант технического сектора телефонной станции г. Копенгаген Вальдемар Паульсен разработал конструкцию аппарата для магнитной записи звука. В 1898 г. он запатентовал свое изобретение. Аппарат В. Паульсена получил название «телеграфон». Аппарат представлял не что иное, как электромагнитный фонограф. Конструкция телеграфона действительно в некоторой мере напоминала популярный в то время звуковоспроизводящий аппарат. Такой же вращающийся цилиндр, но без слоя воска, вместо него была навита тонкая стальная струна диаметром 0,5 мм, в первых моделях использовалась обычная струна от фортепиано. На эту струну и делалась запись звука. Цилиндр вращался с помощью часового механизма. Записывающая головка (электромагнит) двигалась вдоль витков со скоростью 2,1 м/с. Для 40 минут записи звука необходимо было 6000 м проволоки. Телеграфон воспроизводил записи с полосой частот 150…2500 Гц. Запись стиралась обычным сильным постоянным магнитом. Для этого необходимо было только провести им по проволоке.

В 1901 г. В. Паульсен создал новый аппарат, который по конструкции значительно отличался от предшественника и уже имел основные черты современных магнитофонов. Для записи использовалась стальная лента шириной 3 мм и толщиной 0,05 мм. Лента сматывалась с одной бобины и наматывалась на другую, проходя мимо записывающей и воспроизводящей головок. Запись прослушивалась на телефонные трубки.

Магнитные фонограммы, еще не могли конкурировать с грампластинками. Магнитофоны были тяжелыми, при воспроизведении давали очень слабый звук, который можно было услышать только на телефонные наушники.

Новый интерес к магнитофону начался возрастать только с появлением мощных усилителей на электронных лампах. Уже в 20-х годах американский флот применял магнитофон для ускорения передачи и приема радиотелеграфных сообщений. Несколько позже магнитофоны начали изготавливать в Германии и Англии. Для записи по-прежнему использовалась стальная лента, которой пользовался еще В. Паульсен.

Значительный толчок могла получить магнитная запись после появления в 1925 г. советского патента инженера И.И. Крейчмана на гибкую ленту, сделанную из пластмассы и покрытую магнитным порошком. Но, к сожалению, это изобретение прошло незамеченным. Важный шаг вперед сделал немецкий исследователь доктор Пфлеумер благодаря изучению патента В. Паульсена. В этом патенте он нашел указание на то, что запись можно вести не только на провод и ленты, но и на диски, покрытые намагниченным порошком. Пфлеумер провел исследования по поиску пригодных магнитных носителей звука. В начале он сделал попытку заменить стальную ленту бумажной, которая была покрыта магнитным материалом, и получил обнадеживающий результат. После он перешел на более удобные, пластмассовые ленты. Начиная с 1932 г., этот тип лент быстро совершенствовался.

На ленту шириной 12 см и длиной 30 м, намотанную на бобину, можно записать несколько сотен страниц текста. Преимущества такого носителя звука заключаются в том, что на ленте можно делать письменные пометки, разрезать ее на страницы и хранить в обычных папках.

В Германии успешно занимались не только созданием новых магнитофонных лент, но и головок. Немецкий инженер Е. Шюллер в 1938 г. разработал и внедрил в производство новый тип функциональных кольцеобразных головок. В появившихся магнитофонах, с новыми кольцеобразными головками, для выполнения каждого этапа создания магнитной фонограммы использовалась специально разработанная головка (записывающая, воспроизводящая и стирающая).

В то время как в Европе интерес к разработкам в области магнитной записи звука все возрастал, в Новом Свете, в частности США, конструированием магнитофонов почти не занимались вплоть до 1937 г.

Ситуация стала резко изменяться, после того как в 1940 г. в чикагской исследовательской организации «Armor Resserch Fundeshen» молодой инженер Кармас разработал новые покрытия для магнитофонных пленок. Это дало возможность понизить скорость движения пленок в магнитофоне с 76 см/с до 19 и 9,6 см/с.

Первые ленточные магнитофоны появились в России в 1942 г. Это был магнитофон типа «СМ-45», работавший на ферромагнитной ленте. После войны производились модели серии «МЭЗ» для радиовещания и студийные «РМС-16». В 1949 г. в Киеве был выпущен первый отечественный массовый бытовой магнитофон «Днепр».

На немецком радио устанавливается магнитофон, работающий на пластмассовой ленте, на которую нанесен слой оксида железа. Скорость движения ленты составляла 80 см/с, что позволяло записывать частоты звука до 10000 Гц. Лента имела толщину около 0,05 мм и ширину 5 мм. Совершенствование конструкций магнитофонов продолжалось не только в направлении создания новых носителей звука, но и в разработке перспективных механизмов протяжки ленты. В 1947 г. появился магнитофон, в котором механизм протяжки ленты имел три электродвигателя. Один — для подачи ленты, другой — для вращения с постоянной скоростью ведущего вала и протягивания ленты, а третий — для подмотки ленты. Лента перемещалась со скоростью около 76 см/с и обеспечивала воспроизведение частот в диапазоне 32…9600 Гц с неравномерностью не более 4 дб. В 1951—52 гг. появились малогабаритные бытовые магнитофоны с магнитной лентой на пластмассовой основе. Металлическая лента и провод были окончательно вытеснены как носители информации. В это время усилия разработчиков были направлены на дальнейшее повышение качества воспроизведения звука. Схема разделения тембра по низким и высоким частотам стала составной частью любого высококачественного аппарата.

В 50-е годы магнитофоны стоили очень дорого и доступны были не каждому. Поэтому были выпущены различного типа магнитофонные приставки с простым лентопротяжным механизмом и упрощенным электронным узлом записи.

Из отечественных магнитофонных приставок этого типа наиболее известной является приставка «Нота», выпускавшаяся в 60-е годы. У приставки имелся свой автономный лентопротяжный механизм, ламповый усилитель записи, но отсутствовал усилитель звуковой частоты. Для громкоговорящего прослушивания записи приставку необходимо было подключить к усилителю звуковой частоты радиоприемника. Скорость ленты составляла 9,5 см/м.

В 1968 г. были произведены первые кассетные магнитофоны. В них лента двигалась со скоростью 4,75 см/с, а качество записи и воспроизведения звука оставляло желать лучшего. Невзирая на недостатки, кассетные магнитофоны привлекли внимание покупателей. Новые аппараты выгодно отличались от существовавших тогда магнитофонов, своим удобством обращения и малыми габаритами. Кассетные магнитофоны создали проблему улучшения отношения сигнал — шум. Это было связано в первую очередь с медленным движением ленты и узостью дорожек. Решение этой проблемы было предложено в 1969 г. американцем Рэем Долби. Им была разработана система, получившая название «Долби», которая представляла собой динамический экспандер и компрессор для точно определенного частотного диапазона. При записи повышался уровень высоких частот (от 1 до 2 кГц и выше), а при воспроизведении уровень этих сигналов снова восстанавливался. Такое действие использовалось только к сигналам с низким уровнем, соизмеримым с шумами. Применение системы позволяло не только снизить собственные шумы лент и усилителей, но и устранить некоторые паразитные эффекты, например, копирэффект. Улучшению качества работы кассетных магнитофонов способствовало также создание новых высококачественных лент на хромоксидной и кобальтовой основах, ленты «Hi-Fi Low Noise» и «Super Dinamic».

Большой популярностью пользовались индивидуальные кассетные магнитофонные проигрыватели — плееры. Для прослушивания записей в плеерах используются высококачественные головные телефоны. Качество звука в них не уступает стационарной аппаратуре.

Повышение характеристик звукозаписи связано в первую очередь с переходом от аналоговой к цифровой магнитной записи. Цифровая запись позволяет практически избавиться от детонации звука и копирэффекта, получить очень малые искажения и динамический диапазон порядка 90…100дб. Выпускающиеся цифровые магнитофоны (DAT) стоят достаточно дорого, что связано с большой стоимостью элементов цифрового канала, в основном, аналого-цифрового преобразователя.