1. Система механической записи и воспроизведения

   1. Грампластинки

Первой информацией, которую удалось записать с последующим воспроизведением, была звуковая. Несмотря на наличие книгопечати и нотной грамоты для записи музыки, желание услышать запечатленный ранее звук давно будоражило техническую мысль изобретателей. Но лишь в 1877 году французский инженер Ш. Кро запатентовал идею механической записи звука на вращающийся диск с последующим его воспроизведением. Первый практически работающий аппарат-фонограф был разработан и изготовлен американским изобретателем Эдисоном в том же 1877 году. Вместо диска здесь использовался барабан, обвернутый оловянной фольгой. Другим отличием от идеи Ш. Кро было то, что фонограмма наносилась не поперечным царапаньем по поверхности диска, а выдавливанием по радиусу барабана. В течение 11 лет было разработано много различных конструкций, использующих для нанесения фонограммы валики или барабаны. Однако все они имели один очень серьезный недостаток: сложность массового тиражирования, отчего так и не нашли широкого распространения.

Первая граммофонная пластинка, очень напоминающая современную, появилась в 1888 году. Ее изготовил Берлинер в виде диска из целлулоида, который им же в 1889 году был заменен пластмассой из шеллака, шпата и сажи. Глубинная запись была отвергнута и осталась только поперечная. Если не считать произошедшего за сто лет снижения скорости вращения пластинок, использования иных пластмасс и стереофонических записей, то, в сущности, пластинка Берлинера работает до сих пор. На рис. 2 показан фрагмент сечения граммофонной пластинки.

Рис 2

На рис. 2 обозначено:  — шаг звуковой дорожки; a - ширина звуковой канавки; b - поле звуковой дорожки;  - угол раскрытия канавки; h - глубина канавки.

Отметим достоинства грамзаписи, обеспечивающие ей такую долгую жизнь:

1. высокая производительность массового тиражирования;

2. надежность хранения оригинала в металлических дисках;

3. легкость перехода при проигрывании с одного участка пластинки на любой другой;

4. простота и сравнительная дешевизна проигрывающей аппаратуры.

Вместе с тем грамзапись не лишена и недостатков. Основные из них:

1. быстрый износ фонограмм;

2. невозможность стирания и перезаписи;

3. невозможность монтажа фонограмм;

4. трудность осуществления записи в домашних условиях, например, по сравнению с магнитофоном.

До 1924 года запись велась исключительно акустическим способом, т.е. для перемещения записывающего резца (иглы) использовалась напрямую энергия звуковых волн. Записи были очень некачественными, полоса записываемых частот - в пределах 150...4000 Гц. Наблюдались значительные нелинейные искажения из-за явлений механических резонансов и перегрузок..

После 1924 года для записи стали использовать микрофоны с последующим усилением сигнала электронными усилителями. Полоса частот расширилась (50.. .10000 Гц), резко снизились нелинейные и частотные искажения.

В последующие десятилетия, вплоть до сегодняшних дней, в грамзаписи были введены две существенные новые идеи, улучшающие технические характеристики, но не отвергающие общих принципов грамзаписи:

• стерео и квадрофония;

• переменный шаг записи в «долгопроигрывающих» пластинках.

Идея переменного шага звуковой дорожки (рис. 2) проста и понятна: уменьшить площадь пластинки, на которой не записана информация (свободное поле «6»). В пластинках с постоянным шагом записи величина  постоянна и не зависит от громкости звучания. Она рассчитана так, чтобы при максимальной амплитуде колебаний записывающего резца дорожки не перекрывались, для чего и нужно пустое пространство «b» на пластинке. Но тогда при средней и малой громкости получаются большие пустые пробелы, и площадь пластинки используется неэффективно.

Переменный шаг записи был запатентован английской фирмой «Колумбия» в 1930 году, но до практической реализации дело дошло лишь в 1952 году. При этом эффективность использования площади пластинки возросла примерно на 25 %.

Достигается это тем, что на двигатель, перемещающий каретку записывающего резца по радиусу диска, подается сумма напряжений: начального напряжения от источника питания U₁. и напряжения U₂, получаемого путем усиления напряжения с магнитной головки Г₁ (рис. 3).

Рис 3

В нижней части рисунка показан условно магнитофон, с которого считывается фонограмма на грамзапись. С головки Г₂ сигнал через усилитель поступает на вибратор резца. С головки Г₁ сигнал берется с упреждением по времени за счет длины участка ленты. Обычно упреждение составляет от 0,5 до 1,0 оборота диска.

При слабом сигнале фонограммы напряжение U₂ мало и питание двигателя 3 напряжением U₁ дает малое значение шага звуковой дорожки. Если громкость фонограммы возрастает, то первой это зафиксирует головка Г₁ и до прихода этого фрагмента фонограммы до головки записи Г₂ двигатель 3 через редуктор 2 успеет развести дорожки на большее расстояние. При снижении громкости сигнал (U₂ уменьшится и шаг дорожки вновь сократится.

Внедрение этого способа экономии площади пластинок произошло с появлением так называемых «долгоиграющих» пластинок, когда появилась потребность довести время звучания до 25...30 минут. В СССР и России пластинки с переменным шагом дорожки выпускаются с 1956 года.