История звука

Добрый день, дорогие друзья. 

Если кто еще не знает, по образованию я радиотехник. Поэтому в своем блоге не мог обойти тему звуковых волн. Однако мне хотелось донести информацию как можно проще. Надеюсь, вам будет интересно узнать немного больше о звуке.

Итак, что же такое звук? Наверное, для меня, проще всего объяснить на примере гитары. Если зацепить и отпустить ее струну, вы увидите, что она колеблется.

***

Когда струна выгибается вперёд, молекулы воздуха впереди неё прижимаются друг к другу. Это создаёт область повышенного давления. Когда струна выгибается в другую сторону, позади неё возникает область с количеством молекул меньшим, чем нормальное. Этот процесс повторяется снова и снова, много раз в секунду. Получающиеся в результате чередующиеся зоны давления называются звуковыми волнами.

Увидеть звук

О том, что звук – это именно волны, догадались очень давно – ещё во времена древнегреческих учёных Аристотеля и Стратона. Однако увидеть звуковые волны не получалось ещё очень долго. Только в середине 19-го века был изобретён прибор, позволяющий это сделать. Его назвали фоноавтограф. В этом приборе тонкая пластинка (мембрана) была соединена с иглой, которая могла царапать движущийся цилиндр из закопчённого стекла.

В ответ на голос или музыку игла начинала колебаться и оставляла на закопчённом стекле извилистый след. Фоноавтограф не мог воспроизводить сделанные на нём записи, он только позволял увидеть звуковые волны воочию. Тем не менее, ученые поняли, что если каким-то образом воспроизвести записанную волну, то мы получим звукозапись. И в скором времени американский изобретатель Эдисон создал первый в мире прибор для записи звука – фонограф.

***

Голоса из прошлого

В первые же годы своего появления фонограф завоевал бешеную популярность. Восковые валики сохранили для нас звучавшие в далёком 19-м веке голоса писателя Льва Толстого, композиторов Петра Чайковского и Антона Рубинштейна, этнографа Николая Миклухо-Маклая, знаменитого немецкого политика Отто фон Бисмарка и многих других.

Качество звучания у фонографа было вполне неплохим, однако был и серьёзный недостаток. С валиков нельзя было делать копии, их было невозможно тиражировать! Например, для изготовления сорока валиков с записью музыкального произведения, вокруг исполнителя на столах расставляли сорок фонографов, и требовалось сорок человек, чтобы по сигналу одновременно запустить запись на всех фонографах! Само собой, цена была невероятно высокой.

Валик или диск?

Немецкий изобретатель Эмиль Берлинер решил заменить валик на плоский диск, а вертикальные колебания иглы – на горизонтальные. Вместо воска в таких дисках использовалась оловянная фольга, и качество звука в сравнении с фонографом было низким. Но с таких дисков можно было делать копии – по 500 копий с каждого диска! Это было несравнимо с возможностями фонографа. Новый звукозаписывающий прибор был назван граммофоном.

***

В поисках материала Далеко в тропиках водятся насекомые из отряда полужёсткокрылых – лаковые червецы. Их выделения на воздухе превращаются в особую смолу – шеллак. В начале 20-го века учёные выяснили, что эта смола отлично подходит для изготовления граммофонных пластинок. Шеллачные пластинки были долговечными и звучали намного лучше оловянных.

Шеллак – смола сравнительно мягкая, и существовал трюк, очень популярный среди юных любителей физических опытов того времени. Если во время воспроизведения граммофонной пластинки дождаться участка с тишиной и в этот момент что-нибудь громко прокричать в рупор граммофона, мембрана начнёт колебаться, и игла оставит на шеллаке слабый волнистый след – то есть запишет на пластинку голос кричащего!

Само собой, пластинка при этом портилась, и юному исследователю могло влететь за подобные физические опыты… Шеллак – далеко не единственный материал для создания пластинок. Например, в начале 20-го века одна русская кондитерская фирма выпускала пластинки для детей, сделанные из... шоколада! Такую пластинку можно было послушать и съесть.

Самый дорогой материал для изготовления грампластинок – это золото. Далеко в космосе, на расстоянии более 19 миллиардов километров от нашей Земли летит космический аппарат «Вояджер», запущенный в 1977 году. На его борту закреплена золотая пластинка, содержащая записи музыки и человеческих голосов на разных языках. По замыслу создателей «Вояджера», если этот аппарат будет обнаружен инопланетянами, пластинка расскажет им о нашей планете и о нас с вами.

Во второй половине 20-го века (родного столетия наших родителей) широкое распространение получили пластмассы – и среди них поливинилхлорид. Для краткости его называли «винил». Более лёгкий, дешёвый и прочный винил заменил шеллак в производстве пластинок, – и виниловые пластинки, несмотря на появление более современных носителей звука, не исчезли по сей день.

***

Даже в нашем веке диджеи на дискотеках с удовольствием «играют на виниле», а многие любители особо качественного звука («меломаны») считают, что «настоящее» звучание может дать только виниловая пластинка, а никак не магнитная лента, компакт-диски или компьютерные файлы.

Интересные решения

В истории звукозаписи есть и экзотические страницы. В конце 19-го века было сконструировано пианино, которое могло играть само, – такой инструмент назывался «пианола». Чтобы пианола заиграла, в неё нужно было заправить ролик из длинной бумажной ленты с отверстиями – «пиано-ролл». Ролик вращался, лента проходила через пневматический считывающий узел. Там, где на ленте было отверстие, сжатый воздух приводил в действие механизм клавиши и возникал звук.

Для записи таких бумажных «роллов» иногда привлекались самые выдающиеся музыканты того времени: Сергей Рахманинов, Джордж Гершвин и другие. Уже в наши дни инженеры смогли восстановить пианолу, заправили в неё сохранившиеся в библиотеках «пиано-роллы», поставили современные микрофоны – и получили совершенно уникальные записи потрясающего качества, в которых сам Рахманинов играет Рахманинова или сам Гершвин играет Гершвина. Эти записи были изданы на CD, и современный любитель музыки может услышать, как исполняли свою музыку эти великие люди – благодаря таким вот смешным бумажным лентам!

Балом правит магнит 

Прототип магнитофона – аппарат под названием «телеграфон» был изобретён датским учёным Поульсеном ещё в конце 19-го века. Звук в нём записывался на металлическую проволоку. Но звук был настолько слабым, что его едва можно было расслышать через наушники, и первоначально магнитофон безнадёжно проигрывал граммофону. 

***

Однако после того, как инженеры придумали электронный усилитель, динамики, ультразвуковое подмагничивание и магнитную ленту на синтетической основе, магнитофон резко опередил по качеству звучания все другие средства звукозаписи. Магнитная лента сматывалась на специальные катушки – бобины. 

Звучали бобинные магнитофоны просто превосходно. Но был и недостаток – малая прочность магнитной ленты. Её можно было измять, растянуть, размагнитить, или она могла размотаться. Случайно распущенный рулон магнитной ленты техникам приходилось буквально по сантиметрам «не дыша» наматывать на бобину долгие часы – а иногда и дни. 

В 1963 году фирма «Филипс» изобрела компакт-кассету, в которой лента была раз и навсегда запрятана в удобный пластиковый корпус. Этот формат звукозаписи стал невероятно популярным — компакт-кассеты были окончательно вытеснены цифровыми носителями только какие-то лет десять-пятнадцать назад...

***

Цифровая эпоха

В начале 80-х годов прошлого века был создан первый распространённый цифровой носитель – известный всем компакт-диск, или CD. Тогда многие называли его «лазерный диск», хотя это не очень правильно. Качество звучания CD по многим параметрам превосходило и магнитофонные кассеты, и виниловые пластинки, плюс он был удобнее и надёжнее.

Компакт-диск не боится пыли, света или магнитных полей, его трудно разбить или сломать – при аккуратном обращении это носитель почти вечный. Но в наши дни компакт- диск стремительно стареет и рискует разделить судьбу пластинок и кассет. Виной тому – массовое распространение интернета и звуковых файлов. 

***

В памяти плеера или мобильного телефона современный школьник может хранить сотни и даже тысячи звукозаписей – попробуйте представить, сколько места в квартире такая коллекция музыки заняла бы на компакт-дисках? А уж на магнитофонных катушках или на виниловых пластинках – просто подумать страшно…

@dmitrijv