Введение

Машины для записи звука. Машины, используемые для записи звука.

Магнитофон, также известный как ленточный проигрыватель, магнитофонная дека или просто магнитофон, – это устройство для записи и воспроизведения звука, которое записывает и воспроизводит звуки, как правило, с использованием магнитной ленты для хранения. В современной форме он записывает изменяющийся сигнал, перемещая ленту над магнитной головкой, которая поляризует магнитные домены в ленте пропорционально звуковому сигналу. К устройствам записи на магнитную ленту относятся ленточные магнитофоны с катушками и кассетные магнитофоны, использующие кассеты для хранения. Использование магнитной ленты для записи звука началось около 1930 года в Германии с бумажной ленты, покрытой оксидным лаком. До разработки магнитной ленты магнитофоны на проволоке успешно продемонстрировали концепцию магнитной записи, но никогда не обеспечивали качества звука, сопоставимого с другими стандартами записи и вещания того времени. Это немецкое изобретение положило начало долгой череде инноваций, приведших к современным магнитным ленточным записям. Магнитная лента произвела революцию в радиовещании и музыкальной индустрии. Она дала исполнителям и продюсерам возможность записывать и перезаписывать звук с минимальными потерями качества, а также легко редактировать и перекомпоновывать записи. Альтернативные технологии записи того времени – диски для транскрипции и проволочные магнитофоны – не могли обеспечить подобного уровня качества и функциональности. Благодаря ранним усовершенствованиям, повысившим точность воспроизводимого звука, магнитная лента оставалась самым качественным аналоговым носителем записи. С начала XXI века аналоговая магнитная лента в значительной степени уступила место цифровым технологиям записи.

Восковой ленточный магнитофон

Самый ранний известный магнитофон был не магнитным и не электрическим устройством, изобретенным в лаборатории Volta Александра Грэма Белла и запатентованным в 1886 году. Он использовал полоску бумаги, покрытую воском, которую получали путем погружения в раствор пчелиного воска и парафина, после чего одну сторону очищали, а другой давали затвердеть. Аппарат имел прочную конструкцию из дерева и металла и приводился в действие вручную с помощью ручки, закрепленной на маховике. Восковая лента проходила от одной восьмидюймовой катушки вокруг периферии шкива (с направляющими бортами), установленного над V-образными шкивами на главном вертикальном валу, где она соприкасалась либо с записывающей, либо с воспроизводящей иглой. Затем лента наматывалась на другую катушку. Острая записывающая игла, приводимая в действие вибрирующей слюдяной диафрагмой, вырезала воск из ленты. В режиме воспроизведения звук передавался через слуховую трубку слушателю с помощью тупой иглы, свободно закрепленной на резиновой диафрагме. Записывающая и воспроизводящая иглы, которые поочередно устанавливались на одних и тех же стойках, могли регулироваться по высоте, что позволяло делать несколько записей на одной ленте. Восковая лента в дальнейшем была усовершенствована восковым цилиндром Эдисона и стала первой широко распространенной технологией звукозаписи, использовавшейся как для развлечений, так и для офисной диктовки. Однако записи на восковых цилиндрах было сложно легко дублировать, что делало их дорогостоящими и трудоемкими для крупномасштабного производства. Восковые цилиндры также не могли записывать более 2 минут звука, проблему, которую решили граммофонные пластинки.

Стеллажная ленточная запись

Франклин К. Гудэйл адаптировал кинофильм для аналоговой звукозаписи. Он получил патент на своё изобретение в 1909 году. На целлюлоидную плёнку наносились записи и воспроизводились с помощью стилуса, аналогично восковым цилиндрам граммофона Эдисона. В описании патента указано, что машина могла хранить шесть записей на одной полосе плёнки, рядом друг с другом, и между ними можно было переключаться. В 1912 году подобный процесс был использован в говорящих часах Хиллера.

Фотоэлектрический бумажный магнитофон

В 1932 году, после шести лет разработки, включая подачу патентной заявки в 1931 году, Мерл Дастон, инженер-радиотехник из Детройта, создал устройство для записи звука, способное записывать как звуки, так и речь, которое использовало недорогую химически обработанную бумажную ленту. В процессе записи лента проходила между парой электродов, которые мгновенно отпечатывали модулированные звуковые сигналы в виде видимых черных полос на поверхности бумажной ленты. Аудиосигнал можно было сразу же воспроизвести с того же устройства, которое также содержало фотоэлектрические сенсоры, схожие с различными технологиями записи звука на пленку того времени.

Магнитная запись

Магнитная запись была задумана еще в 1878 году американским инженером Оберлином Смитом и продемонстрирована на практике в 1898 году датским инженером Вальдемаром Пульсеном. Аналоговая магнитная запись на проволоку, а затем и на магнитную ленту, предполагает использование намагничиваемой среды, которая движется с постоянной скоростью мимо записывающей головки. Электрический сигнал, соответствующий записываемому звуку, подается на записывающую головку, создавая рисунок намагничивания, аналогичный этому сигналу. Воспроизводящая головка затем считывает изменения магнитного поля с ленты и преобразует их в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится через динамик.

Ранние стальные магнитофоны

В 1924 году немецкий инженер Курт Стиль усовершенствовал магнитофон Поулсена, превратив его в диктофон. В следующем году другой немец, Луи Блаттнер, работавший в Великобритании, получил лицензию на устройство Стиля и начал разработку машины, которая записывала бы на магнитную стальную ленту, названную им Блатнерфоном. Лента имела ширину 6 мм и толщину 0,08 мм, двигалась со скоростью 5 футов в секунду, а время записи составляло 20 минут. В сентябре 1930 года BBC установила Блатнерфон в Avenue House для испытаний и использовала его для записи речи короля Георга V на открытии Индийской Круглой конференции 12 ноября 1930 года. Несмотря на то, что машина не подходила для записи музыки, она продолжала использоваться и в марте 1932 года была перенесена в Broadcasting House, где была установлена и вторая такая машина. В сентябре 1932 года была установлена новая модель, работавшая с лентой шириной 3 мм и обеспечивавшая 32 минуты записи. В 1933 году компания Marconi приобрела права на Блатнерфон, и в марте 1935 года в студиях Maida Vale BBC были установлены новые магнитофоны Marconi-Stille. Качество и надежность были незначительно улучшены, однако было все еще заметно, что слушатель прослушивает запись. Система с накопительным контуром, содержащая петлю ленты, помогала стабилизировать скорость. Лента имела ширину 3 мм и двигалась со скоростью 1,5 метра в секунду. Несмотря на эти недостатки, возможность создания воспроизводимых записей оказалась полезной, и даже с появлением новых методов (диски с прямой нарезкой и оптическая пленка Philips Miller) магнитофоны Marconi-Stille оставались в эксплуатации до конца 1940-х годов.

Современные магнитофоны

Магнитная запись на ленте в том виде, в котором мы знаем ее сегодня, была разработана в Германии в 1930-х годах компаниями BASF (тогда часть химического концерна IG Farben) и AEG в сотрудничестве с государственной радиокомпанией RRG. Это было основано на изобретении Фрица Пфлюмера 1928 года – бумажной ленты, покрытой лаком с оксидным порошком. Первым практическим магнитофоном от AEG стал Magnetophon K1, продемонстрированный в Берлине, Германия, в 1935 году. Он заменил игольную головку, которая имела склонность к повреждению ленты. Фридрих Маттиас из IG Farben/BASF разработал магнитную ленту, включая оксид, связующее вещество и основу. Вальтер Вебер, работавший в RRG, открыл метод АС-смещения, который значительно улучшил качество звука. В финальной стадии войны в Европе захват союзниками нескольких немецких магнитофонов Radio Luxembourg вызвал большой интерес. Эти магнитофоны объединяли в себе все ключевые технологические особенности современной аналоговой магнитной записи и стали основой для дальнейшего развития в этой области.

Развитие в Америке

Разработка магнитных магнитофонов в конце 1940-х и начале 1950-х годов связана с компанией Brush Development Company и ее лицензиатом Ampex. Не менее важной разработкой самой магнитной ленты стала корпорация Minnesota Mining and Manufacturing (3M). В 1938 году С. Дж. Бегун покинул Германию и присоединился к Brush Development Company в Соединенных Штатах, где работа продолжалась, но не привлекала особого внимания до конца 1940-х годов, когда компания выпустила первый потребительский магнитофон в 1946 году: Soundmirror BK 401. В последующие годы было выпущено несколько других моделей. Первоначально ленты изготавливались из бумаги, покрытой порошком магнетита. В 1947/48 годах Minnesota Mining & Manufacturing Company (3M) заменила бумажную основу ацетатом целлюлозы или полиэстером и сначала покрыла ее черным оксидом, а позже, для улучшения отношения сигнал/шум и повышения общего качества, – красным оксидом (гамма-оксидом железа). Американский звукоинженер Джон Т. Муллин и артист Бинг Кросби были ключевыми фигурами в коммерческом развитии магнитной ленты. Муллин служил в Сигнальном корпусе армии США и был направлен в Париж в последние месяцы Второй мировой войны. Его подразделению было поручено собрать как можно больше информации о немецком радио и электронике, включая расследование утверждений о том, что немцы экспериментировали с высокоэнергетическими направленными радиолучами для вывода из строя электрических систем самолетов. Подразделение Муллина вскоре собрало коллекцию из сотен низкокачественных магнитных диктофонов, но настоящим успехом стало случайное посещение студии в Бад-Наухайме, недалеко от Франкфурта, во время расследования слухов о радиолучах. Муллину были переданы два портативных магнитофона AEG 'Magnetophon' высокого класса и пятьдесят катушек магнитной ленты. Он отправил их домой.

Кросби понял, что технология магнитофона Муллина позволит ему предварительно записывать свое радиошоу с высоким качеством звука, и что эти ленты можно было многократно воспроизводить без существенной потери качества. Муллина попросили записать одно шоу в качестве теста, после чего он был нанят в качестве главного инженера Кросби для предварительной записи остальных выпусков. Премьера сезона Кросби 1 октября 1947 года стала первой в Америке радиопередачей, записанной на магнитную ленту.

Стандартизированные продукты

Типичный профессиональный магнитофон начала 1950-х годов использовал широкую ленту на катушках, с запасом ленты 731,52 м. Типичные скорости изначально обеспечивали 30 минут записи на катушку длиной 731,52 м. Ранние профессиональные модели использовали односторонние катушки, но двусторонние катушки вскоре стали популярными, особенно для домашнего использования. Катушки изготавливались из металла или прозрачного пластика. Стандартные скорости ленты различались в два раза – 15 и 30 дюймов в секунду использовались для профессиональной аудиозаписи; для домашних аудиофильских предварительно записанных лент; для аудиофильских и потребительских записей (обычно на катушках), и иногда даже для записи голоса, диктовки и приложений, где требовалось очень длительное время записи, например, для регистрации вызовов в полицию и пожарную службу. Стандарт 8-трековой ленты, разработанный Биллом Лиром в середине 1960-х годов, популяризировал воспроизведение потребительского аудио в автомобилях в США. В конечном итоге этот стандарт был заменен на более компактную и надежную компакт-кассету, представленную еще в 1963 году. 8-трековая лента была редкостью в Европе. Разработка компанией Philips компакт-кассеты в 1963 году и создание компанией Sony Walkman в 1979 году привели к широкому распространению магнитной аудиоленты среди потребителей. В 1990 году компакт-кассета была доминирующим форматом на рынке массовой записи музыки. Разработка технологии шумоподавления Dolby в 1960-х годах обеспечила компакт-кассете качество записи, близкое к аудиофильскому, что также способствовало ее популярности.

Позднее развитие

С момента своего первого появления аналоговые магнитофоны претерпели долгую серию прогрессивных усовершенствований, что привело к повышению качества звука, удобства и универсальности. Двухдорожечные и, позднее, многодорожечные головки обеспечивали дискретную запись и воспроизведение отдельных источников звука, таких как два канала для стереофонического звука или разные микрофоны во время живой записи. Более универсальные модели могли записывать на одних дорожках, одновременно воспроизводя с других, что позволяло добавлять новые дорожки в синхронизации с ранее записанным материалом, например, ритм-секцией. Использование отдельных головок для записи и воспроизведения (всего три головки, включая стирающую) позволяло контролировать записанный сигнал с задержкой в доли секунды после записи. Подмешивание сигнала с воспроизводящей головки на вход записи также создавало примитивный эхо-генератор. Раздельные записывающая и воспроизводящая головки позволяли оптимизировать каждую из них для своей функции, в отличие от компромиссной конструкции, необходимой для комбинированной головки. Это привело к улучшению соотношения сигнал/шум и расширению частотного диапазона. Компрессия динамического диапазона при записи и расширение при воспроизведении увеличивали доступный динамический диапазон и улучшали соотношение сигнал/шум. Компании dbx и Dolby Laboratories представили дополнительные продукты в этой области, изначально для студийного использования, а затем и в версиях для потребительского рынка. В частности, система шумоподавления Dolby B стала широко распространенной практически во всех кассетных магнитофонах, кроме самых дешевых. Компьютерно-управляемые аналоговые магнитофоны были разработаны Оскаром Бонелло в Аргентине. Механический тракт использовал три двигателя постоянного тока и внедрил два новых усовершенствования: автоматизированное микропроцессорное управление транспортом и автоматическую регулировку смещения и частотной характеристики. В течение 30 секунд магнитофон автоматически настраивал смещение для минимизации THD и достижения оптимальной частотной характеристики, соответствующей марке и партии используемой магнитной ленты. Микропроцессорное управление транспортом обеспечивало быстрый доступ к любой точке на ленте.

Электрические

Из-за электромагнетизма электрический ток, протекающий в катушках магнитной головки, создает переменное магнитное поле. Это заставляет магнитный материал на ленте, движущейся мимо головки и контактирующей с ней, выстраиваться пропорционально исходному сигналу. Сигнал воспроизводится при повторном прохождении ленты через головку, где происходит обратный процесс – магнитная запись на ленте индуцирует небольшой ток в считывающей головке, который приближенно соответствует исходному сигналу и затем усиливается для воспроизведения. Многие магнитофоны способны одновременно записывать и воспроизводить, используя отдельные записывающую и воспроизводящую головки.

Механические

Современные профессиональные магнитофоны обычно используют схему с тремя двигателями. Один двигатель с постоянной скоростью вращения приводит в движение капестан. Это, как правило, в сочетании с резиновым прижимным роликом, обеспечивает стабильность скорости ленты. Два других двигателя, называемые двигателями момента, создают равные и противоположные моменты на подающий и принимающий валы во время записи и воспроизведения, поддерживая натяжение ленты. Во время быстрой перемотки прижимной ролик отключается, и двигатель принимающего вала развивает больший момент, чем двигатель подающего вала. В самых дешевых моделях используется один двигатель для всех функций: он напрямую приводит в движение капестан, а подающий и принимающий валы слабо связаны с капестанным двигателем через проскальзывающие ремни, передачи или муфты. Существуют также варианты с двумя двигателями, в которых один двигатель используется для капестана, а другой – для привода валов при воспроизведении, перемотке назад и быстрой перемотке вперед.

Ограничения

Хранение аналогового сигнала на магнитной ленте работает хорошо, но не идеально. В частности, зернистая структура магнитного материала добавляет высокочастотный шум к сигналу, обычно называемый шипением ленты. Кроме того, магнитные характеристики ленты нелинейны. Они демонстрируют характерную кривую гистерезиса, которая вызывает нежелательные искажения сигнала. Часть этих искажений компенсируется использованием неслышимого высокочастотного переменного смещения при записи. Величина смещения требует тщательной настройки для достижения оптимальных результатов, так как различные типы лент требуют разной степени смещения. Большинство магнитофонов имеют переключатель для регулировки смещения. Помимо этого, для уменьшения шума и искажений были разработаны системы шумоподавления, такие как Dolby. Колебания скорости ленты вызывают эффект "вау-флаттер". Флаттер можно уменьшить, используя два прижимных ролика. Чем выше флаттер, тем сильнее проявляется шум, что ухудшает качество записи.

Вид магнитофона

Существует большое разнообразие магнитофонов – от небольших портативных устройств до крупных многодорожечных машин. Устройство со встроенными динамиками и аудиоусилителем для их работы обычно называют магнитофоном, а если у него нет функции записи – магнитопроигрывателем. Устройство, требующее внешнего усиления для воспроизведения, обычно называют магнитной головкой (независимо от наличия функции записи). Многодорожечная технология способствовала развитию современной экспериментальной музыки, и один из таких музыкантов, Брайан Ино, описал магнитофон как "автоматическое устройство для создания музыкажных коллажей".

Применение

Магнитная лента привела к коренным изменениям как в радиовещании, так и в звукозаписывающей индустрии. Звук можно было записывать, стирать и многократно перезаписывать на одну и ту же ленту, дублировать с ленты на ленту с минимальной потерей качества, а записи теперь можно было очень точно редактировать, физически разрезая и склеивая ленту. В августе 1948 года компания Capitol Records из Лос-Анджелеса первой в мире начала использовать этот новый метод. В течение нескольких лет после появления первого коммерческого магнитофона, модели Ampex 200, выпущенной в 1948 году, изобретение первого многодорожечного магнитофона вызвало еще одну техническую революцию в звукозаписи. Магнитная лента сделала возможными первые звукозаписи, полностью созданные электронным способом, открыв дорогу для смелых звуковых экспериментов школы Musique Concrète и авангардных композиторов, таких как Карлхайнц Штокхаузен, что, в свою очередь, привело к появлению инновационной студии звукозаписи как инструмента, используемого такими артистами, как Фрэнк Заппа, The Beatles и The Beach Boys. Компания Philips рекламировала свои магнитофоны с катушками как «аудиосемейный альбом» и призывала семьи приобретать их, чтобы навсегда сохранять и переживать воспоминания. Однако со временем основным назначением магнитофона стала запись музыки. Магнитная лента впервые позволила радиоиндустрии предварительно записывать многие части программного контента, например, рекламу, которую раньше приходилось представлять в прямом эфире, а также создавать и дублировать сложные, высококачественные, продолжительные записи целых программ. Впервые это также позволило вещателям, регулирующим органам и другим заинтересованным сторонам вести всестороннюю запись радиопередач в законодательных и коммерческих целях, что способствовало развитию современной индустрии медиамониторинга. Инновации, такие как многодорожечная запись и эхо-эффект с использованием магнитной ленты, позволили предварительно создавать радиопрограммы и рекламу со степенью сложности и изысканности, которая ранее была недостижима, а также значительно изменили темп программного контента благодаря появлению бесконечной ленточной кассеты. Хотя магнитофоны в основном использовались для звукозаписи, они также были важны для хранения данных до появления дискет и компакт-дисков и до сих пор используются, хотя в основном для создания резервных копий.

Скорость ленты

Профессиональные магнитофоны используют более высокие скорости ленты, при этом 15 и 30 дюймов в секунду являются наиболее распространенными, в то время как более низкие скорости ленты обычно используются в небольших рекордерах и кассетных плеерах для экономии места, где точность воспроизведения не так критична, как в профессиональных магнитофонах. Предоставляя диапазон скоростей ленты, пользователи могут выбирать между временем записи и качеством записи: более высокие скорости ленты обеспечивают более широкий частотный диапазон. В различных типах магнитофонов используется множество скоростей ленты. Скорость может быть выражена в сантиметрах в секунду (см/с) или дюймах в секунду (дюйм/с). +Распространенные скорости ленты см/с дюйм/с Применение 1.2 15/32 Встречается на некоторых микрокассетных карманных диктофонах 2.4 15/16 4.75 1 7/8 Стандарт для кассетных лент. Распространены на портативных магнитофонах с катушками 9.5 3 3/4 Меньшая скорость, распространенная на полноразмерных магнитофонах с катушками и некоторых портативных моделях 19 7 1/2 Распространены на полноразмерных магнитофонах с катушками 38 15 Высокий класс полупрофессиональных машин, начальный уровень профессиональных машин 76 30 Высший уровень профессиональных магнитофонов с катушками.