новой, свежей идеи во многом определяется общим уровнем научного мышления, общим уровнем представлений об устройстве мира. И еще, конечно, вниманием к предмету: фонограф изобрели в разгар «телефонной лихорадки», через год после рождения телефона, который показал, какие чудеса можно делать со звучащей речью.
Главная идея, положенная в основу фонографа, состояла в том, что вести летопись звукового давления, записывать звук поручили самому звуку. Человек, голос которого нужно было записать, говорил в рупор фонографа, под действием звуковых волн начинали колебаться, вибрировать укрепленная на конце рупора мембрана и закрепленная на ней стальная игла, следуя за всеми изменениями звукового давления. Игла упиралась в восковой валик (сначала применялись валики, покрытые мягкой оловянной фольгой), а пружинный механизм, наподобие часового, медленно вращал этот валик и одновременно перемещал его вдоль оси (Р-134;1), и игла прорезала в мягком воске винтообразную канавку. А поскольку игла одновременно совершала колебания под действием звуковых волн, то глубина канавки получалась неодинаковой.
Р-134
В первых системах звукозаписи была глубинная запись (Р-134;2): при положительной амплитуде звуковой волны (наибольшее сжатие воздуха) игла вдавливалась в воск с наибольшей силой, и канавка получалась самой глубокой. А во время отрицательной амплитуды (наибольшее разрежение воздуха) канавка получалась наиболее мелкой. Так изменения звукового давления во времени превращались в изменения положения иглы в пространстве, и эти пространствённые перемещения непрерывно фиксировались на движущемся воске. Или, проще говоря, к игле непрерывно подводились новые участки воска, и она записывала, каким в данное мгновение было звуковое давление в рупоре. И на воске появлялась фонограмма, этот своеобразный график звука, нарисованный самим звуком.
Воспроизведение звука с такой фонограммы тоже было несложным. Дело это было поручено самому графику, самой извилистой восковой канавке. Ту же иглу, которая только что прорезала в воске фонограмму, еще раз пускали по канавке, с такой же скоростью вращая восковой валик (Р-134;3). Из-за изменения глубины канавки игла совершала движения вверх-вниз, подобно велосипеду, который движется rife холмистой местности. А вместе с иглой приходил в движение излучатель звука — рупор.
Т-228. Современные системы грамзаписи позволяют получить высокое качество звучания. Такую систему звукозаписи, где след звуковых колебаний остается в виде механической деформации какого-либо материала, в частности воска, называют механической записью звука. За столетие своего существования системы механической записи сильно изменились, впитали в себя массу новых идей, изобретений, история которых наверняка могла бы послужить темой увлекательного приключенческого романа. Лет через десять после рождения фонографа восковой валик был заменен плоской пластинкой со спиральной звуковой канавкой, в принципе такой же, как на современных пластинках. Это позволило перейти к тиражированию записей, к изготовлению копий фонограммы.
Вот основные процессы такого пластинкопечатания. Сначала восковой диск с фонограммой покрывают токопроводящим слоем, например тончайшей графитовой пылью. Затем в гальванической ванне методами гальванопластики (восковой диск опускают в раствор ионов металла, и под действием тока эти ионы движутся к диску, осаждаются на нем) наращивают на него сравнительно массивное металлическое покрытие. Воск расплавляют и удаляют, остается металлическая матрица, с помощью которой на разогретом пластичном материале печатают, правильнее сказать, выдавливают, пластинки.
Принцип размножения фонограмм позволил решить сложное противоречие в требованиях к материалу: для записи теперь можно было применять мягкий, податливый материал, а для самих пластинок использовать материал более твердый, такой, который при воспроизведении записей не срезала бы игла, сглаживая тем самым извилины звуковой дорожки.
К концу прошлого века, то есть примерно через двадцать лет после изобретения фонографа, была разработана технология массового изготовления пластинок, появились граммофоны (от греческих слов «граммо» — запись, писать и «фон» — звук) и «замороженные» звуки, записанные голоса и оркестры, подобно книгам, чертежам, рисункам, стали продолжением нашей памяти. Еще через четверть века механическая запись звука стала электромеханической (Р-134;4), а вскоре появились и электромеханические системы воспроизведения. В них звуковую канавку освободили от физической работы, уже не сама игла двигала излучатель звука, и мощности от нее уже не требовалось. Механические колебания иглы переводились на электрический язык в так называемом звукоснимателе — он создавал электрическую копию звука наподобие микрофона. А затем полученный сигнал усиливался электронными усилителями и воспроизводился громкоговорителем (Р-134;8). Теперь сама глубина звуковой канавки могла быть меньше, мельче могли быть и изгибы на ней — легкая игла, освобожденная от значительной массы рупора и связанного с ним воздуха, легко считывала самый сложный рельеф звуковой дорожки и не портила (почти не портила) при этом фонограмму.
Легкий звукосниматель во многом определил дальнейший прогресс грамзаписи (привычное сокращение, но не очень удачное — в буквальном переводе оно означает «запись записи», хотя по смыслу это «запись на граммофонных пластинках»), так как появилась возможность применять для пластинок новые мягкие материалы на основе винилитовых смол. Сегодня достижения механической записи звука можно проиллюстрировать такими цифрами. Частотный диапазон пластинки очень широк — от 20 Гц до 20 кГц, ограничения в основном связаны с качеством звукоснимателя. Стоит вспомнить, что при записи и воспроизведении звука чисто акустическим способом (рупор — игла — рупор) полоса частот в лучшем случае составляла 150-4000 Гц, причем очень сильной была неравномерность частотной характеристики из-за разного рода акустических резонансов.
Новые материалы позволили резко улучшить еще один показатель — во много раз снизился уровень собственных шумов пластинки, специфическое шипение, которое можно услышать со старинных, заигранных пластинок. У современных пластинок уровень шумов доведен до минус 50–55 дБ, причем после каждых пятидесяти проигрываний пластинки шум возрастает не более чем на 2 дБ.
Благодаря мягким материалам для пластинки и легкому звукоснимателю, не нагружающему пластинку, запись стали вести примерно в два с половиной раза «гуще», то есть сам рельеф дорожки можно было сделать мельче. Если, например, раньше при записи звука с частотой 1000 Гц допустимое расстояние между двумя соседними впадинами на дорожке составляло около 0,3 мм, то теперь оно стало 0,15 мм. А значит, пластинки могут вращаться медленнее — вместо 78 оборотов в минуту сейчас наиболее широко используется скорость 331/3 оборота. Кроме того, меньше стала и сама ширина канавки, соседние канавки стали примерно в три раза ближе. И в итоге звучание пластинки диаметром 30 см увеличилось с 5 до 27 минут. У долгоиграющих пластинок диаметром 27 и 17,5 см время звучания соответственно 18 и 9 минут. У таких пластинок ширина звуковой канавки обычно меняется в пределах от 0,03 до 0,12 мм, расстояние между соседними канавками — 0,1–0,003 мм, тихим звукам соответствуют выступы канавки в десятитысячные доли миллиметра, то есть меньше размера пылинки. Это лишнее напоминание о том, что современная пластинка — изделие нежное, ее нужно бережно, аккуратно хранить.
Т-229. Качество звучания грамзаписей во многом определяется параметрами проигрывающего устройства. Любую систему воспроизведения звука можно сравнить с карманным фонарем, у которого несколько последовательно соединенных выключателей. Лампочка в такой схеме (она называется схемой для выполнения логической операции «И»; Т-267) включается лишь в том случае, если будут замкнуты все выключатели, размыкание любого из них разрывает цепь. Вот так же может испортить качество звучания любой участок звуковоспроизводящего тракта — микрофон, усилители, громкоговоритель. А в системах звукозаписи в этот список входит еще пластинка и само ЭПУ — электропроигрывающее устройство, — звукосниматель с иглой и тонармом, двигатель, который приводит в движение диск, система передачи вращения от двигателя к диску с пластинкой.
Звукосниматель должен иметь хорошую частотную характеристику, не создавать заметных нелинейных искажений, не портить пластинку в процессе проигрывания. Наиболее широко используются пьезоэлектрические (Р-135;4) и электромагнитные звукосниматели (Р-135;5), хотя возможны и другие системы звукоснимателей — фотоэлектрическая, полупроводниковая, емкостная.
Р-135
Основа пьезоэлектрического звукоснимателя — пластинка или трубка из пьезокристалла, на котором под действием механической деформации возникает э.д.с. (Р-69;2). Пьезокристаллу передаются колебания иглы, которая скользит по звуковой канавке, и на выходе появляется довольно большое переменное напряжение 0,1–0,5 В, электрическая копия записанного звука.
Внутреннее сопротивление пьезокристалла носит в основном емкостный характер, при включении в схему усилителя его приходится рассматривать как конденсатор сравнительно небольшой емкости около 500 пФ. На частоте 50 Гц сопротивление такого конденсатора — 6,4 МОм, на частоте 1000 Гц — 320 кОм. Эти цифры говорят о том, что входное сопротивление усилителя, к которому будет подключен пьезоэлектрический звукосниматель, должно быть достаточно большим. Иначе просто все напряжение низкочастотного сигнала, вся продукция звукоснимателя потеряется на его внутреннем сопротивлении. Вот почему первый каскад усилителя обычно собирают по схеме с общим коллектором (Т-190, К-1;6), которая позволяет получить входное сопротивление 1–2 МОм. Но даже несмотря на это, влияние собственной емкости звукоснимателя остается весьма заметным, и это одна из причин его не оч