У истоков борьбы за Hi-Fi

Виктор Пестриков, г. Санкт-Петербург

Когда стихли восхищения по поводу появления фонографа, оказалось, что ему присущ ряд недостатков, которые препятствуют его широкому распространению. Одним из основных его недостатков, являлась сложность тиражирования носителя информации – фоновалика. Диапазон звуковых частот, воспроизводимых фонографом, не удовлетворял любителей музыки. Низкие частоты записывались недостаточно хорошо, а запись высоких частот вызывала определенные проблемы. Первые экземпляры фонографов плохо воспроизводили некоторые шипящие и свистящие звуки: с, ц, ш, ж. Изобретатель фонографа, Т. Эдисон затратил много времени на устранение того, чтобы аппарат перестал шепелявить. Однако устранить этот недостаток до конца ему так не удалось.

Над устранением недостатков фонографа работали многие специалисты. Этими вопросом занимались и в лаборатории изобретателя телефона А. Белла. Сотрудник лаборатории Чарльз Тейнтер (C. S. Tainter, 1854-1940), работая над новой конструкцией фонографа, обратил внимание на то, что при записи звука на валик, покрытый оловянной фольгой, снимаемая резцом стружка имеет разную толщину. Наблюдения показали, что движение резца происходят в двух плоскостях, как при записи, так и при воспроизведении звука. Это навело его на мысль о том, что работа рекордера (мембрана с резцом) станет более стабильной во время воспроизведения, если резец будет совершать колебания только в одной плоскости, в частности, вертикальной. Он пришел к выводу, что для обеспечения такого режима работы резца, следует во время записи сделать так, чтобы образующаяся стружка имела одну толщину. Дальнейшие исследования показали, что процесс образования стружки связан также со свойствами материала, которым покрывают поверхность фоновалика. Материал должен быть более податливым, чем олово, например, как пчелиный воск с добавкой парафина.

Ч.Тейнтер посчитал, что раз мембрана, связанная с резцом, совершает сложное колебательное движение, то это и является одной из причин некачественного воспроизведения звука. Для устранения этого эффекта, Ч.Тейнтер предложил, изменить не только принцип работы резца, но и конструкцию звуконосителя. В 1881 г. Ч.Тейнтер, в усовершенствованной конструкции фонографа, вместо фоновалика, использовал большой круглый диск. В этой конструкции аппарата, звукозаписывающий диск располагался в вертикальной плоскости и совершал сложное движение, одновременно вращался и перемещался по горизонтали. Конструкция механизма вращения диска с восковым покрытием, позволяла делать запись звука по спирали. При этом оказалось, что при записи звука, на диск покрытый воском, существенно улучшается воспроизведение высоких частот, нежели при воспроизведении записи сделанной на диске со свинцовым покрытием. Ч.Тейнтер вел дневники, в которые заносил свои соображения о проводимых исследованиях. Одна из записей в дневниках, в частности, посвящена полученным результатам по спиральной записи звука: "Несколько дней назад мы добились успеха в получении спиралевидных записей... Электрокопия полученных записей принципиально отличается от цилиндра Эдисона, в котором запись, имеет глубинный тип, обычно называемый "холм и долина", так как канавка записи имеет переменную глубину. В 1881 мы называли этот способ записи Эдисоновским, так как именно такой способ и был запатентован Эдисоном в 1877 году. Запись на нашей электрокопии имеет другую форму, где колебания производятся параллельными к поверхности материала носителя движениями, так, как это было сделано в старом фонаутографе Скотта 1857 года. Таким образом, формируются углубления одинаковой глубины, но волнистого характера. На острие иглы воздействуют стороны полученного углубления, а не его основания, как имеет место в глубинном вертикальном типе записи. Эту форму мы назвали штриховой формой. Я пытался использовать этот способ записи и ранее, но сталкивался с непреодолимыми трудностями при попытке многократного воспроизведения, так как игла постоянно разрывала звуковые канавки в мягком воске". Диапазон исследований Ч. Тейнтера в области высококачественного воспроизведение звука был достаточно широкий. Большое внимание он уделил поискам наиболее приемлемого состава вещества для записи звука и методам тиражирования записанных дисков. Были опробованы методы штамповки и прессования. Ч. Тейнтер пытался устранить поверхностный шум при воспроизведении звука, но из этого ничего не получилось. Он экспериментировал с различными способами воспроизведения звука, в частности, пневматическим, гидравлическим и магнитным. Для вращения записывающего диска с постоянной скоростью, в августе 1882 г., он сконструировал стабилизатор скорости вращения. Ч. Тейнтер, невзирая, на прогресс с дисковыми носителями звука, в дальнейшем занялся спиральной записью на цилиндрах. Им были сконструированы аппараты, получившие название, графофоны. Эти аппараты, хотя и напоминали фонограф Т. Эдисона, но отличались от него, более высоким качеством воспроизведения звука, благодаря поперечной спиральной записи и перемещению рекордера вдоль фоновалика.

К сожалению, Ч. Тейнтер не додумался сделать записывающийся диск съемным и воспроизводить звук с горизонтально крутящегося круглого тонкого диска. Практической реализацией предложенного направления улучшения звучания фонографа занялся живший в США, уроженец немецкого города Ганновера, инженер Эмиль Берлинер (Berliner Emile, 1851-1929). Он был известен и до этого в научном мире, как создатель удачной конструкции угольного микрофона.

Немецкий инженер, решение проблемы высококачественной записи и воспроизведения звука, начал, как и Ч. Тейнер, с усовершенствования фонографа Т. Эдисона. Ему удалось построить фонограф, в котором записывающий резец совершал колебания вдоль большей оси фоновалика и оставлял на его поверхности извилистую канавку с различными радиусами закругления, но одинакового поперечного сечения. Замена глубинной модуляции на поперечную, позволила заметно снизить нелинейные искажения при воспроизведении фонограмм. Экспериментируя, он вспомнил о забытой идее Шарля Кро, записи звука на вращающийся закопченный диск. Для реализации этой идеи он использовал стеклянный диск, с нанесенным на его поверхность слоем вещества из смеси сажи, воска и парафина. При записи звука, диск совершал вращательно-поступательное движение и располагался над записывающим резцом, то есть слоем звуконосящего вещества вниз. В этом случае, образующаяся при спиральной записи стружка падала вниз и тем самым не засоряла создаваемую звуковую дорожку. После завершения записи, сажевая мастика удалялась, и диск покрывался слоем лака. С получившегося стеклянного негатива, изобретатель изготовил фотографическим способом отпечаток звуковых дорожек на поверхности диска, покрытого слоем хроможелатинового вещества. В результате получилась грампластинка, которую можно было проигрывать. Поверхность этой грампластинки была недолговечной, и Э. Берлинер вскоре стал делать записи на цинковых дисках. Для повышения прочности звуковых канавок, поверхность цинковой пластинки подвергалась химическому травлению. Для проигрывания такой пластинки фонограф уже не годился и Э. Берлинер сконструировал аппарат, получивший название “граммофон” (по-гречески – записанный голос). При воспроизведении звуковой записи на граммофоне, игла скользила по спиральной дорожке и передавала звуковые колебания, соединенной с ней мембраной, от которой звук поступал в рупор и усиливался. Вращение пластинки осуществлялось вручную, посредством ременной передачи. В 1887 г. Э. Берлинер запатентовал граммофон и получил американский патент №372,786. На следующий год, в филадельфийском Институте им. Франклина состоялась публичная демонстрация усовершенствованной модели граммофона и плоской звуковой металлической пластинки в виде круга. Первая граммофонная металлическая пластинка имела диаметр 12,5 сантиметров и содержала музыкальную запись, которую можно было слушать всего одну минуту. Возможность получения копий и было главным преимуществом грампластинки над фоноваликами. За эту модель звуковоспроизводящего аппарата Э. Берлинер был удостоен медали института. Предложенная форма звуконосителя оказалось настолько удачной, что дожила до наших дней.

А что же Т.А.Эдисон? Это, редкостный случай, когда великий изобретатель удивил своей слепотой. Вместо того чтобы оценить работы Э. Берлинера, он продолжал совершенствовать свой фонограф. В конце он добился того, что фоновалики звучали лучше пластинок Э.Берлинера. Невзирая на это грампластинки пользовались более широким спросом. Через некоторое время Т.А.Эдисон положил конец работам, связанным с фонографом и переключился на усовершенствование грампластинки. Он создал "долгоиграющую" пластинку диаметром 30 см со временем записи фонограммы 20 минут и хорошим качеством воспроизведения записанного звука. "Долгоиграющая" пластинка Т.А.Эдисона не пользовалась спросом, покупатели, как и раньше, приобретали пластинки Э.Берлинера. Это было связано с тем, что для прослушивания новых грампластинок необходима была алмазная игла, которая стоила очень дорого. Лишь через 50 лет конструкторы снова вернулись к долгоиграющим пластинкам и алмазным иглам, но это уже был новый, более качественный этап звукозаписи.