Магнитная звукозапись

Магнитная звукозапись основана на использовании свойств некоторых материалов сохранять намагниченность после прекращения воздействия на них внешнего магнитного поля.

Запись производится с помощью специального устройства — записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (чаще всего магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты.

История

Магнитная запись звука

Низкое качество звука, высокая цена аппаратов звукозаписи, непрочный и недолговечный носитель звука (фольга, восковые цилиндры)— все это говорило о том, что нужно искать новые пути звукозаписи.

Во-первых, нужно было найти новый носитель, который бы отвечал таким требованиям, как: низкая стоимость, прочность, удобство в работе, возможность повторного многократного использования.

Во-вторых, нужно было найти новый механизм для записи и воспроизведения звука — более простой в конструкции и более дешёвый.

Все это стало предпосылкой к тому, чтобы обратить внимание на магнитные свойства некоторых материалов и на само явление магнетизма. В 1878 году американский инженер Оберлин Смит впервые ознакомился с изобретением Эдисона — фонографом. Увидев потенциал этого аппарата, Смит приобрел экземпляр для своей лаборатории и принялся экспериментировать с его конструкцией. Результатом этих экспериментов стала статья «Некоторые возможные формы фонографа» (Some Possible Forms Of Phograph), вышедшая в 1888 году в нью-йоркском журнале «Электрический мир» (Electrical World). В своей статье, помимо двух вариантов механической записи звука (в качестве носителя предлагались стальная проволока и стальная лента, на которые с помощью иглы наносился бы «рисунок» звуковой волны), Смит впервые предложил конструкцию аппарата, в котором для записи звукового сигнала использовалось явление магнетизма. Это устройство он назвал полностью электрическим вариантом фонографа. В качестве носителя предлагалось использовать хлопковую или шелковую нить с прочно закрепленными кусочками стальной проволоки, которые, под воздействием тока идущего от микрофона, будут намагничиваться, проходя через катушку. По мнению изобретателя, такой аппарат увеличил бы громкость записи, так как в записи не присутствовали бы шумы механической природы (шум иглы, скребущей по поверхности носителя). К тому же такой аппарат можно было применять для записи речевых сообщений.

Смит опубликовал свои идеи усовершенствования фонографа с той целью, чтобы читатели, которых заинтересуют его идеи, воплотили бы их в жизнь, так как у изобретателя не было времени заняться этим самому. Изучив статью Обрелина Смита, датский инженер Вальдемар Поульсен, после серии экспериментов, изготовил первый прибор магнитной записи на стальной проволоке, который он назвал телеграфон. В 1898 году Поульсен получил патент на свое изобретение.

Ранние АМЗ на стальной ленте

Ранние аппараты магнитной записи (АМЗ) создавались путём замены носителя: вместо стальной проволоки стали применять тонкую стальную ленту.

Первым АМЗ, в котором стали применять стальную ленту, стал блаттнерфон, принадлежавший британскому кинопродюссеру и шоумену Луи Блаттнеру. В 1929 году Луи Блаттнер купил права на это изобретение у немецкого изобретателя Курта Штилле (Kurt Stille), который ещё в 1903 году, с целью экспериментов, привёз в свою мастерскую телеграфон Поульсена. Штилле усовершенствовал телеграфон, добавив в его конструкцию электронный усилитель, чтобы это устройство можно было использовать в качестве диктофона. В 1924 году улучшенный телеграфон вышел в продажу. Носителем по-прежнему была стальная проволока, но позже её заменили на стальную ленту, так как лента меньше рвалась и путалась.

После покупки прав на изобретение Штилле, Блаттнер назвал аппарат своим именем. Блаттнер использовал аппарат для озвучки фильмов на своей студии «The Ludwig Blattner Picture Corporation».

В 1931 году Кларенс Н. Хикман (Clarence N. Hickman) из американской телекоммуникационной корпорации Bell Labs закончил прототип автоответчика - АМЗ на стальной ленте. Но его автоответчик не нашёл широкого применения, потому что политика американской AT&T запрещала применение таких устройств на общественных телефонных линиях.

В 1932 году британская телерадиовещательная корпорация (BBC) впервые применила в своем вещании АМЗ Маркони-Штилле (Marconi-Stille) на тонкой стальной ленте шириной 3 мм и толщиной 0,08 мм. Для воспроизведения высокочастотных звуков стальная лента должна была двигаться со скоростью 1500 мм/сек относительно записывающей и воспроизводящей головок. Это значит, что на получасовую программу уходило 3 км ленты, а катушка с лентой весила 25 кг. Из соображений безопасности этим АМЗ можно было управлять только с помощью пульта управления, который находился в отдельной комнате. Из-за высокой скорости движения ленты, её упругости и острых, как бритва, краёв работать рядом с лентой было небезопасно, в случае её обрыва, она могла отлететь и причинить серьёзную травму. Но помимо этих недостатков был и ещё один: технология записи в то время могла привести к обширной потере данных и плохому качеству аудиозаписи.

К середине 1930-х, немецкая компания C. Lorenz разработала АМЗ на стальной ленте, который недолго применяли в своей работе европейские телефонные компании и немецкие радиосети.

В 1938 году немецкий инженер и изобретатель Джозеф Бигун (нем. Joseph Begun) покидает Германию и переезжает в Америку, где становится сотрудником научно-изобретательской компании Браша (Brush Development Company). В 1946 году Brush Development Company выпускает первый коммерческий катушечный АМЗ "Soundmirror BK 401".

Первоначально пленки для катушечных АМЗ изготавливали из бумаги, покрытой порошком оксида железа. Позже, в 1948 году американская инновационно-производственная компания Minnesota Mining & Manufacturing Company (3M) начала выпускать магнитную ленту на полимерной основе.

Немецкие разработки в области звукозаписи

Магнитная звукозапись, такая какой мы её знаем сейчас, была разработана в 1930-е годы в Германии при сотрудничестве двух крупных корпораций: химического концерна BASF и электронной компании AEG при содействии немецкой телерадиовещательной компании RRG.

В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер (Fritz Pfleumer), после ряда экспериментов с различными материалами, сделал напыление порошком оксида железа на тонкую бумагу с помощью клея. В 1928 году он получил патент за применение магнитного порошка на полоске бумаги или киноплёнке. В этом же году он демонстрирует публике свой прибор магнитной записи с бумажной лентой. Бумажная лента хорошо намагничивалась и размагничивалась, её можно было обрезать и склеивать. В 1936 году Национальный суд Германии признал права по патенту Пфлеймера недействительными, так как покрытие бумажной ленты железным порошком было изложено ещё в патенте Поульсена от 1898-го года.

В 1932 году компания AEG, взяв на вооружение идею Пфлеймера, начала производство прибора для магнитной записи под названием «Магнетофон-К1». Носителем в «Магнетофоне-К1» была пленка, которую изготавливал немецкий химический концерн BASF. «Магнетофон-К1» был представлен публике в 1935 году на радиовыставке в Берлине.

Эдвард Шюллер (Eduard Schüller) из AEG спроектировал "Магнетофоны" и изобрёл кольцевую головку для записи и воспроизведения. Этой головкой заменили иглообразную головку, т.к. последняя часто рвала плёнку.

Фридрих Маттиас (Friedrich Matthias) из IG Farben/BASF разработал многослойную плёнку, состоящую из подложки, клея и напыления порошком оксида железа. В 1939 году BASF представил публике эту плёнку. Это изобретение было революционным.

В это же время инженер Уолтер Вебер (Walter Weber) работал над улучшением качества воспроизведения магнитофонов, производимых AEG. Он проводил эксперименты с подмагничиванием пленки. Опытным путем было доказано, что высокочастотное подмагничивание переменным током намного улучшает качество воспроизведения. Весной 1940-го года Вебер получает патент на технологию высокочастотного подмагничивания переменным током, и уже в 1941-м году AEG выпускает новую модель Магнитофона: Magnetophon K4-HF. Технические характеристики этой модели превосходили все существовавшие тогда аппараты магнитной записи: благодаря открытой Вебером технологии, отношение сигнал/шум составило 60 Дб, а воспроизводить он уже мог частоты выше 10 кГц.

Во время Второй Мировой Войны страны - члены антигитлеровской коалиции (Британия, США, СССР, Франция, Китай, Польша) заметили, что в Германии проводятся радиотрансляции одновременно из нескольких городов, находившихся в разных частях страны. Американский инженер Ричард Рэнжер и группа других аналитиков предполагали, что это всё были копии одной фонограммы (в то время такие копии создавали специально для радиотрансляций на пластинках в 78 об/мин), однако качество звучания было таким, что его нельзя было отличить от прямой радиотрансляции; и продолжительность этих трансляций была намного больше, чем позволял объем пластинки на 78 оборотов ( полное время звучания примерно 11 минут). Перед окончанием войны, американским войскам, находившимся в Европе, удалось вывезти несколько немецких "Магнетофонов" с радиостанции "Люксембург" (Radio Luxembourg). В них содержались все ключевые технологии современной аналоговой магнитной записи, которые послужили основанием для дальнейшего бурного развития технологий в области магнитной записи.

Способы магнитной записи

Способы магнитной записи отличаются:

• направлением намагничивания
  • продольное
  • поперечное
  • наклонное (или наклонно-строчное)
• режимом подмагничивания
  • без подмагничивания - на ранее размагниченный носитель;
  • с подмагничиванием
    • постоянным полем - увеличивает чувствительность записи и расширяет динамический диапазон записи;
    • переменным полем (высокочастотным подмагничиванием)- значительно уменьшает нелинейные искажения, расширяет динамический диапазон и увеличивает чувствительность записи.

Несколько отличается магнитооптический способ записи, применяемый в системе Минидиск. Помимо магнитного поля, воздействующего на магнитооптический слой диска, также производится разогрев соответствующей точки записи лучем лазера до температуры, соответствующей точке Кюри (185 C°).

См. также

• Звукозапись
• Магнитофон
• MiniDisc

Литература

1. Радиовещание и электроакустика: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Ю.А. Ковалгина.—М.: Радио и связь, 2002.—792с.
2. Меерзон Б.Я. Акустические основы звукорежиссуры.—Аспект Пресс, 2004 г.— 206 с.
3. Кохно М.Т. Звуковое и телевизионное вещание: Учеб. — Мн.: ИП. «Электроперспектива», 2000.—304 с.
4. Владимир Островский Истоки и триумф магнитной звукозаписи // «625» : журнал. — 1998. — № 3.

Ссылки

• Мини-диск

• Основы радиоэлектроники. Магнитная запись звука