Аналоговая запись
Аналоговая запись (от греч., ana — «в соответствии с» и logos — «отношение») — это техника, используемая для фиксации сигналов путём создания определённых меток, способных формировать непрерывный рисунок (например, волнообразные канавки на поверхности грампластинки или изменения магнитной интенсивности на магнитной ленте), который повторяет колебания исходного сигнала[1]. Такие носители (как аудио, так и видео) могут воспроизводиться с помощью устройств, предназначенных для их аналогового считывания.
Методы аналоговой записи фиксируют исходные сигналы как непрерывные записи на или поверх специально предназначенного носителя. Сигнал должен сохраняться в виде физической текстуры на граммофонной записи или как флуктуация магнитного поля на магнитной записи. Эта особенность отличает аналоговые системы записи от цифровых, в которых сигналы представлены дискретными числами.
Фоноавтограф
Исторически первым устройством, способным фиксировать звуковые волны в аналоговой форме, был фоноавтограф, запатентованный французским изобретателем Эдуар-Леон Скотт де Мартенвиль в 1857 году. Это было простое устройство, записывающее колебания иглы, соединённой с диафрагмой, на поверхность стеклянного цилиндра, покрытого копотью от лампы[2]. Использовавшийся как метод визуализации характеристик звуковых волн, он не позволял воспроизводить записанные звуки.
Фонограф
Фонограф, изобретённый известным изобретателем Томас Эдисон в 1877 году, стал первой машиной, использовавшейся для захвата и воспроизведения звука в аналоговой форме. Эдисон включил в свой фонограф несколько элементов, которые впоследствии стали необходимыми и встречаются в современных устройствах записи[3].
Запись
Чтобы звук был записан фонографом, он должен пройти три этапа. Сначала звук попадает в компонент устройства, имеющий форму конуса, называемый диафрагмой микрофона. Затем этот звук заставляет диафрагму, соединённую с небольшой металлической иглой, вибрировать. В итоге игла вибрирует в том же направлении, заставляя её кончик записывать различные узоры на цилиндре, изготовленном из специального слоя металла.
Воспроизведение
Для воспроизведения звука, записанного на одном из металлических цилиндров, процесс записи обращается вспять. Пока цилиндр вращается, игла следует за узором, созданным во время предыдущей записи. Это заставляет иглу вибрировать, а затем и диафрагму. Эта вибрация выходит из диафрагмы, которая теперь функционирует как устройство усиления звука, подобно раструбу у духовых инструментов. В результате получается слышимое воспроизведение изначально записанного звука.
Проблемы фонографа
Фонограф Эдисона был первым в своём роде, но имел определённые недостатки. Главная проблема, которую удалось решить первой, заключалась в физическом контакте между иглой фонографа и металлическим диафрагмой. Поскольку игла должна была постоянно контактировать с канавкой носителя при каждом воспроизведении записи, канавка изнашивалась. Это означало, что при каждом воспроизведении запись могла исчезнуть из-за износа[4]. Другой проблемой была долговечность записей. В отличие от современной музыки, которую можно редактировать бесконечно, музыка, записанная на фонографах, представляла собой живое исполнение с одного дубля[4].
Последней проблемой фонографа была верность, то есть степень сходства или различия между исходным записанным звуком и тем же звуком, воспроизведённым устройством, в данном случае фонографом[4]. Как и следовало ожидать от первой аудиозаписывающей машины, верность фонографа Эдисона была очень низкой. Недостаток качества звука объясняет, почему фонограф использовался для записи речей, собраний и телефонных звонков, а не музыки[4].
Граммофон
Поклонники современных проигрывателей уже знакомы с одним из усовершенствований фонографа — граммофоном. Изобретатель Эмиль Берлинер создал это устройство в 1887 году, через десять лет после оригинального аппарата Эдисона[5].
Преимущества
Главное усовершенствование Берлинера по сравнению с фонографом было связано с компонентом устройства, хранившим записанную информацию. Использовавшиеся ранее металлические цилиндры были относительно громоздкими, что затрудняло их хранение[4]. Кроме того, их было сложно воспроизводить экономически, поэтому они не рассматривались как жизнеспособный вариант для записанной музыки[4].
Берлинер осознал эти недостатки и решил создать улучшенную версию цилиндра, покрытого металлической фольгой. Его результатом стал вовсе не цилиндр, а плоский круглый диск, очень похожий на современные виниловые пластинки. Эти диски не только можно было безопасно хранить, но и легко воспроизводить. Эта особенность позволила массовое производство дисков, что стало первым шагом к коммерциализации записанной музыки[4].
Проблемы
К сожалению, несмотря на то что граммофон был значительным усовершенствованием по сравнению с коммерческим фонографом, он всё ещё имел некоторые схожие недостатки[4]. Возможность массового производства плоских дисков, придуманных Берлинером, привела к появлению идеи музыкальной звукозаписывающей индустрии, однако, поскольку проблема верности не была решена, эта идея была отложена. Звуковые проблемы граммофона оставались схожими с проблемами фонографа[4].
Телеграфон
Следующим крупным усовершенствованием в аналоговой аудиозаписи стало появление телеграфона, созданного датским изобретателем Вальдемар Поульсеном в 1898–1900 годах. Эта машина сильно отличалась от граммофона и фонографа, поскольку вместо механической записи звука использовала процесс на основе электромагнитного устройства[4][6][7].
Поульсен смог передать электрический сигнал, похожий на тот, что используется в телефоне или радио, и затем зафиксировать его на намагничиваемом элементе — в данном случае на стальной проволоке, намотанной вокруг барабана[4].
Проблемы
Телеграфон Поульсена также имел свои проблемы. Во-первых, катушки со стальной проволокой были очень тяжёлыми (около 18 кг каждая). Во-вторых, дефицит стали приводил к удорожанию записи: минута записи стоила доллар, а цена росла, поскольку требовалось много записей для получения лучшего исполнения. Кроме того, стальная проволока могла быть опасной, риск был сопоставим с лентой ленточной пилы[4].
Как и в случае с предыдущими устройствами записи, редактировать записи телеграфона было практически невозможно. Вместо того чтобы разрезать и склеивать несколько дублей, как это позже стало возможно с помощью ножниц или компьютера на будущих устройствах записи, эта машина требовала паяльной лампы и паяльника для редактирования записанного носителя[4].
Магнитофон
В 1935 году изобретатель Фриц Пфлоймер развил идею электромагнитной записи и вывел её на новый уровень[4]. Вместо тяжёлого, дорогого и опасного носителя, такого как стальная проволока Поульсена, он понял, что можно использовать бумажные ленты, покрытые частицами железа. Железо позволяло намагничивать бумагу так же, как и стальную проволоку, но устраняло большинство её недостатков. Магнитофон работал по почти идентичному принципу с телеграфоном. Электромагнитная бумажная лента проходила над записывающей головкой, формируя в ней узоры различных магнитных полярностей, которые затем можно было воспроизвести. Воспроизведение осуществлялось обратным процессом записи. Предварительно намагниченная бумага, впоследствии получившая название ленты, проходила над катушкой, создавая изменения магнитного потока. Эти изменения преобразовывались в электрический ток, который при усилении давал копию ранее записанных звуков[4].
Преимущества
Записывающая лента имела несколько преимуществ, но главное заключалось в том, что она позволила развить многодорожечную запись, что дало возможность объединять несколько дублей исполнения, записанных в разное время, в одну запись. Этот метод используется во всех современных студиях для записи каждого инструмента по отдельности и получения наилучших дублей всех музыкантов[4].
Одна катушка ленты могла содержать гораздо больше информации, чем предыдущие носители. Катушки ленты Пфлоймера могли хранить до тридцати минут звука. В то время как диски Берлинера вмещали всего несколько минут записи, поэтому каждый диск обычно содержал одну песню или последовательные части более длинных музыкальных произведений. Эта особенность привела к появлению понятия «альбом» — сборника нескольких песен на последовательных дисках[4].
Проблемы
Оригинальный магнитофон также имел свои проблемы. В частности, проблема низкой верности, характерная для предыдущих устройств, всё ещё оставалась нерешённой. Хотя изобретатели и слушатели ещё не требовали более качественных записей (понятие, которое впоследствии стало известно как высокая верность), они осознавали, что качество магнитной записи должно значительно улучшиться, прежде чем станет возможна массовая музыкальная индустрия на этом носителе[4].
Переменный ток смещения
Постоянная проблема низкой верности была связана с тем, что изобретатели не использовали возможности электрического тока должным образом[4]. Пока все формы электромагнитной музыкальной записи использовали постоянный ток, начались эксперименты с переменным током[4]. Поскольку переменный ток содержит гораздо более высокие частоты, чем те, что доступны при постоянном токе, именно этих высоких частот не хватало электромагнитной записи до того времени. Эти высокие частоты «встряхивали» магнитные частицы на ленте нужным образом, создавая первую высококачественную аудиозапись[4]. Примечательно, что этот процесс, получивший название «переменный ток смещения» (AC Bias), был открыт в 1940 году двумя изобретателями из разных частей света, которые не знали о достижениях друг друга[4].