Історія звукозапису. Сучасні стандарти звуку
ВведенняЯк це не парадоксально звучить, але історія звукозапису почалася від уколу голкою. Розвиваючись від одиничних експериментів ентузіастів-інженерів, які намагалися подарувати світу, спосіб збереження звуку, до сучасної індустрії звукозапису, обороти якої можна порівняти з найбільш прибутковими видами діяльності, технології та системи запису і відтворення звуку перетворилися сьогодні на абсолютно буденний, природний і всім звичний процес. З плином часу змінювалися носії, з'являлися нові стандарти звуку. Давайте подивимося, з чого все починалося, як розвивалася і змінювалася протягом своєї історії технологія запису звуку.
Трохи історії
Як відомо, багато видатні відкриття були отримані зовсім випадково. Згадати того ж Ньютона і сумнозвісний яблуко, що впало йому на голову, або Менделєєва, якому наснилася його періодична система елементів. Список можна продовжувати досить довго. І в ньому обов'язково буде значитися історія відкриття процесу запису звуку. У своїх щоденниках, Томас Едісон, винахідник фонографа - першого в світі приладу для запису і відтворення звуку, згадує: «Одного разу, коли я працював над поліпшенням телефону, я как-то заспівав над діафрагмою телефону (тоненькою сталевий платівкою), до якої була припаяна голка. Завдяки тремтінню платівки, голка вколола мені палець, що змусило мене замислитися. Якщо б можна було записати ці коливання голки, а потім знову провести голкою по такого запису - чому б платівці не заговорити? Ось і вся історія: не вколи я палець - не винайшов би фонографа! ». Саме з винаходу фонографа, а вірніше з 12 серпня 1877 року, і починається точка відліку історії звукозапису. У цей день Едісон зробив першу в світі звукозапис, зафіксувавши на циліндрі фонографа, що виступав у той час носієм інформації, американську мелодію Mary Had A Little Lamb. Принцип роботи фонографа дуже простий. Перша машина для запису звуку мала циліндр, який повертався за допомогою ручки. Ще в ній був ріжок і затуплення голка. З вузького кінця ріжок був закритий гнучкої мембраною. Вхідні з широкої сторони ріжка звуки викликали коливання цієї мембрани, до якої кріпилася голка. Голка рухалася вгору і вниз під впливом звуків. Циліндр покривав шар олов'яної фольги. Голка вдавлювалися в цю фольгу, а ріжок разом з голкою повільно рухався вздовж циліндра, у міру того як поверталася ручка. Таким чином, обійшовши навколо циліндра багато разів, голка видавлювала на фользі доріжку. Коли хто-небудь говорив чи співав в ріжок, голка при цьому здійснювала руху вгору і вниз. Опускаючись, голка робила більш глибокі борозенки у фользі, а піднімаючись більш дрібні. Зміна глибини борозенок і було віддзеркаленням звукових хвиль, вироблюваних при мови або при співі. Так відбувався запис звуку. Щоб відтворити запис, ріжок з голкою переміщали назад, до початку борозенки. Коли голка рухалася по борозенці, вона змушувала вібрувати тонку мембрану в такій же послідовності, як і при записі. Це викликало коливання повітря в ріжку, що й було причиною виникнення звуку, нагадує прозвучав під час запису.Розвиток носіїв інформації
У фонограф постійно вносилися удосконалення. Наприклад, олов'яна фольга, вкривала валик, незабаром змінилася тонким шаром воску. Однак, незважаючи на всі спроби, добитися якісної та довговічної запису не виходила. Були потрібні нові технічні рішення, і незабаром, а вірніше в 1888 р. німець Еміль Берлінер винайшов грамофон. Після запису фонограма покривалася лаком і служила для отримання відбитку на хроможелатіновом шарі. Пізніше стали застосовувати кислотне травлення, як підкладку використовувати цинк, а в якості захисного шару - віск. Застосовуючи як оригінал цинк, протравлені в хромової кислоти, отримували гальванопластичним копії. Перша грамофонна платівка була виготовлена з целулоїду. Трохи пізніше стали застосовувати диски з шелаку, шпату і сажі. Пізніше шелак був замінений синтетичними смолами, найбільш популярною, серед яких, була вінілітовая смола. Хоча застосовувалися й інші, більш екзотичні матеріали. Зокрема, виготовляли пластіннікі з шоколаду, а також зі скла. Та й у сучасній історії, в період гонінь на джаз, умільці знайшли вельми своєрідний вихід, і використовували для запису досить доступний матеріал - рентгенографічні плівки. Такі платівки були прозвані в народі записами «на кістках». Однак повернемося до історії. На зміну Грамофону прийшов відомий, за розповідями наших бабусь, патефон. Завдяки деяким поліпшенням, він мав більш портативний розмір, ніж грамофон, що, звичайно, призвело до дуже широкої популярності та розповсюдженню даного приладу, що спричинило за собою і популяризацію музичних записів. Тим більше що платівки постійно дешевшали. Для їхнього виготовлення стали використовувати досить недорогі матеріали, зупинившись, врешті-решт, на вінілі. Саме вінілові платівки і стали постійними супутниками всіх меломанів світу. Вельми цікавий той факт, що практично одночасно з винаходом фонографа, робилися перші спроби магнітного запису звуку. Вперше така думка була висловлена Оверлінгом Смітом в 1888 р. Описане Смітом пристрій мав усі відмітні ознаки магнітофона: магнітний носій інформації, механізм для його подачі і магнітну головку. На жаль, дітище Сміта так і не «пішло в серію», так що реальним народженням магнітна запис зобов'язана датчанину Паульсеном, що у 1898 р. продемонстрував працездатний апарат - магнітофон, де носієм запису була сталевий дріт. Однак недоліком використання дроту як носія була проблема з'єднання окремих її шматків. Пов'язувати їх вузликом було неможливо, так як він не проходив через магнітну головку. Розуміючи цю проблему, Паульсен розробив спосіб магнітного запису на обертовий сталевий диск. Інформація на ньому записувалася по спіралі, що переміщається магнітною головкою. Це був, по суті, певний прообраз сучасних дискет, або навіть вінчестерів сучасних комп'ютерів. Перші магнітофони описаної конструкції не дотягували, за якістю запису, відомим на той час грамофона. Саме тому, розвиток магнітного запису було кілька призупинено, аж до двадцятих років минулого століття. Звичайно, спроби робилися, але відсутність підсилювачів не давало домогтися скільки-небудь значних результатів. Все змінилося з винаходом вакуумних електронних ламп, а найбільших успіхів, магнітна звукозапис домоглася з появою вдосконалених магнітних головок, застосування підмагнічування та порошкової магнітної стрічки. У 1927 році Фріцем Флеймером бида розроблена технологія виробництва магнітної стрічки на немагнітної основі. На основі цього винаходу, в 1935 році німецькі компанії «АEG» і «IG Farbenindustri» пустили у виробництво магнітну стрічку на пластмасовій основі, яка була покрита металевим порошком. Спеціально для використання магнітної стрічки, було розроблено абсолютно нове електромеханічне пристрій, що одержав фірмову назву «Magnetofon», яке і стало, врешті-решт, найменуванням всіх подібних пристроїв. Спочатку магнітофони були виконані в катушечной «форм-факторі». Однак поступово до них на зміну прийшли магнітофони касетні, де обидві мініатюрні котушки, з магнітною плівкою і порожня, були поміщені в спеціальну компакт-касету і кінець плівки заздалегідь закріплений на порожній котушці. Паралельно вдосконалювалась і грамзапис. З розвитком радіотехніки з'явилися радіоли, програвачі, і електрофони. Пружинний двигун був замінений електричним. При тих же розмірах платівки швидкість зменшилася до 33 1 / 3 об / хв, а збільшення щільності запису дозволило створити довгограючі платівки. Однак не за горами була нова революція розвитку носіїв інформації. У 1979 році компанія Philips спільно з Sony пред'явили світові абсолютно новий носій інформації - оптичний диск (компакт-диск - Compact Disk - СD) для запису і відтворення звуку. І вже в 1982 році почалося масове виробництво компакт-дисків на заводі в Німеччині. За допомогою лазерного променя сигнали записуються на обертовий оптичний диск цифровим методом. У результаті запису на диску утворюється спіральна доріжка, що складається з западин і гладких ділянок. У режимі відтворення лазерний промінь, сфокусований на доріжку, переміщається по поверхні диска, що обертається і зчитує записану інформацію. При цьому западини зчитуються як нулі, а рівно відбивають світло ділянки - як одиниці. Цифровий метод запису забезпечує практично повну відсутність перешкод і високу якість звучання, а дуже висока щільність запису досягається завдяки фокусуванню лазерного променя в пляма розміром менше 1 мкм. На зміну компакт-дисків приходить ще більш новий стандарт носіїв інформації - DVD (Digital Versatil Disc). Основна відмінність DVD-диска - набагато більш висока щільність запису інформації. Це досягається завдяки більш короткій довжині хвилі лазера і меншому розміру плями сфокусованого променя, завдяки чому відстань між доріжками зменшилася вдвічі. DVD-диски, також, можуть мати один або два шари інформації. Всього DVD-стандарт передбачає 4 модифікації: односторонній, одношаровий ємністю 4,7 Гбайт, односторонній, двошаровий ємністю 8,8 Гбайт, двосторонній, одношаровий ємністю 9,4 Гбайт і двосторонній, двошаровий ємністю 17 Гбайт. У темі розвитку носіїв інформації, в тому числі і звуку, не можна не згадати про різноманітні карти пам'яті, які застосовуються, сьогодні, в основному в MP3-плеєрах (в мобільних телефонах тощо гаджетах). А також про блискавичний розвиток технології жорстких дисків, які використовуються не тільки в наших комп'ютерах, але практично у всіх сучасних приладах для запису звуку. Проте зупинятися на них докладно ми не будемо, а перейдемо безпосередньо до форматів запису звуку, простеживши їх розвитку від епохи моно, до сучасних звукових стандартів.Звук, і стандарти його записи
Для зручності, розділимо всі існували й існують стандарти на 2 категорії, звук - як музика (основні формати, які використовуються для зберігання і відтворення саме музичних файлів), і звук - як домашній кінотеатр.Музичні аудіо-формати
Моно. День народження цього стандарту запису припав на день народження фонографа Тома Едісона, що, цілком закономірно. Воскові валики фонографа, що володіли немислимою в той час ємністю (на них можна було записати близько ста слів), відтворювали звук саме в моно форматі. В кінці періоду свого розвитку, монозвук мав такими характеристиками: частотний діапазон становив 30-8000Гц, що, погодьтеся, було зовсім непогано. Стерео. Стереозвук - це, по суті, двоканальний моно формат. Запис проводився так, як ніби фонограму чули людські вуха. Саме стерео дуже швидко витіснило монозвук, так як мала перед ним безсумнівними перевагами. Через різницю звучання каналів людина отримувала можливість, при прослуховуванні запису, відчути ширину звукової сцени. У залежності від носіїв інформації, характеризувалися і частотні свідчення запису. Приміром, котушкові стереомагнітофон «видавали на гора» до 10000 Гц, що з'явилися пізніше касетні - до 18000 Гц, ну а з появою CD - частотний діапазон розширився від 20 до 20000 Гц. До речі, перші технології шумозаглушення були впроваджені маловідомої компанією Dolby Lab, якій, згодом, належало зіграти одну з головних ролей у всій звукової індустрії. Але про це ми поговоримо нижче. MP3. Ця абревіатура від Moving Pictures Experts Groups Layer 3 сьогодні використовується повсюдно, завдяки технології стиснення аудіо-файлів, реалізованих даному форматі. Стиснення аудіофайлів відбувається шляхом відсікання частот, які людське вухо не сприймає в хвильовому звуковому спектрі. МP3 Pro є вдосконаленою версією звичайного MP3. Файли MP3 Pro займають в два рази менше дискового простору в порівнянні з аналогічними за якістю mp3-файлами, або стає можливим другий варіант - якість у два рази краще при однакових розмірах. VQF - це новий формат звуковий компресії. Він схожий на MP3, але працює краще. Існує два важливі критерії, які визначають якість компресії: 1. Розмір файлу: VQF файли приблизно на 30-35% менше ніж МР3, при однаковій якості звуку. 2. Якість звуку: Якість звуку VQF значно краще ніж МР3. Потік VQF 80kbps звучить приблизно так само, як 128kbps МР3, а 96kbps VQF відповідає приблизно 256kbps MP3. Multi Channel, або Super Audio CD. У 1996 році, компанія Sony розробила і почала активно впроваджувати абсолютно новий стандарт - Super Audio CD. SACD диски зовні нічим не відрізнялися від звичайних CD, однак якість запису на них було значно вище. Приміром, чіткість запису збільшилася в 64 рази, а частотний діапазон досяг свого максимуму в 100 кГц. Завдяки появі цього формату, музика стала багатоканальної. Саме з появою Multi Channel стало можливо прослуховувати музику за допомогою аудіосистем типу 5.1 (5 акустичних систем плюс сабвуфер). Для того щоб стати щасливим володарем саме багатоканального аудіо диска треба знайти на коробці напис SACD Surround Sound. А що б мати можливість його прослухати, треба знайти на своєму CD або DVD програвачі напис Super Audio CD.Звукові стандарти, використовувані в кінотеатрах, у тому числі і в системах «домашній кінотеатр»
Поява відеомагнітофонів, власне і послужило точної відліку ери домашнього відео. Відомий нам формат VHS (Video Home System) дозволяв на одному носії записувати і звук, і відео. Спочатку, якість звуку на відеокасетах було порівнянно з якістю грамплатівок початку століття. Він мав частотні характеристики 70-8000Гц, і досить сильно страждав від деформації відео стрічки. Дещо змінилося такий стан речей з появою стерео відеомагнітофонів Hi-Fi Stereo. Частота звуку 40-15000 Гц забезпечувала досить хорошу якість запису. Саме тоді, на перший край звукової індустрії виходить копання Dolby Laboratories. І от з цього періоду розвитку звукозапису і варто починати відлік сучасним стандартам звуку. Dolby Surround Sound і Dolby Surround Pro Logic. Dolby Surround Sound з'явився першим форматом об'ємного звучання для систем домашніх кінотеатрів. Спочатку, компанія Dolby Lab оснащувала кінотеатри усього світу системами об'ємного звучання, де за допомогою спеціального декодера, сигнали з звукових каналів кіноплівки перетворювалися на 4 канали для відтворення їх в залі для глядачів. Ця система користувалася шаленою популярністю у кіноглядачів, і інженери компанії незабаром задалися закономірним питанням: «А чому б не зробити те ж саме і для VHS», благо відеомагнітофони, до того часу, були поширені повсюдно. Так і з'явився знаменитий Dolbi. У Dolby Surround Sound крім правого і лівого каналів були реалізований і тиловий канал. Його характеристики були досить низькі - всього 100-7000 Гц, але перший крок був зроблений, і незабаром прийшов Dolby Surround Pro Logic - закономірне продовження Dolby Surround Sound. Тут був не тільки поліпшений тиловий канал, але і доданий центральний - використовувався в основному для діалогів. Хоча всі канали були аналоговими, з більш ніж скромними звуковими характеристиками, саме ці стандарти поклали початок домашньому багатоканальним кінотеатру. Dolby Digital (AC-3). Передумовою до виникнення даного стандарту послужила поява DVD. Розроблявся як альтернатива аналоговому VHS, DVD вимагав нового стандарту запису звукової доріжки, в якості якого і був прийнятий Dolby Digital або AC-3. До DVD цей формат уже кілька років проходив успішну обкатку в кінотеатрах, тому вибір саме АС-3 став цілком закономірний. Відмінною особливістю Dolby Digital стало використання 5 абсолютно незалежних звукових каналів: центральний для діалогів, фронтальний правий і лівий і тилові, правий і лівий, до яких був доданий окремий канал для сабвуфера. Виділення сабвуферу окремої доріжки обумовлено тим, що для нього не потрібний весь частотний діапазон, достатньо лише його частини в діапазоні 20-120 Гц. Саме тому, така система одержала позначення 5.1. Dolby Digital забезпечував справжній «звук навколо». З його появою стало реальним переглядати відео, і отримувати повний ефект присутності у діючих на екрані сценах. DTS (Digital Theater System). Своїм народженням, формат DTS зобов'язаний Стівену Спілбергу. Саме для його «Парку юрського періоду», і була розроблена ця альтернатива Dolby Digital. Причина цілком закономірна. Американська кінокорпорацій Universal City Studios, Inc не горіла бажанням відраховувати патентні платежі Dolby Lab, і вирішила розробити свій власний звуковий формат. DTS слід віддати належне, якість музичних саундтреків до фільму виявилося на висоті. DTS - це той же формат 5.1, але відрізняє його від побратима Dolbi одна суттєва різниця, якщо в Dolby Digital компресія звуку може досягати показника 1х12, то в DTS - тільки 1х4. Найбільше розповсюдження, в тому числі і на DVD дисках, формат DTS отримав, звичайно, в США. THX. І тут не обійшлося без кіноіндустрії. Джоржу Лукасу, при перегляді в кінотеатрі його легендарних Зоряних Воєн (новий, на той час, Епізод 1), абсолютно не сподобалася якість звучання саундтреків до фільму. Не задоволений якістю Dolby Digital, компанія Lucasfilm Ltd. так само розробила свій власний стандарт звуку. Формат THX призначений, перш за все, для кінотеатрів, і володіє наступними характеристиками:• повністю природна і достовірна передача будь-яких звуків, від тихого говірки головних героїв, до шуму літака, що летить; • 100% розбірлива і без спотворення мова; • однорідний звук, і однаковий рівень низьких частот в будь-якому місці залу для глядачів.
Формат ТНХ забезпечує найвищу якість звучання, повністю відповідає всім задумам режисера. Dolby Digital EX, DTS-ES Matrix 6.1 і THX Surround EX - ці формати почали логічним розвитком своїх прабатьків Dolby Digital, DTS і THХ. Головна їхня відмінність полягає в можливості додавання однієї або двох тилових звукових доріжок, 6.1 та 7.1. конфігурації відповідно. Ці «резервні» канали беруться системою із спеціально зашифрованих сигналів у правому та лівому тилових каналах звичайної конфігурації 5.1. Як підсумок - додається обсяг звукової сцени, але не додається чіткість локалізації подій, так як ці системи, по суті, є тією ж схемою 5.1. DTS-ES Discrete 6.1. Це єдиний на сьогоднішній день стандарт, в якому використовується більше 5 повноцінних каналів. Шостий канал, в даному випадку - це центральний тилової, який значно додає відчуття присутності.