У истоков звукозаписи
Глава из книги "Техника в её историческом развитии", 1982 г.
Идея создания устройства, позволяющего записывать и воспроизводить звук, привлекала интерес многих ученых и изобретателей.
В 1770 г. Российской академией наук был объявлен специальный конкурс, целью которого было поощрение создания аппарата для воспроизведения звука человеческой речи. Премию получил Христиан Кратценгатейн, построивший аппарат, включающий в себя набор органных труб с различными насадками. Впоследствии была создана целая серия "говорящих машин" ("аутофонов").
Впервые устройство, позволяющее записывать звук, было создано в 1857 г. Леоном Скоттом. Однако его "фоноавтограф" предназначался для регистрации звуков с целью изучения форм их колебаний, а не для их воспроизведения, поэтому звуки записывали иглой на поверхности вращающегося цилиндра, покрытой однородным слоем сажи. В этом слое игла, связанная с диафрагмой, прочерчивала линии, по форме соответствующие воздействующим на диафрагму звуковым колебаниям.
Впоследствии фоноавтограф был усовершенствован Кенигом, который придал рупору форму параболоида. Такое изменение формы звуковоспринимающей части прибора обеспечивало эффективную запись звуков от различных тел. Наряду с записью шумов и звуков музыкальных инструментов Скотт пытался в отдельных случаях записывать человеческую речь.
Главной особенностью описанных приборов, относящихся к этапу предыстории звукозаписи, было то, что сделанная ими запись звуков могла быть пригодна лишь для ее анализа, но не для воспроизведения.
Принцип обратимости звукозаписи, на котором базировалось все дальнейшее развитие этой отрасли техники, впервые сформулировал Шарль Кро в своем письме Французской академии наук 30 апреля 1877 г. Кро ясно обосновал принцип записи звука на цилиндр (валик) и на диск для последующего воспроизведения, однако не сделал никаких шагов для практической реализации своих идей.
Первый практически пригодный звукозаписывающий аппарат был построен Т. А. Эдисоном в 1877 г., тогда он получил английский патент на это изобретение. Эдисон собственноручно набросал эскиз своего первого звукозаписывающего аппарата. В другом английском патенте Эдисона, заявленном в апреле 1878г., этот прибор был впервые назван фонографом.
Эдисон не ставил перед собой специальной задачи построить говорящий аппарат. Он пришел к этой идее в результате наблюдений, сделанных при работе в области проводной связи.
Первый фонограф был очень несовершенным прибором: качество звуковоспроизведения было весьма низким, громкость мала, а материал звуконосителя (фольги) не обеспечивал устойчивости записи, в результате чего уже через несколько повторных воспроизведений звук становился совершенно неразборчивым. Тем не менее изобретением фонографа была решена задача записи и воспроизведения звука.
Эдисон постоянно думал об усовершенствовании своего фонографа. В 1878 г. он организует специальную фирму по производству фонографов "Edison Speaking Phonograph Company" и в том же году устраивает выставку этих аппаратов.
В целях популяризации фонографа Т. А. Эдисон опубликовал в мае и июне 1878 г. статью в "North American Review", содержавшую перечень возможных применений этого прибора:
1) 
диктовка писем без применения стенографии;
2) издание фонографических "книг" для лиц, потерявших зрение или слепых от рождения;
3) изучение ораторского искусства;
4) воспроизведение музыки;
5) запись семенных выступлений, воспоминаний, голосов родных и т. п.;
6) изготовление музыкальных шкатулок и игрушек;
7) говорящие часы, подающие членораздельные словесные сигналы;
8) правильная передача фонетики иностранных языков;
9) для педагогических целей: повторение объяснений учителя и т. п.;
10) сочетание с телефоном — для записи передачи при отсутствии вызванного абонента, для регистрации и других задач связи.
Т. А. Эдисон рассчитывал на большое будущее своего изобретения и деятельно работал над его усовершенствованием. В том же 1878 г. изобретатель улучшил мембрану. Пишущее острие было укреплено на особой пружине, которая демпфировалась двумя сжатыми каучуковыми трубками. Этим устранялось вредное влияние бокового усилия, действующего на острие при вращении валика.
В 1879 г. Ламбриго впервые применил воск для изготовления валиков фонографа. В том же году Делешно предложил применять резание вместо выдавливания звуковой канавки, что имело большое принципиальное значение.
Первое описание фонографа в России появилось в газете "Северный вестник". № 33 за 1878 г., а более подробное — в февральском и июньском номерах ежемесячного научно-популярного журнала "Свет" за 1878 г. Первая демонстрация этого прибора состоялась в 1879 г. в Москве, в Музее прикладных знаний (ныне Политехническом музее) в присутствии А. Г. Столетова, И. Ф. Усагина и некоторых других ученых. Фонограф воспроизвел приветствие Томаса Эдисона к жителям Москвы. В дальнейшем фонограф начали применять и для научных целей. Знаменитый русский путешественник Н. Н. Миклухо-Маклай использовал его для записи речи туземцев во время своего пребывания на Новой Гвинее. Л. И. Толстой и А. П. Чехов неоднократно пользовались фонографом для записи отдельных отрывков из своих произведений. Некоторые из этих записей сохранились до наших дней.
В мае 1880 г. А. Г. Белл и Ч. С. Тэйнтер получили патент на графофон. Для вращения цилиндра с постоянной скоростью они приспособили электродвигатель, что, естественно, было гораздо целесообразнее, чем вращение от руки в фонографе Эдисона. Оба эти изобретателя полностью признавали за Эдисоном приоритет изобретения говорящей машины, а свою работу рассматривали как усовершенствование фонографа и развитие идей Эдисона. В конце XIX в. после появления кинематографа Эдисон использовал фонограф для звукового сопровождения при демонстрации кинофильмов. Несмотря на относительно широкое распространение фонографа, продолжались попытки других конструктивных решений, которые могли бы привести к созданию более совершенных звукозаписывающих аппаратов, свободных от присущих даже усовершенствованному фонографу недостатков, резко ограничивающих сферу его применения.
8 сентября 1888 г. в американском техническом журнале "Electrical World" была опубликована статья инженера Оберлина Смита о звукозаписи. В статье после нескольких предложений по усовершенствованию фонографа Эдисона излагался принцип магнитной записи звука, но Смит не пытался практически реализовать свою идею.
Сделал это через десять лет датский физик Вольдемар Паульсен. В 1898 г. он показал коллегам аппарат, названный "телеграфоном" — первое в мире звукозаписывающее устройство, работавшее на. магнитном принципе. Запись производилась на тонкую стальную проволоку, намотанную в один слой на вращающийся цилиндр. Три года спустя Паульсен построил второй вариант телеграфона, в котором стальная лента шириной 3 мм и толщиной 0,05 мм сматывалась с одной бобины и наматывалась на другую, проходя мимо записывающей и воспроизводящей головки. Это устройство было по сути дела первой моделью магнитофона. Однако появление новых механических систем записи звука заставило почти забыть идею магнитофона. Возникла идея механической записи звука в виде спиральной канавки на плоский диск, что стало важной вехой в развитии техники механической звукозаписи. Изобретение нового аппарата было связано с именем Эмиля Берлинера, получившего в июне 1887 г. патент на граммофон, который в мае следующего года публично демонстрировался в Франклиновском институте в Филадельфии.
Берлинер сразу же оценил перспективное значение поперечной звукозаписи. Свои первые эксперименты он вел на приборе с цилиндрическим звукоснимателем. В этом приборе мембрана с резцом колебалась в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, на котором получалась звуковая канавка. Затем Берлинер начал опыты с записью на аппарате оригинальной конструкции, применив стеклянный диск, предварительно покрытый сажей (метод Кро); несколько позже он стал покрывать диск сажей с парафином.
В качестве материала для дисков Берлинер использовал цинк, а для защитного слоя - пчелиный воск. Для записей на этих дисках был приспособлен специальный станок, на диске которого устанавливали предназначенный для записи звука полированный цинковый диск. Звуковую канавку Берлинер наносил при помощи записывающей мембраны, снабженной трубкой с небольшим рупором и передававшей свои колебания иридиевому острию.
Первая в мире граммофонная пластинка — копия была изготовлена самим Берлинером из целлулоида в 1888 г. Для ее получения негативную матрицу надавливали на горячий листовой целлулоидный диск, который затем охлаждался и приобретал достаточную твердость.
В конце XIX в. наряду с граммофоном еще существовали звукозаписывающие приборы типа фонографа, т. е. приборы с цилиндрическим звукоснимателем. Изобретатели стремились улучшить фонограф, устранить по возможности свойственные этому аппарату недостатки.
В частности, немало усилий было приложено к тому, чтобы увеличить продолжительность звучания записи, сделанной на фонографе, а главное, повысить громкость воспроизведения. Это приводило к созданию отдельных интересных и оригинальных для своего времени конструкций звукозаписывающих аппаратов. Один нз последних фонографов (фонограф Парцера — Мюльбаха, 1900 г.) имел большой рупор, сменные мембраны с шариковой сапфировой иглой и был снабжен мощным пружинным механизмом. Однако бурное развитие граммофона, имевшего явные преимущества, быстро вытесняло все прежние конструкции.
Граммофонная промышленность развивалась очень быстро; в 1901 г. было выпущено свыше 4 млн. пластинок. Существенно улучшил конструкцию граммофона в 1903 — 1904 гг.Э. Джонсон, который ввел подвижное сочленение граммофонной мембраны с рупором. Это было большим шагом вперед. Мембрана разгружалась от значительной массы рупора и усилий, связанных с поворачиванием его при воспроизведении пластинок. Применение тонарма увеличило срок службы грампластинок, иголок и мембран, повысило качество звуковоспроизведения и дало возможность применять рупоры значительных размеров с лучшими акустическими данными.
Радикальные сдвиги в улучшении качества звукозаписи произошли с изобретением и внедрением в производство граммофонных пластинок электромеханического метода записи звука.
К началу XX в. определились главные принципиальные и технические особенности конструкций аппаратуры и процессов звукозаписи и звуковоспроизведения. Запись вели на специальных аппаратах — станках; резец гравировал звуковую канавку на поверхности полированного диска. После снятия гальванических матриц прессовали граммофонные пластинки из шеллачной массы. По физической сущности метод записи звука оставался прежним и мало отличался от предложенного Кро и Эдисоном. Конструкция записывающих мембран—механических рекордеров того времени в общих чертах напоминала мембрану акустического граммофона. Наиболее существенными недостатками механических рекордеров были невозможность плавно изменять количество акустической энергии, подводимой к рекордеру, а также значительные искажения, вносимые рупорами. Все это снижало качество звучания граммофонных пластинок.
В начале XX в. были предприняты отдельные попытки преодолеть эти затруднения и увеличить мощность звуковых волн, приводящих в колебательное движение мембрану рекордера. В 1916 г. русский изобретатель А. К. Никифоров разработал конструкцию электромагнитного рекордера, предназначенного для электромеханической записи звука. Рекордер Никифорова состоял из подковообразного электромагнита 1 с якорем 2, к которому прикреплялся резец 3. Электромагнит получал постоянное подмагничивание от источника постоянного тока 4, который подключался к микрофонной цепи 7-8 через дроссели 5 и 6. В 1918 г. аналогичный рекордер сконструировали инженеры компании "Homon" в Париже.
В 1928 г. советский инженер П. Д. Смирнов предложил оригинальную конструкцию рекордера с якорем, работающим на кручение.
Неоспоримые преимущества электромеханической записи звука вызвали в начале XX в. к жизни большое количество исследовательских работ в этом направлении, которые проводились во многих лабораториях мира. Наиболее успешные результаты были достигнуты в телефонной компании Белла (США). Электромеханическая запись звука, впервые получив промышленное применение в США, чрезвычайно быстро, уже к середине 20-х годов вытеснила во всех странах акустическую запись. Однако поистине революционный скачок на пути эволюции граммофона и способов звукозаписи произошел с момента внедрения электроники в технику записи и воспроизведения звука.
Граммофоны, конструкция которых быстро совершенствовалась, а также наборы разнообразных пластинок к ним сделались в конце XIX — начале XX в. предметом широкого производства и торговли. Появилось большое количество соответствующих фирм.
14 июля 1888 г. начала функционировать фирма "North American Phonograph Company", вскоре в разных странах открылось тридцать ее филиалов. В 1893 г. началась коммерческая эксплуатация граммофонов. В Вашингтоне организовалась фирма "United States Gramophone Company", занимающаяся реализацией патентов Берлинера. Деятельность этой компании сначала ограничивалась округом Колумбии, но в 1895 г. в Филадельфии начала действовать "Berliner Gramophone Company", которая приобрела лицензию у "United States Gramophone Company". Сэтого времени граммофоны получили широкое распространение. В 1895 г. в Берлине была организована фирма "Deutsche Grammophon Gesellschaft", открывшая филиалы в Австрии и России; во Франции с 1899 г. начала работать "Compagnie Francaise du Grammophone", открывшая филиал в Испании.
Изобретение способов записи и воспроизведения звуков, так же как и изобретение кинематографа, привлекло к себе в начале XX в. пристальное внимание крупных дельцов и капиталистов. Вскоре возникла достаточно развитая индустрия звукозаписи, расширившая возможности использования средств массовой информации.