Сам звук никто не изобретал: это механические колебания, существующие в природе. Люди изобрели способы превратить колебания воздуха в след, сохранить его и снова заставить колебаться воздух. В 1857 году фоноавтограф Эдуара-Леона Скотта де Мартенвиля впервые записал форму волны, а в 1877 году фонограф Томаса Эдисона впервые позволил записать и воспроизвести услышанное.
Что именно нужно сохранить
Голос заставляет вибрировать воздух, затем мембрану прибора. Если соединить мембрану с остриём, оно может двигаться в такт звуку и оставлять извилистую линию. Чем сильнее колебание, тем заметнее отклонение. Частота определяет высоту тона, а сложная форма волны – тембр.
Фоноавтограф наносил след на закопчённую поверхность. Учёные могли рассматривать рисунок, но прибор не умел обратить процесс. Его задача была похожа на работу осциллографа. Основы распространения колебаний разобраны в статье «Что такое звук».
Фонограф Эдисона
Эдисон работал над телеграфом и телефоном и предположил, что вибрации речи можно вырезать на движущемся носителе. В первом фонографе цилиндр оборачивали оловянной фольгой. Мембрана двигала иглу, которая вдавливала в фольгу канавку. При обратном проходе рельеф толкал иглу, мембрана колебалась и воспроизводила звук.
Фольга быстро портилась, поэтому позднее появились восковые цилиндры. Запись стала чище и долговечнее. Один и тот же механический принцип выполнял обе операции: звук превращался в рельеф, а рельеф – в звук.
Почему победила пластинка
Эмиль Берлинер разработал граммофон с плоским диском и боковым движением канавки. Главным преимуществом оказалась возможность тиражирования: с мастер-записи делали матрицу, а с неё прессовали множество копий. Цилиндры тоже научились копировать, но диски было удобнее хранить и массово производить.
Пружинный двигатель вращал пластинку с почти постоянной скоростью. Рупор усиливал звук без электричества, согласуя движение маленькой мембраны с большим объёмом воздуха. Позднее микрофон, электронный усилитель и громкоговоритель отделили запись от непосредственной механики.
Магнитная запись
Магнитная лента хранит сигнал в ориентации мельчайших магнитных областей. Ток от микрофона проходит через головку и создаёт меняющееся поле. При воспроизведении движение намагниченной ленты вызывает слабый электрический сигнал, который усиливается.
Ленту можно стирать, перезаписывать, разрезать и склеивать. Она дала студиям монтаж, многодорожечную запись и возможность отдельно обрабатывать инструменты. Подробный принцип раскрыт в статье о магнитной ленте.
Как звук стал цифровым
Аналого-цифровой преобразователь измеряет амплитуду через равные промежутки времени и записывает результаты числами. Частота дискретизации показывает, сколько измерений производится за секунду, а разрядность – сколько уровней доступно каждому измерению. При достаточных параметрах форма волны восстанавливается с высокой точностью.
Компакт-диск хранит цифровые данные в виде последовательности оптических элементов, а файл – как набор битов на любом носителе. Форматы без потерь сохраняют исходные значения, а MP3 удаляет часть менее заметной информации, используя свойства слуха. Механизм такого сжатия объясняется в отдельном материале.
Что изменилось, а что осталось
Мембрана раннего фонографа и современный микрофон решают одну задачу: реагируют на давление воздуха. Игла, магнитная головка и цифровой преобразователь кодируют реакцию по-разному. Громкоговоритель выполняет обратное преобразование и снова создаёт волну.
История записи звука – это переход от единичного хрупкого следа к копируемому диску, редактируемой ленте и точным цифровым данным. Изобретение состояло не в создании звука, а в возможности отделить его от момента и места исполнения.
