22 април 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

История на звуконосителите. Магнетофон и магнитна лента

Първият метален звуконосител е стоманената струна от пиано на Валдемар Поулсен

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 08 февруари 2016 в 08:00113920

Както е известно, магнитната лента е носител на информация. В най-усъвършенствания си вид тя се състои се от гъвкава основа, на която от едната страна е нанесен тънък слой  суспензия от тънък феромагнитен прах в специален лак. Информацията се фиксира чрез запис именно върху този слой. Между тях е възможно да има добавъчен слой, осигуряващ добро сцепление на основата и работния слой. Той от своя страна може да се състои от няколко слоя феромагнитен прах с различен състав. Върху работния слой обикновено е нанесен още един – нарича се антифрикционен – който служи за намаляване на триенето при движението на лентата през магнитната глава. Този слой обикновено се изпълнява от колоиден графит. Общата дебелина на лентата обикновено е от единици до десетки микрометра (мкм; μ m), а ширината – от няколко мм до над 100 мм, според предназначението. Различават се три вида магнитни ленти – за записване само на звук, за звук и движещи се образи (възпроизвеждане напр. с видеомагнетофон) и за съхраняване на компютърни данни. Обикновено магнитната лента се съхранява, навита на ролка.

Обаче преди удобната лентова форма за магнитен звукозапис се е използвала струна от пиано.

Валдемар Поулсен

Описание: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/0/03/Poulsen-Valdemar-capt1898.jpg

Валдемар Поулсен (Valdemar Poulsen), 1869-1942

Този датски инженер физик е човекът, разработил през 1898 г. първия метод за запис на звук върху стоманена тел. Поулсен работел в копенхагенска телефонна компания и се говори, че той просто поискал да се пошегува със свой колега, като го изплаши със записаното ехо от глас. В своята разработка той се опрял на американския инженер Оберлин Смит (Oberlin Smith), работил в тази област десетина години преди това. В една своя статия предлагал да се използва като звуконосител копринена нишка със стоманени жилки, но не конструирал устройство.

Уредът на Поулсен се наричал телеграфон (на първата снимка). Изобретателят намотал стоманената жица спираловидно около дебел въртящ се цилиндър, което направило апарата да изглежда отдалеч като някакъв голям жичен резистор. Телеграфонът бил снабден с микрофон на входа и се основавал на преобразуването на звуковите вълни в магнитни импулси, които именно се записвали нърху жицата. При произнасяне на звуци в мембраната на микрофона възниквали електрически трептения, които се предавали на електромагнит. Създаденото от него магнитно поле намагнитвало жицата, а тя се движела през магнита с точно определена скорост. Токът от микрофона ставал по-силен или по-слаб в такт с предавания звук, а по този начин се увеличавало или отслабвало магнитното поле, създаващо магнитния запис. След това, за да се възпроизведе фонограмата, жицата преминавала през възпроизвеждащ магнит и там магнитният запис се преобразувал отново в електрически сигнал, честотата, амплитудата и формата на който съответствала на записаните на жицата звуци. Постъпващите сигнали в мембраната на телеграфона били неравномерни и колебателни – всъщност точно отговарящи на записаните звуци. Електрическите трептения се преобразували в звукови вълни и се предавали към говорителя.

Апаратът не бил особено икономичен откъм основния си консуматив. 100 метра стоманена жица с диаметър 1 мм стигала за едва около 45 секунди запис (скоростта на предаване била 2,2 м/сек). Такъв звуконосител можел да служи за многократен презапис. Ако трябвало записът да бъде изтрит, просто било необходимо жицата да се пропусне през полюсите на силен електромагнит, възбуден с променлив ток. Стоманената жица имала тенденция бързо да се размагнитва и затова решили да увеличат скоростта на предаване до няколко м/сек.

Първото практическо приложение на телеграфона на Поулсен било като примитивен телефонен секретар. Ако към телефона се свърже телеграфон, в случай на отсъствие на търсения абонат записващото устройство можело да запише съобщението и абонатът да го прослуша след пристигането си. Тоест, 1898 г. е и рождената година на телефонния секретар! Тази система почти веднага била внедрена в телефонната мрежа на Копенхаген и работела достатъчно удовлетворително.

04 1235223841eqmd4ld1 (358x431, 50Kb)

Достолепна дама прослушва пропуснато съобщение

Независимо от достойнствата на изобретението, то имало и недостатъци. Звукът бил прекалено слаб и можел да се слуша само чрез слушалки. Звуконосителят също така "се изразходвал" прекалено бързо – за 40 минути звук били необходими цели 6 м стоманена жица! Все пак, перспективността на изобретението била оценена, като на Световното изложение в Париж през 1900 г. телеграфонът на Поулсен получил Гран при. При тази демонстрация е записан и първият магнитен звуков документ, достигнал до наши дни – думи, отправени към австрийския император Франц Йосиф.

Обмисляйки как да усъвършенства апарата си, Поулсен решил да замени жицата с тънка стоманена лента (ширина ок. 3 мм) и да я помести на ролки, подобно на жицата на бобина. Това малко увеличило качеството на звука и намалило размерите на звуконосителя, като направило телеграфона подобен на типичен масивен ролков магнетофон от 50-те или 60-те г. Освен това, Поулсен патентовал и запис върху стоманен диск – тази технология, макар и с десетки изменения, в основата си е същата като на твърдите дискове в компютрите.

03 Poulsen Telegraphone, 1910. (405x495, 57Kb)

Усъвършенстван телеграфон от 1910 г.

През 1916 г. на един международен конгрес в Копенхаген докладите се записвали на магнитофон със стоманена жица. За запис на общо 14 ч слово потрябвало 2500 км проводник с обща тежест около 100 кг. В радиопредаването за кратко се използвала записваща апаратура с лента от неръждаема стомана. Един от първите магнетофони на компанията Маркони тежал няколкостотин кг, а стоманената лента в него се навивала на бобини с 0,5 м и при скъсване й се правела обикновена заварка. През 20-те г. на ХХ век в американския флот се използвал такъв магнетофон за ускоряване на предаването и приемането на радиотелеграфни съобщения.

Независимо от по-компактната форма на устройството, проблемите продължавали. В записа отново имало високи нива на фонов шум при възпроизвеждане, а звукът продължавал да бъде много тих, защото усилвателите още не били получили широко разпространение. Впрочем ясно е, че ако фоновият шум продължавал да бъде допускан, включването на усилвател (каквото направили през 1911 г.) нямало да реши проблема, защото той ще усилва и шума заедно с полезния запис. Освен това, по време на работа трябвало да се стои по-далече от апарата, защото в случай на скъсване на лентата нейните късове, летящи със скорост 2-3 м/сек, биха могли да наранят хората. При монтаж или скъсване техниците заварявали лентата и когато шевът преминавал през възпроизвеждащата глава, се чувал ужасен трясък, а понякога той дори наранявал сериозно бобината. Именно поради това един магнитофон на компанията Маркони от 1934 г. имал двоен комплект глави. Чрез автоматична механика повредената глава се откачала, спускала се новата", и така техникът имал достатъчно време да смени повредените части с нови. Изобретението на Поулсен не се използвало за запис на музика, макар и първите диктофони на негова основа постепенно да набирали разпространение. Станало ясно, че причина за лошото качество на звука бил стоманеният носител, затова след средата на 30-те г. започнали да  заменят с по-фини материали. 

Усъвършенстване на магнитната лента

През 30-те г. в Германия химическия концерт BASF и електрическата компания AEG значително доразвиват магнитната лента.

През 1927 г. германският инженер Фриц Пфлоймер (Fritz Pfleumer), наблюдавайки посипването на бронзов прах върху мундщука на цигарè, решил да направи подобно нещо, но с железен оксид и върху друг материал. След много опити поръсил с железен оксид тънка хартия с лепителен слой по нея. През 1928 г. той получил патент и демонстрирал пред публика своето устройство за запис върху такъв носител. През 1932 г. AEG, използвайки този патент, започнала да произвежда магнетофона K1 с лента, произведена в BASF. Такъв магнетофон бил представен на техническо изложение, проведено през 1935 г. в Берлин.

Въпреки че уредът бил далеч по-безопасен, отколкото онзи на Поулсен, през 1936 г. Националният съд на Германия обявил патента за недействителен, тъй като хартиената лента с железен прах била записана като вариант още в патента на Поулсен от 1898 г.

Малко след това Фридрих Матиас (Friedrich Matthias) от IG Farben/BASF разработил подобна многослойна лента, състояща се от основа, лепителен слой и филм железен оксид. През 1939 г. BASF я представили пред публика и това изобретение станало революционно. Успоредно с това Валтер Вебер (Walter Weber) провел опити с допълнително намагнитване на лентата за магнетофоните, произвеждани от AEG. Той доказал, че високочестотното допълнително намагнитване чрез генератор на променлив ток значително подобрява качеството на възпроизвеждане.  Това е необходимо, за да се отстранят изкривяванията, които оказват на чувствителната магнитна лента различните части на магнетофона – най-вече лампите и трансформаторите. След преминаване през изтриващата магнитна глава лентата я напуска размагнитена в резултат на многократно пренамагнитване. При запис лентата отново преминава през записващата глава. И тук вече всеки елемент на звуконосителя се подлага на двойно електромагнитно въздействие (чрез тока на записващия сигнал и тока от споменатия ВЧ генератор). В българската техническа литература този допълнителен електромагнитен процес е известен като "преднамагнитване".

Това било изключително важно допълнение, защото едва сега магнитните ленти получили възможност да станат конкурентни на механичния звукозапис – грамофонните плочи. През пролетта на 1940 г. Вебер получил патент за тази технология, а през 1941 г. AEG пуснала на пазара подобрения модел Magnetophon K4-HF. Той бил нещо наистина сполучливо: благодарение на Веберовата технология съотношението сигнал/шум станало 60 dB, а апаратът можел да възпроизвежда честоти над 10 kHz.

През 1942 г. компанията AEG започнала опити по стереофоничен запис на звука и ги довела до успешен край през пролетта на 1943. По време на Втората световна война магнетофоните били неизменна част от техническото оборудване на Гестапо. С тяхна помощ можели да се записват засечени нелегални радиопредавания, важни телефонни разговори, да се документират разпити.

През 50-те г. най-често като основа на феромагнитния слой на лентата се е използвал тънък филм от ацетилцелулоза или поливинилхлорид. Основата е трябвало да има висока устойчивост на скъсване, еластично удължаване не по-малко от 1,5 % и пластично удължение по-малко от 0,2%.

За да може лентата да опасва добре главите, основата й също трябва да е гъвкава и също така да е независима от атмосферни влияния. Дебелината на основата е варирала от 10 до 40 μm за различните видове ленти.

Магнитен и/или механичен?

Преимуществата на магнитната лента пред големия конкурент – грамофонната плоча – създали условията за пълноценно разрастване на магнитния звукозапис в следвоенното време.

Лентата значително облекчавала процеса. Записът на плоча се извършвал от восъчна матрица, бил дълъг, скъп и без право на грешка – всяка небрежност означавала матрицата да се озове в непригодно състояние и, разбира се, необходимост от втори опит. При лентите можело да се записват множество дубъли, да се избере този с най-добро качество, фонограмата да бъде монтирана, да бъдат изменяни звуковите й характеристики.

Освен това, е възможно записът да бъде изтрит и носителят да бъде използван отново. За меломаните била привлекателна и възможността да запишат албум по свой вкус, комбинирайки любими песни.

Лентите и магнетофоните се пренасяли лесно. Нежеланите външни шумове и вибрации на практика не им оказвали влияние, за разлика от нежните" и почти стационарни грамофонни уредби.

Не на последно място, с помощта на не чак толкова скъп магнетофон всеки можел да записва любителски записи – което не е така при грамофона, където обикновено плочите се пускат в продажба от компания. Това преимущество на лентата е и причина за изключителната привлекателност на магнетофоните по време на тоталитарните режими в Източна Европа – един веднъж направен/получен запис (на забранена за слушане музика напр.) може да се съхрани, да се пренесе лесно, а при наличие на два магнетофона и да се размножи. Тук трябва да отбележим още нещо – някъде около 70-те г. грамофонната индустрия в развитите страни се сблъскала с огромна по размери пиратска конкуренция. Хората купували новоизлязла грамофонна плоча, бързали да я запишат на лента и да я продават нелегално за своя сметка.

AGFA, елитна лента за ролков магнетофон

Независимо от гореизброените предимства обаче, магнитните ленти не успели напълно да изместят плочите. Една от причините е, че магнитният запис е с по-кратък живот и по-ниско качество. Лентата имала свойството да се размагнитва (най-добрите производители давали гаранция 20 г.), особено ако попадне в близост до силно магнитно поле – мощни озвучителни тела, хладилник... Освен това, лентата се разтяга, къса, лесно се възпламенява, а при всеки презапис от една лента на друга качеството на фонограмата се влошава (при по-некачествените модели това се отнася и за качеството при всеки следващ цикъл запис-изтриване). Плочите държали първенство и при прекия достъп до точно място – обикновено при няколко пъти прослушана плоча е лесно да се запомни поредният номер на песента, която интересува слушателя, но това не е така при лентите – там цветът на записваната повърхност е еднакъв навсякъде и няма празни места". В някои късни модели ролкови магнетофони наистина съществува система за намиране на звукозаписните паузи между песните, но това не отменя необходимостта от превъртане.

Понякога обаче двата носителя се допълвали един друг. Например, в производството на грамофонни плочи в някои случаи восъчният цилиндър-матрица се записва от магнитна лента (master tape). Меломаните предпочитали да събират грамофонни плочи заради по-доброто звучене, луксозните опаковки (често с множество допълнителни материали), но те оставали в "златния им фонд", а за да ги използват по-малко, за всекидневно прослушване употребявали магнитни ленти.

Като най-разпространени за звукозапис се наложили лентите с ширина 6,35 и 3,81 мм. Ленти с ширина, различна от тази, се използвали в студийните многопистови магнетофони, видеозаписа, цифрови данни и някои други специални цели.

 

Страница на статията : 0102

Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Разни
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.