Граммофон (принципы записи и воспроизведения, звуковая система, производство, применение)

Граммофон

ГРАММОФОН, родовое название ряда аппаратов, способных воспроизводить произвольные звуковые колебания. Под граммофоном разумеются по преимуществу аппараты, в которых при регистрации и воспроизведении звука использованы исключительно механические приспособления (фонограф, граммофон, графофон, диктофон, патефон, тоноцикл, гомофон, парлофон, грамониум, грамола, фортофон и другие), но существуют и такие механизмы, в которых между исходным регистрируемым звуком и звуком воспроизводимым включаются промежуточные звенья немеханического характера - процессы электрические, световые, химические и другие (мотофон Эдисона, микрофонограф Дюссо, мультифон, хронофон, фонограф Лифшица, электромофон, телеграфон, фонографы Паульсона, Румера, Нернста, телефонографы Меркардье и т. д.). В виду затруднительности проведения границы между теми и другими, за аппаратами обеих категорий установилось общее название говорящих машин, или, как рекомендует Р. Лотар, - граммофонов.

Принципы записи и воспроизведения. Граммофон совмещает в себе два механизма с различными функциями: один - записывающий (recorder), другой - воспроизводящий (reproducer), причем оба механизма материально связываются между собой посредством закрепленной в твердом веществе записи звука (фонограмма), а во многих случаях имеют и другие общие органы. Основная задача всего процесса - закрепить в куске твердого вещества развертывающуюся во времени последовательность звуков так, чтобы в любой момент этот пространственный перевод временного процесса (звукозапись, фонограмма) мог быть переведен обратно в процесс временной.

Этот перевод достигается через установление двойного соответствия между моментами времени и точками одномерного пространственного протяжения, причем посредником этого соответствия служит движение тела, на котором производится звукозапись. Этот перевод временной последовательности в пространственную и обратно посредством движения составляет общий принцип всех граммофонов. Тело, на котором закрепляется последовательность звуков, носит название рекорда (record). Необходимым условием тождества записанного звука с воспроизводимым является точная синхронность продвижения рекорда в процессе записи и в процессе ее воспроизведения, достигаемая на практике исключительно с помощью равномерного вращения рекорда.

Граммофонные рекорды чаще всего имеют вид цилиндра, причем для звуковой записи служит либо его основание, либо боковая поверхность. В первом случае цилиндр имеет вид тонкого диска и носит название граммофонной пластинки (односторонней или двусторонней, в зависимости от использования); во втором случае рекорд называется валиком, или цилиндром. Для получения особенно длинной непрерывной записи рекорду придают вид гибкой ленты, которая наматывается на катушку (фонографы Лифшица, Румера и других). Иногда, наконец, фонограмма наносится на линейку.

Запись звука основана на изменении поверхности рекорда действием звуковых вибраций воздуха, причем эти изменения д. б. пропорциональны амплитуде записываемой звуковой волны. Чаще всего эти изменения состоят в механической деформации поверхности рекорда и достигаются либо непосредственным механическим действием звука либо посредствующими процессами (химическим, фотохимическим). В некоторых случаях запись осуществляется немеханическими следами (оптическими, магнитными, химическими). Наиболее распространенным является механический прием записи звука. В этом случае изменение поверхности рекорда основано на переводе продольных колебаний звука в колебания поперечные, так что деформация поверхности рекорда перпендикулярна к направлению его движения. Перпендикулярность колебаний к направлению движения рекорда (каковое соответствует направлению звукового луча) может мыслиться либо в касательной плоскости рекорда либо в плоскости, нормальной к ней и касательной к траектории данной точки. Т. о., следы на поверхности рекорда м. б. либо плоскими, либо углубленными. Профиль углубленной фонограммы, с колебаниями, перпендикулярными к поверхности рекорда изображен на фиг. 1.

Профиль углубленной фонограммы, с колебаниями, перпендикулярными к поверхности рекорда

Кроме этого различия в направлении колебаний, запись звука может еще существенно отличаться характером деформации: в одних случаях она достигается выдавливанием поверхности, в других - вырезанием ее. Таким образом, в зависимости от характера фонограммы, установились 4 основных типа граммофонов (табл. 1).

Основные типы фонограмм

Основное техническое требование, предъявляемое к граммофону, - точность воспроизведения звука, по высоте, силе и тембру, - м. б. осуществлено лишь при строгой пропорциональности между амплитудами звукозаписи и исходного звука (необходимое условие даже в тех случаях, когда сила или высота звука подлежат изменению). Поэтому сопротивление вещества рекорда деформирующему усилию записывающего острия должно быть в точности пропорционально усилию. При пластической деформации и нормальном направлении колебаний этому условию довольно хорошо удовлетворяет тонкая оловянная фольга на очень мягкой подкладке. Вещества, которые наложены толстым слоем, совершенно непригодны, так как если они достаточно мягки для получения пропорциональности при наибольших амплитудах, то звуковой след будет затекать; если же, во избежание затекания, сделать их твердыми, то верхушки волн будут уплощены, звуковая кривая потеряет симметричность, и звук окажется искаженным. Практически, для углубленной записи пригодным оказалось лишь вырезание по рекорду; однако, и вырезание не дает профиля вполне симметричного относительно средней линии, как видно, в частности, и на примере одного из таких профилей, вычерченного Л. Германом (фиг. 1). При плоской записи, т. е. параллельной бинормали звуковой волны, избегнуть уплощения верхушек волны значительно легче, даже при пластической деформации, так как здесь возможно применение тонких слоев и весьма мягких составов на вполне твердой подкладке и последующее закрепление неясного следа при помощи травления.

Звуковая система. Для передачи звуковых колебаний рекорду служит звуковая коробка из металла, дерева, эбонита и т. п. материала, в виде круглого цилиндра; одно основание его затянуто тонкой, способной вибрировать пластинкой, обычно называемой диафрагмой, или мембраной, а другое - герметически закрывается крышкой, в которой утвержден звукопровод (тонарм). Последний, в свою очередь, сообщается со специальной трубой, называемой рупором, или павильоном. К диафрагме присоединяется, в одних случаях непосредственно, в других - через посредство различных рычажных систем, записывающее острие (стиль). Вся звуковая часть граммофона должна удовлетворять ряду тонких требований, несоблюдение которых ведет к искажению звука вследствие избирательного (непропорционального) поглощения некоторых обертонов, а еще более - вследствие возникновения собственных колебаний или избирательного усиления существующих колебаний через резонанс. Несмотря на все старания, до сих пор еще не достигнуто полное устранение различных побочных звуков, которыми сопровождается воспроизведение звука в граммофоне - шумов, тресков, шипения, хрипения, металлического звона, гнусавого тембра. Эти побочные звуки частью возникают при самом процессе записи звука, частью же присоединяются в процессе воспроизведения звука. С первыми нужно бороться при звукозаписи, вторые же до известной степени м. б. ослабляемы рациональным устройством воспроизводящего механизма. Источниками побочных шумов м. б.: 1) трение записывающего и воспроизводящего стилей о поверхность рекорда, особенно, если вещество его недостаточно однородно или если существует несоответствие между формой конца стиля и формой звуковой борозды; 2) собственные вибрации рекорда; 3) собственные колебания диафрагмы, не входящие в состав ее вынужденных колебаний под действием звука или механических толчков от звукозаписи, а также резонанс; 4) резонанс звуковой коробки, звукопровода и рупора, а равно их собственная вибрация, в частности - от толчков двигающего механизма.

Стиль. Весьма ответственна в граммофоне работа стиля, который д. б. различен при записи и при воспроизведении. Записывающий стиль должен иметь четкую форму, точно сохранять ее, не деформируясь и не стираясь от работы, и давать вполне точные очертания звукового следа. Форма конца и направление оси записывающего стиля различны в зависимости от способа записи. Так, например, у Эдисона стиль, выдавливавший глубинный след, представлял собою заостренную стальную иглу, направленную нормально к плоскости диафрагмы и нормально же к цилиндрической поверхности рекорда. При поверхностной записи стиль направляется нормально к поверхности рекорда, но параллельно плоскости диафрагмы. В аппарате Берлинера (фиг. 2 и 3) он делался из иридия и тоже имел форму острия.

Аппарат Берлинера

Аппарат Берлинера

Наиболее трудна работа стиля, когда он гравирует поверхность рекорда, углубляясь соответственно амплитуде и, следовательно, несет функцию резца. Тут форма этого стиля представляет миниатюрный резец с острым режущим углом. Соответственно с несимметричным относительно своей оси срезом, такой стиль располагается под углом к плоскости диафрагмы и наклонно к касательной плоскости рекорда. В графофоне Тейнтера 1889 г. стилем была режущая пластинка (фиг. 4), гравировавшая на рекорде винтовую бороздку глубиною 1/6—1/7 мм и дававшая восковую стружку тоньше волоса, так что записанная часть цилиндра казалась лишь матовой.

В графофоне Тейнтера 1889 г. стилем была режущая пластинка

В фонографе Пате (патефоне) применяется сапфировый резец, разработанный Лиоре (в 1897 году) и Бюрге (1900 г. - фиг. 5). Наконец, при записи промышленного характера стилем служит также алмаз.

Сапфировый резец

Требования, предъявляемые к воспроизводящему стилю, имеют двойственный характер. Так как поверхность воспроизводящего рекорда значительно тверже, чем у записывающего, а звуковоспроизведение требует давления стиля в 1000 кг/см2, то при бесчисленных ударах его о поверхность рекорда имеются все данные для деформации и стирания стиля, если он не будет изготовлен из достаточно твердого материала. Но, с другой стороны, стиль не должен повреждать или царапать фонограмму. Для примирения этих противоречивых требований употребляют или сравнительно мягкий, но легко сменяемый стиль, или сообщают твердому стилю особую форму, неспособную царапать рекорд. Наиболее распространены стальные иглы с округлым острием, упирающимся не в дно, а в края звуковой бороздки (фиг. 6), причем для сохранения рекорда при каждом звуковоспроизведении ставится новая игла.

Наиболее распространены стальные иглы с округлым острием, упирающимся не в дно, а в края звуковой бороздки

На рынок выпускаются три номера игл различной формы, твердости и механической прочности - для громкого звука, среднего и слабого. Вырабатываются также иглы для многократного употребления; таковы американские иглы на 50, 100 и даже 300 воспроизведений, состоящие из сравнительно толстого стержня - рукоятки, в которую вставляется тонкое короткое острие, диаметр которого соответствует ширине звуковой бороздки. Германом предложена игла, состоящая из весьма тонкой фортепьянной струны, укрепляемой между двумя иглодержателями, из которых она выступает только на 1 мм, но поворотами винта может по мере срабатывания выдвигаться, так что такая игла может служить 10000 раз. Однако все эти долго служащие иглы дают худший акустический эффект, чем обычные иглы. В Англии и в Америке производятся также золоченые иглы, но они не имеют технического оправдания, так как золото стирается уже после двух воспроизведений, и тогда с рекордом соприкасается уже не золото, а сталь. Делались попытки ввести воспроизводящие стили из шипов розы, рыбьих и других костей, твердого каучука, бамбука, самшита, целлулоида, рога, слоновой кости. Сапфировые стили, предложенные Лиоре (фиг. 7) и Бюрге (фиг. 8), с закругленным концом, усвоены конструкцией Пате, причем в последней сапфир иногда заменяется твердым стеклом.

Сапфировые стили

Применение этих стилей значительно улучшило звук, но оно возможно только при корытообразных бороздках, примерно в 4—6 раз более широких, чем при стальных иглах; в этом случае звуковоспроизведение основано на повышении и понижении дна бороздки, тогда как у пластинок для стальных игл эффективно колебание звукозаписи в одной и той же горизонтальной плоскости (фиг. 9).

Grammofon 9

Запись по последнему способу (принцип Берлинера) дает несравненно лучшие результаты, чем по способу углубленного вырезания (принцип Тейнтера).

Диафрагма. Диафрагма, с которой механически связан стиль, делается в виде круглой тонкой пластинки, преимущественно из слюды, толщиной около 0,25 мм; для замены слюды предлагали: дерево, сталь, серебро, алюминий, стекло и пропитанную бумагу. Диафрагма д. б. наглухо присоединена к звуковой коробке так, чтобы края диафрагмы не могли колебаться, чтобы в месте соединения не могли передаваться диафрагме колебания стенок камеры, и чтобы, наконец, через зазор не происходило просачивания воздуха, каковое ведет к потере звуковой энергии. Такое присоединение к коробке при вибрационной изоляции достигается зажатием края диафрагмы между двумя резиновыми кольцами. Равномерному распределению давлений в диафрагме способствует закрепление ее краев с помощью вазелина, в отличие от обычного закрепления металлическим ободком. Т. о. диафрагма, будучи в механическом отношении скорее жесткой пластинкой, чем мембраной, имеет, однако, по краю узел, а не пучность, и по условиям колебания приближается к мембране. В общих чертах такая система характеризуется способностью совершать любые вынужденные колебания; она была бы совершенной диафрагмой, если бы имела только это свойство. Однако она способна также и к собственным колебаниям - обертонам, изменяющим тембр записываемого, а равно и воспроизводимого звука. Теория колеблющейся мембраны разработана Релеем. Дифференциальное уравнение, определяющее колебания круговой мембраны, выражается в полярных координатах r и ϕ так:

Дифференциальное уравнение, определяющее колебания круговой мембраны

где w есть элонгация данной точки (r, ϕ) во время τ, а с2 =  p/ρ, т. е. отношению модуля упругости диафрагмы к ее плотности. Это уравнение, при пограничном условии w = 0, dw/dτ = 0, по краю пластинки удовлетворяется двумя функциями: цилиндрическими wr и тригонометрическими wϕ, соответствующими делению мембраны на концентрические кольца и на круговые секторы. При этом wϕ = sin qϕ и wϕ = cos qϕ, a wr = Jh(ϰr) и wr = Nh(ϰr), где Jh — бесселева функция порядка h, Nh — нейманова, a q - постоянная. Табл. 2 дает сводку обертонов круглой мембраны.

Сводка обертонов круглой мембраны

Узловые линии мембраны представлены, согласно вычислению, на фиг. 10; подписанные под изображениями числа без скобок обозначают относительное число колебаний, если число основных колебаний принять за 1; числа же в скобках выражают относительную длину радиусов узловых окружностей, если радиус мембраны принять за 1.

Узловые линии мембраны

Как показал опыт (Д. К. Миллер, С. Н. Ржевкин), на практике получается удовлетворительное совпадение с вычислениями Релея. Уничтожение собственных колебаний диафрагмы, очевидно, может быть достигнуто жесткой связью отдельных ее зон, исключающей появление местных пучностей. Этой цели служит диафрагма Бюрге (фиг. 11), имеющая суппорт для стилей как записывающего, так и воспроизводящего, укрепленный на мембране с помощью спиц, связывающих суппорт с различными зонами мембраны.

Диафрагма Бюрге

Аналогичное устройство было применено также в фонографе Эдисона. До известной степени та же задача решается и в патефоне: записывающий стиль держится здесь в удлиненном суппорте, приклеиваемом к мембране радиально, а воспроизводящий - в круглом, с широким кольцевым основанием. Звуковая коробка Бюрге имеет особый суппорт, дающий свободу ее движениям и подходящий к вставке в любой граммофон.

Следующий источник звуковых искажений - звукопровод, механически сообщающий звуковую коробку с рупором и способный своими стенками устанавливать вибрационное сообщение между этими частями. Задача конструкции состоит здесь в сочетании возможно легкого воздушно-акустического сообщения этих частей и возможно полного разобщения их в отношении вибрации через стенки. Это достигается, во-первых, изготовлением звукопровода из мягкой вулканизованной резины (например, в патефоне) и, во-вторых, - расчленением самого рупора, как это сделано Лиоре.

Рупор. Устройство самого рупора имеет много различных видоизменений, гл. обр., в отношении материала. При конструировании рупора необходимо устранить резонансовые вибрации его стенок, придающие звуку металлический тембр, и поглощение звука, делающее звук глухим. Должно быть также предусмотрено, чтобы звукопровод и звуковая коробка не были в напряженном состоянии от тяжести рупора. От материала рупора требуются возможная легкость и дешевизна. Для широкого распространения граммофона практически далеко не безразличен также габарит рупора и возможность скрыть его в ящике прибора. В записывающем граммофоне Берлинера рупор имел большую длину и подвешивался как длинный маятник, описывая при перемещении над диском дугу малой кривизны. Лиоре ввел алюминиевый рупор и нашел полезным укреплять у середины длины рупора небольшую металлическую массу при помощи винта, проходящего сквозь стенку и закрепленного гайкой; от этого небольшого приспособления сила звука почти удваивается, и значительно возрастает ясность произношения. Кроме того, Лиоре перед первым рупором ставит второй, большего размера и конической формы, выделанный из тонкого металлического листа. При этом сила звука увеличивается, по крайней мере, втрое, и артикуляция делается чрезвычайно ясной. В фонографе Пате имеются два различных рупора: малый конический, из картона - для записи и больший, из штампованного алюминия, трубообразный, в виде псевдосферы - для воспроизведения. Широко распространенные дешевые граммофоны имеют рупор большей частью крашеный железный, причем тембр их звука весьма низкого качества. Напротив, в дорогих, т. н. безрупорных граммофонах, рупор скрыт в ящике или шкафу прибора и представляет деревянную воронку в виде полой четырехгранной пирамиды; при таком устройстве в рупоре не возникает резонансных колебаний, металлического звона и гнусавого тембра, и весь прибор выигрывает в удобстве и изяществе. Старание очистить звук от искажения, привносимого рупором при записи, повело даже к полному устранению рупора и к применению микрофона.

Монтировка и движение рекорда. Монтировка рекорда д. б. быстрой и вместе с тем достаточно надежной, чтобы не происходило качания или скольжения его во время действия аппарата. В валиковых фонографах это достигается слегка конической формой металлического пустотелого барабана, на который надвигается с легким давлением тоже слегка конический валик. В граммофонах пластинка надевается своим центральным отверстием на выступ вращающейся платформы; покрывающее эту платформу сукно изолирует пластинку от толчков и вибраций механизма и вместе с тем достаточно увеличивает трение между пластинкой и платформой, чтобы не было между ними скольжения. Первоначально вращение производилось непосредственно рукой, причем поступательное движение сообщалось не звуковой коробке, а цилиндру. Модель фонографа 1889 г. вводит поступательное движение не цилиндра, а диафрагмы, причем источником движения служит электродвигатель с шаровым регулятором скорости. В граммофоне Берлинера записывающий аппарат имел скорость 30 об/мин. В графофоне Тейнтера скорость нормального вращения цилиндра равнялась 180—190 об/мин.; поступательное движение сообщалось не цилиндру, а записывающей системе, и имело скорость около 26 мм/мин. В фонографе Вернера двигателем служит часовой механизм с шаровым регулятором и фрикционным тормозом. Эта система впоследствии оказалась наиболее практичной и усвоена многими другими конструкциями, в том числе и патефоном.

Производство рекордов. По рабочей функции необходимо различать: а) рекорды, несущие только службу записи, б) рекорды, служащие только для воспроизведения звука, и в) рекорды, совмещающие обе функции. Физические свойства составов для рекордов вышеуказанных трех функциональных типов д. б. различны, в связи с чем меняется и рецептура состава; последняя, впрочем, зависит также от экономических причин и от необходимости идти в сторону, не закрытую патентами.

Общие технические условия на составы рекордов для записи определяются основным требованием - не стеснять колебания диафрагмы. Если запись ведется через пластическую деформацию вещества рекорда, то оно д. б. возможно более мягким, лишь бы только след стиля сохранился на поверхности рекорда до закрепления звукозаписи и обработки рекорда. Если же запись осуществляется вырезанием по поверхности, то вещество рекорда д. б. достаточно твердым, чтобы не размазываться и не забивать стиля, а выкрашиваться или давать легко удаляемую стружку, требуя при этом наименьшего усилия. В обоих случаях состав рекорда д. б. вполне однороден или, во всяком случае, содержать дисперсную фазу низшего порядка малости, чем наименьшие из получаемых следов звукозаписи. В смысле температуры он д. б. достаточно легкоплавок, чтобы не затруднять отливки, но не настолько, чтобы рекорды могли размягчаться при температуре рабочего помещения. Вопрос о стоимости этого состава может считаться второстепенным, тем более, что по изготовлении матриц оригиналы м. б. переливаемы.

Составы для звуковоспроизводящих рекордов должны по возможности лучше сохранять при воспроизведении звука полученную ими звукозапись. Для этого вещество рекорда д. б. достаточно твердым, чтобы трение звуковоспроизводящего стиля не сглаживало и не сминало следов звуковой записи, особенно на выступах или крутых поворотах звуковой бороздки. Условием этой способности, кроме твердости, является возможно более высокая температур плавления, однако не настолько высокая, чтобы затруднялась отливка или штамповка. Обычно требуется, чтобы эта температура не превосходила 150°. Кроме того, состав таких рекордов д. б. достаточно однороден, чтобы не вносить при воспроизведении резких изменений в условия трения и удара о звуковоспроизводящий стиль. Однако требование однородности в этом случае далеко не столь жестко и строго, как для записывающих рекордов, т. к. при изготовлении воспроизводящих рекордов их поверхность сама собой приобретает сравнительную однородность и в процессе звуковоспроизведения стиль уже не будет наталкиваться на непредвиденные препятствия (что легко может происходить при процессе записи). Наконец, для воспроизводящих рекордов, в виду массового их изготовления и значительного количества идущего на каждый рекорд материала, немаловажно требование дешевизны состава. Т. о., требования, предъявляемые к рекордам записывающей и воспроизводящей функций, до известной степени исключают друг друга, вследствие чего граммофонное дело в массовом производстве резко обособило процесс звукозаписи от процесса звуковоспроизведения, приурочив каждый из них к отдельным рекордам и выработав для каждой категории специальные составы. В некоторых случаях, однако, - для научных звукозаписей, в домашнем быту, в деловых сношениях, при обучении и т. п. (т. н. диктовальные машины, или диктофоны) - оба процесса приходится вести на одном и том же рекорде и, следовательно, применять состав, который, по возможности, совмещал бы в себе те и другие свойства. Очевидно, такое совмещение возможно лишь путем частичного удовлетворения обеих функций. Другой способ объединения двух разнородных функций в одном рекорде заключается в преобразовании состава рекорда посредством отверждения его поверхности после нанесения записи. До известной степени приемы этого рода и применяются в отношении целлулоидных валиков Лиоре и восково-стеаратных рекордов Пате; но, вообще, подобные приемы разработаны недостаточно, вероятно, вследствие сравнительно малой промышленной потребности в них.

В первоначальных фонографах Эдисона (1877—87 гг.) валик с выдавленными на нем углублениями звуковой записи (фиг. 12 и 13) оклеивался тонким (1 г/дм2) листовым оловом, свинцом или листочками сплавов.

В первоначальных фонографах Эдисона валик с выдавленными на нем углублениями звуковой записи оклеивался тонким листовым оловом, свинцом или листочками сплавов

Попытки Эдисона улучшить этот валик потерпели неудачу, и выдавливание уступило место глубинному разрезанию поверхности и плоской звукозаписи (фиг. 14).

Плоская звукозапись

В 1879 г. Ламбриго применил воск для изготовления записывающего рекорда. В 1886 г. Тейнтер видоизменил этот способ, разработав производство картонных цилиндров, покрытых тонким слоем воска, на котором глубина нарезки составляла 1/6—1/4 мм. В 1888 г. Эдисон остановился на сплаве «отвержденного» воска, точный состав которого не был им публикован. Дальнейшая разработка выяснила значение стеаратов и затем монтанатов (натрия и других металлов): эти мыла, обладая твердостью и высокой температурой плавления, дают тембру звука звонкость и чистоту, а сплаву - однородность. Таблица 3  дает характеристику некоторых применяемых веществ, в сравнении с весьма совершенным, но трудно применимым на практике материалом - стеклом.

Физические свойства составных частей рекордных сплавов

Восковой валик Эдисона, по нанесении на него фонограммы, золотился с помощью катодного распыления током высокой частоты и затем покрывался гальванопластической медью. Т. о. получался медный негатив, с которого снимались восковые или целлулоидные копии. Звуковоспроизведение восковых валиков отличалось точностью, но сила звука была слаба и составляла приблизительно 1/16 силы звука современных дисковых граммофонов. Но особенными их недостатками были непрочность и значительный вес. Целлулоидные цилиндры были свободны от этих недостатков, но зато не давали чистой передачи вследствие невозможности при изготовлении копий очистить зазор от застревавших в нем воздушных пузырьков. В 1888 году Э. Томсон указал, что исходный прием Эдисона (выдавливание) мог бы дать ценные результаты, если бы было найдено вещество, дающее углубления, прямо пропорциональные амплитудам стиля.

В том же 1888 г. Э. Берлинер в Америке, желая сделать сопротивление рекорда движению стиля минимальным и получать углубления, пропорциональные амплитудам, применил принцип деформации в плоскости рекорда (фиг. 15).

Берлинер в Америке, желая сделать сопротивление рекорда движению стиля минимальным и получать углубления, пропорциональные амплитудам, применил принцип деформации в плоскости рекорда

Разработанный им прием звукозаписи - «искусство офортной гравировки человеческого голоса» - получил далее название фоногравюры. Исходя в технике записи из закопченного фонавтографического цилиндра Л. Скотта (1857 год), Берлинер перед закапчиванием поверхности стал ожирнять ее с помощью масляной краски. Разработанные им технические приемы фоногравюры несколько различны, в зависимости от той пластины, на которой вытравливается звуковой след. Малые пластины, не предназначенные к размножению, делаются из стекла. Стеклянный диск покрывается тонкой пленкой парафинового масла; это достигается наливанием на поверхность диска раствора 1 части парафинового масла в 20 ч. бензина или газолина, с последующим испарением растворителя и закапчиванием поверхности над лампой. По этому слою делается звукозапись, которая затем и протравливается. Пластины большего размера делают из листового полированного металла, обычно - цинка; поверхность листа покрывают тончайшим восковым слоем при помощи раствора 30 г тонко натертого чистого желтого пчелиного воска в 0,57 л бензина. Воск экстрагируют этим растворителем, затем экстракт тщательно декантируют от нерастворенных частей (белый воск) и прозрачную жидкость наливают на металлический лист, на котором после испарения бензина остается тончайшая иризирующая восковая пленка, губчатая, пористая и чрезвычайно чувствительная к малейшему прикосновению. Эту пленку покрывают вторым таким же слоем, защитным, после чего диск готов к записи. Во время записи на поверхность рекорда наливают слой жидкости (обыкновенного спирта или воды), смывающей посторонние пылинки и частицы вырезанного воска и облегчающей прорезание звуковой бороздки. Т. к. фонограмма еле видна, а до травления кислотой иногда нуждается в просмотре, то в некоторых случаях восковую пленку слегка закапчивают над камфорным пламенем, но осторожно, чтобы не расплавить воска. Травление фоногравюры делается водным раствором хромовой кислоты (1 в. ч. кислоты на 3 в. ч. воды, а по другим данным - 3% кислоты), не образующим пузырьков водорода, которые вредят чистоте травления. Оборотную сторону пластинки предварительно покрывают расплавленным воском или специальным лаком. Травление длится 15—20 мин.; уже по прошествии 10 минут бороздка протравливается на глубину 0,1 мм. Звуковая линия здесь непрерывна. Полученная гравюра уже способна давать звуковоспроизведение, но на практике она служит лишь оригиналом для гальванопластического изготовления медной матрицы, толщиной в 2—4 мм. При помощи этой матрицы, на термопластичном материале, который при температуре ниже 50° уже становится твердым и приобретает достаточное механическое сопротивление, оттискивают размножаемые копии. В качестве такого материала были испробованы целлулоид, твердый каучук, разнообразные воски и другие вещества, но без достаточного успеха. Лишь в 1897 г. был найден Берлинером, в сотрудничестве с Duranoid С°, подходящий материал - дураноид, один из электроизоляционных пластических составов, объединяемых американской электропромышленностью под общим названием «композиции» или «композиции, стойкой против невысоких температур» (класс С). Эта композиция состоит из смол с землистыми наполнителями, волокнами и красителями. Массы этого рода должны быть вязкими и не содержать зерен; растяжимость рекордных масс требуется большая, чем обычных формовочных. Запись по цинку страдала, однако, от присоединения к звуку посторонних шумов - шипения, треска и т. д., вызываемых некоторой неправильностью разъедания цинка при травлении и царапанием иглы о дно звуковой бороздки, в случае несоответствия между формой конца иглы и формой бороздки. В 1897 г. американец Джонс применил для записи на дисковых рекордах восковой состав, употреблявшийся до тех пор только для валиков. Принцип записи - углубленное вырезание воска по спиральной линии.

Воспроизводящие рекорды должны штамповаться при невысокой температуре и быть вполне твердыми при обычных температурах. Число воспроизведений с одной пластинки нередко должно доходить до 1000. Примерный рецепт одного из таких составов: при осторожном нагревании замешивают 24 части мелко просеянного кремнезема, 32 части мелко просеянного каолина, 16 частей барита (баритовых белил), 24 части шеллака марки N. Т., 2 части хлопчатобумажных волокон, 3 части канифоли и 4 части газовой сажи.

Современный процесс производства граммофонных пластинок состоит из пяти отдельных операций: 1) получение оригинального позитива при помощи сапфирового резца на восковом сплаве; 2) получение электролитического негатива из меди; для этого поверхность оригинальной фонограммы припудривается при помощи щетки графитовой пылью и протирается затем фланелью; ографичение может быть производимо в процессе записи, причем рекорд лучше всего нагревать струей воздуха при температуре около 60°; 3) получение электролитического позитива из серебра; 4) получение негативной матрицы из прессованного никеля (см. Гальванотехника); 5) получение готовой пластинки при помощи горячей штамповки в никелевой матрице.

Восковой сплав должен состоять из несохнущих и нерастворимых в воде мыл, не содержащих животных жиров. Состав его сложен, каждая составная часть несет в сплаве свою функцию; так, церезином, например, замещается пчелиный воск, парафин придает составу твердость, японский воск делает его пластичным, китайский воск (жир) понижает температуру плавления (которую можно регулировать также озокеритом), карнаубский воск придает составу чистый разрез, а пальмовый - удешевляет состав. Правильно подобранные составы обладают аморфностью, высокой температурой плавления, стойкостью, неизменяемостью объема с течением времени, непрогорькаемостью, не становятся ломкими или хрупкими, не усыхают, достаточно тверды или мягки, легко разрезаются, не содержат животного и, по возможности, растительного жира, не плесневеют.

При изготовлении граммофонных рекордов из стеаратов с наполнителями и волокнами (например, 185 кг стеариновой кислоты, 39 кг натронной щелочи и наполнителей по надобности) образуется мыло, свободное от масляной кислоты. В стеарат нужно перевести, однако, лишь 40% стеариновой кислоты, так как в противном случае температура плавления состава превысит 130—150°, что представляет затруднение при производстве. Именно по этому принципу, сложным машинным способом производятся рекорды Пате. Сам процесс сплавления ведется в котле, над прикрытым огнем, причем сначала нагревают равные части твердого пчелиного воска и выветрелого стеарина, а затем добавляют по каплям едкий натр; после этого вводится (в количестве 25% от находящейся в котле массы) смесь из равных частей асфальта и вара, и состав снова расплавляется. Если нужно, чтобы состав был более ломок, то добавляют стеарин или его суррогат; если же состав должен медленно достигать расплавленного состояния то добавляют щелочь. Другими ингредиентами можно изменять прочие физические свойства состава. В некоторых случаях восковой состав (40 ч. натронного щелока плотностью 37° Вѐ, 184 ч. стеариновой кислоты, 3,25 ч. гидрата окиси алюминия и 33 ч. парафина) наносится на жесткие пластинки -  стеклянные, картонные, целлулоидные, даже стальные или железные. Применение целлулоида для записи разработано Лиоре, причем поверхность целлулоидного цилиндра размягчается (способом, остающимся в секрете) и подвергается затем обточке и тщательной полировке на вращающемся барабане, после чего производится запись острием, выдавливающим на поверхности следы.

Дороговизна и огнеопасность целлулоида служат препятствием к широкому применению его для звуковоспроизводящих рекордов. Более дешевые и безопасные пластины изготовляются из наслоенных листов целлулоида, с прослойками веществ, плавящихся при горении и выделяющих огнегасящие газы; кроме того, такие пластины покрывают смесью смол и тяжелого шпата. Производство этих пластин прессованием и способы устранять неравенства напряжений описаны В. А. Реко. Для повышения звучности и чистоты тона к целлулоиду прибавляют стеариновую кислоту.

Из других оснований для рекордов применяют галалит, целлон, вискоид, бакелит и т. д. Как видно из табл. 4, где приведены наиболее характерные составы рекордов, применяются пять типов составов, б. ч. в зависимости от основания: шеллачный, битуминозный, эстеро-целлюлозный, бакелитовый и восковомыловой.

Составы рекордов граммофонных пластинок

Составы рекордов граммофонных пластинок

Составы рекордов граммофонных пластинок

Производство рекордов с фонограммами, составляющее в настоящее время обширную отрасль промышленности, имеет ряд тонкостей, ревниво скрываемых фирмами, вследствие чего литература этого дела настолько же бедна, насколько богата реклама. Наряду с чисто химическими и физическими процессами, производство граммофонных рекордов имеет также психофизиологическую, эстетическую и общественную стороны, без учета которых руководство «фабрикой музыки и слова» не может быть планомерным, а качество продукции - достаточно высоким. Одну из наибольших трудностей при звукозаписи составляет выбор благоприятных условий для правильной передачи оркестровой музыки и, в особенности, хорового пения, так чтобы сохранилось звуковое равновесие между отдельными инструментами или певцами. Кроме того, весьма существенным является также вопрос о достаточной силе звука при воспроизведении. Согласованность звуковой передачи различных инструментальных или вокальных партий достигается: применением весьма больших рупоров, а иногда рупорообразной формой самой мастерской, где ведется звукозапись, присоединением нескольких отдельных рупоров к звуковой камере регистрирующего граммофона и передачей отдельных партий при помощи отдельных микрофонов, электрически объединяемых в общем репродукторе записывающего аппарата. Силы звука достигают применением микрофонов, передающих репродуктору звук в усиленном виде. В 1889 году Дюссо указал также на возможность усиления звука с помощью «перепечатки» записи с одного рекорда на другой, большего диаметра; при такой вторичной записи сила звука и чистота его повышаются.

Представление о емкости рекордов могут дать следующие числа. Первоначальные граммофонные цилиндры (1879 год) имели диаметр 10 см, и на 200 слов фонограммы требовалось около 25 мм высоты цилиндра. Цилиндры Тейнтера (1889 г.) имели диаметр 3,2 см и высоту 15 см; на таком цилиндре м. б. записано около 1000 слов, что соответствует пятиминутному разговору. Уменьшение хода винтовой линии звукозаписи позволило Эдисону в 1891 г. повысить емкость рекордов до 800—1000 слов на цилиндре в 15 см диаметром и 20 см высотой. Для характеристики современных пластинок можно указать, что IX симфония Бетховена м. б. записана целиком на 7 двусторонних пластинках диаметром 30 см (одно время пытались превзойти этот размер и ввести пластинки диаметром 35 см, но это увеличение распространения не получило).

Применение граммофона. С момента изобретения граммофона в 1877 г. изобретатели выражали уверенность, что новый прибор получит большое значение, а именно, как формулировали Эдисон и Берлинер: для передачи продиктованных распоряжений, для записи судебных процессов, для воспроизведения речей и вокальной музыки, для обучения, для ведения корреспонденции, для чтения слепым в госпиталях, для семейной хроники и предсмертных распоряжений, для сохранения языков и наречий и т. д. По прошествии более полувека из этих применений граммофона вошли в практику далеко не все и далеко не в предсказанном масштабе, но зато появился ряд новых, отчасти непредвиденных. Сюда относятся: 1) Микрофонография - род микроскопии звука посредством микрофонографа Дюссо («звуковая лупа»). Это - фонограф, диафрагма которого приводится в действие малыми электромагнитами, возбуждаемыми токами от микрофона. Микрофонограф применяется: для обучения глухих и глухонемых и для раскрытия у них способности речи; для изучения биений сердца в связи с душевным состоянием; для медицинской диагностики шумов в сердце и в легких. 2) Судебное применение - для фиксирования и представления доказательств. 3) Изучение языка животных (Гарнер), пения птиц и т. д. 4) Изучение фольклора - запись народных песен, сказаний, былин (например, запись фольклора вымирающих индейцев Д. Фьюксом, запись наших северных песен Линевой и песен средней полосы Пятницким). 5) Медицинское применение - для изучения изменений, вызываемых в голосовом аппарате различными болезнями (Гарт). 6) Замена стенографирования - на конгрессах и съездах и в деловой корреспонденции. 7) Изготовление говорящих кукол. 8) Обучение посредством фонографа, причем учащиеся, сдавая свои уроки фонографу, имеют возможность проверить себя и в свое время получить оценку преподавателя. 9) Изучение физиологии и звукового состава речи, причем первоначальная запись транскрибируется в измененном масштабе, значительно увеличенном по направлению колебаний. Герман применял для этого оптический способ с помощью светового луча и зеркальца, колеблемого рычажком, соединенным с записывающим стилем; для акустических исследований Герман и Бевье построили специальные фонографы, а Скрипчур и Гаузер придумали особые машины для механической транскрипции звуковых кривых как плоских, так и углубленных. Машина Скрипчура представлена на фиг. 16; она имеет уравнение времени, примерно: 1 мм = 0,0004 сек. и увеличение амплитуд в 250 раз; при транскрипции кривая вычерчивается ею на бумаге.

Машина Скрипчура

10) Теоретическое изучение музыки и пения, в особенности изучение тембра. 11) Научные эксперименты в области фонетики; так, например, при помощи граммофона был решен спор Гельмгольца и Кенига о природе обертонов, характеризующих гласные буквы: а именно, обертоны оказались имеющими абсолютную высоту.

Граммофонная промышленность. Производство граммофонов особенно развилось в Америке, Англии и Германии. Французское граммофонное общество связано с английским, имеющим фабрики также в Барселоне и в Милане. В России с 1912 г. действовали два иностранных акционерных граммофонных общества с капиталом свыше 7 млн. р. и годовым оборотом свыше 20 млн. р. В настоящее время в СССР производством граммофонных пластинок занимается завод «Пятилетие Октября» (ст. Апрелевка М.-К.-В. ж. д.). Стоимость цинковых пластин Берлинера (15 см диаметром) в 1897 г. была 1,5 марок. В 1901 году во Франции фирма Йемена выпускала чистые фонографические цилиндры по 0,35 фр.; цилиндры, с записью по 0,85 фр., причем за временное пользование взималось 0,50 фр., а за счистку записи 0,15 фр. В настоящее время в Америке в ходу свыше 100 млн. пластинок, и весьма быстро растет граммофонная «литература» германского производства; обзор граммофонной «литературы» дан Р. Лотаром. Торговый оборот Германии в обсуждаемой области характеризуется для первой половины 1914 г. следующими числами: экспорт граммофонных пластинок 809,6 тыс., импорт - 0,8 тыс.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.