Из истории БРА низких частот

Георгий Члиянц (UY5XE)

Вполне естественно, что разработка бытовой радиоэлектронной аппаратуры (БРА) в области низких частот, как и любая другая отрасль радиоэлектроники, основывается на общих как теоретических, так и практических разработках в области радиотехники.

К основным, из теоретических и практических разработок изобретений, легших в основу появления как базовых элементов, так и готовых конструкций и изделий БРА, можно отнести основные «вехи» второй половины XIX века:

- Изобретение 3 июня 1875 г. магнитного микрофона шотландским изобретателем Александером Грейамом Беллом [1847-1922], а также получение им в период 1884-86 гг. ряда патентов в области записи и воспроизведения звука.

- Изобретение американцем Томасом Алвой Эдисоном [1847-1931] в 1875 г. пневматического усилителя "аэрофона"), в котором поток сжатого воздуха в трубке управлялся голосом говорящего в вентиль с мембраной.

- Предоставление 3 апреля 1877 г. французским поэтом, музыкантом и учёным Шарлем Кро [1842-1888] Французской академии своего доклада "Процесс записи и воспроизведения явлений, воспринимаемых «слухом»".

- Изобретение Томасом Алвой Эдисоном 13 августа 1877 г. фоновалика, вошедшего в историю как "Звуконоситель фонографа Эдисона", на котором была записана первая в мире фонограмма.

Примечание: Эдисон интересовался этой проблемой из-за частичной потери своего слуха. От обернул цилиндр станиолем, установил вплотную к ним иглу, с помощью рукоятки приёел цилиндр во вращение и в рупор, подсоединенный к игле, прокричал детские стихи: «У нашей Мэри есть маленькая овечка» и опять, приведя цилиндр во вращение, из рупора услышал разборчиво свой голос. Через 10 лет он доработал свой фонограф и в 1888 г. записал на фонограмму игру 12-и летнего пианиста Джозефа Гофманна. Впоследствии, Эдисоном был изобретён угольный микрофон (1889 г.), создан прототип диктофона и др. устройств БРА.

- Создание в 1888 г. немецким инженером Эмилем Берлинером [1851-1929] первой граммофонной пластинки (цинковый диск, покрытый тонким слоем воска) и аппарата для воспроизведения звука - граммофона (позже, его портативный вариант был назван патефоном). "Диск Берлинера" позволял снимать с него металлическую копию-матрицу (1903 г.) для массового производства грампластинок методом штамповки: вначале из целлулоида, затем - из эбонита и каучука, а позже - из шеллачных смол - винилита (первая в мире грампластинка, сделанная Берлинером, хранится в Национальном музее США в Вашингтоне).

- Изобретение в 1898 г. англичанином Оливером Джозефом Лоджем [1851-1940] громкоговорителя, основанного на изобретении его составной части - колебательного механизма (патент от 1877 г.); немецкого электротехника и предпринимателя Эрнста Вернера Сименса [1816-1892], вошедшего в историю и как организатора крупных концернов: "Сименс и Гальске" и "Сименс и Шуккерт").

- Изобретения американца Ли де Фореста [1873-1961]: в 1906 г. - триода и позже, на его основе, лампового детектора и усилителя ("аудион Ф"), а в 1916 г .- системы звукозаписи ("фонофильм").

- В 1890 г. предприниматель Джонсон открыл в городке Камдена (шт. Нью-Джерси, США) небольшую механическую мастерскую по производству грампластинок и фонографов (впоследствии переросшую в крупнейший концерн "PCA Victor" - сфера интересов Берлинера и Джонсона). В конце 19-го - начале 20-го веков создаются компании и фирмы по производству граммофонов и патефонов: в США - "Columbia" (сфера интересов Белла и Тэйнтера) и "Edison", "Pathe" (Франция), "His Master's Voice" (Великобритания) и "La voce del Padrone" (Италия). В 1901-02 гг. английским акционерным обществом "Граммофон" в Риге открывается фабрика по производству граммпластинок. К началу 20-го века было выпущено около 3 тыс. наименований пластинок общим тиражем свыше 4 млн. экз. (до 1903 г. грампластинки выпускались только односторонние и главным образом с записями декламационно-разговорного жанра, маршей, вальсов, песен и романсов, т.к. инструментальную музыку не позволяло производить техническое несовершенство записи).

В 1903 г. в США и Великобритании появились двухсторонние диски пластинок.

В 1905 г. изобретатель Пате создал фонограф, который был им запатентован под названием "оксетофон" (auxetofon), у которого мембрана была соединена с вентилем иглы.

В 1907 г. в Париже грампластинки с записями выдающихся певцов Ф. Таманьо, Э. Карузо и А..Патти были торжественно помещены в оцинкованные герметические футляры для сохранения (было принято решение об их вскрытии через 100 лет - что произошло в 2007 г.).

С годами, скорость вращения диска у проигрывающих аппаратов изменялась от 90-100 об/мин до 76-80 об./мин. В 1925 г. в мире был принят единый стандарт - 78 об./мин. Запись на диск производилась по т.н. методу поперечно-глубинной записи.

Тем не менее промышленность по производству грампластинок была на пороге выдающихся достижений, которые вывели выпускаемую ею развлекательную аппаратуру далеко вперед по сравнению с громоздкой пластинкой, рассчитанной на 78 об./мин и тяжелыми звукоснимателями со стальными иглами. Специалисты этой отрасли поняли, что более легкий звукосниматель позволит уменьшить износ пластинок и улучшить качество работы. И поэтому, соединив иглу с биморфным пьезоэлементом из кристалла сегнетовой соли, изготовители выпустили к концу 30-х годов на рынок целый ряд кристаллических (корундовых) звукоснимателей, позволяющих снимать с пластинки сигналы при нажиме 28-56 грамм.

В 30-е годы вместе с корундовыми звукоснимателями появились и регуляторы тембра звука.

Уже начиная с 30-х годов инженеры стремились к трем вещам: более достоверному воспроизведению, более долгоиграющим пластинкам и к более реалистичному звуку. Так например, английский изобретатель Блюмлейн и исследователи американской фирмы "Bell Telephone Laboratories" (под руководством д-ра Флетчера) почти одновременно продемонстрировали в 1933 г. стереофоническое воспроизведение звука головными телефонами, в основе которого лежало воспроизведение "бинаурального" звука. Так например, 25 апреля в Вашингтоне в зале Конституции воспроизводился концерт филадельфийского оркестра, транслируемый из музыкальной академии в Филадельфии с использованием трехканальной системы. Правда, следует отметить, что в книге Оффенхаузера есть упоминание о том, что еще якобы в 1881 г. в Парижской опере применялись два отдельных микрофонных и телефонных канала.

В дальнейшем система стереофонии улучшалась многими исследователями. Например, американец В..Сноу в 1936 г. получил патент на использование группы громкоговорителей, из которых высокочастотные размещались в центре, а низкочастотные - на краях. Чуть позднее, американец Б. Богерт зарегистрировал свое изобретение на использование дополнительного третьего канала, от которого сигнал через цепь задержек подавался на громкоговоритель, расположенный в середине.

В апреле 1941 г. в американском журнале "Electronics" был описан метод получения стереофонической записи на обыкновенной пластинке: запись двух полос - одной по внешнему, а другой по внутреннему краю канавки - производились при помощи двух режущих головок. А воспроизведение звука осуществлялось двумя звукоснимателями. Двумя годами позже в этом же журнале была предложена схема, при помоши которой можно было разделить звуковой сигнал на высокие и низкие частоты, для того чтобы создать иллюзию стереофонии (т.н. псевдостереофония).

В 1941 г. основатель компании "Electro-Voice" Альберт Кан (его радиолюб. позывные, начиная с 1921 г. и в течении жизни: были: 9BBI, op. HV1CN, J37M, G5BBF, GW5BBF, K4FM/KL7, K4FM/V4, W8DVS, XE0DUS) [1906-?] изобретает дифференциальный микрофон с подавлением шумов.

В ноябре 1945 г. Пол В. Клипш опубликовал специальную схему для возбуждения высокочастотного и низкочастотного громкоговорителей от одного усилителя (неравномерность характеристики в которой не превышала 2 дБ в пределах от 30 до 10000 Гц).

В марте 1945 г. американская фирма RCA выпустила проигрыватель с автоматической сменой пластинок, работавший со скоростью 45 об/мин и при производстве которых был использован для стереофонической записи метод 45/45 (один канал записывался на внутренней стенке канавки при движении под углом в 45 град., а другой - на наружной при движении также под углом в 45 град.). Однако качество большинства этих первых стереопластинок было плохим, т.к.имелись механические дефекты, которые сказывались на появление перекрестных связей между каналами (метод 45/45 полностью вытеснил поперечно-глубинный метод записи только в 1957 г.).

Тем временем, отрасль, выпускающая аппаратуру для воспроизведения грамзаписей, была на пороге революционных изменений. В июне 1948 г. сотрудники американской фирмы "Columbia Broadcasting System Laboratories" Питер Голдмарк, Рин Спенванджерс и Уильям Бахман сообщили о создании новой долгоиграющей пластинки.Этот диск, рассчитанный на скорость воспроизведения 33 1/3 об./мин., мог звучать до 50 мин, тогда как время звучания пластинки, рассчитанной на скорость 78 об./мин., составляло только 8 мин (канавки новой пластинки имели ширину 66 мкм, а у пластинки на 78 об./мин. - 150 мкм; радиус канавки был 5 мкм против 38, т.е. эта долгоиграющая пластинка содержала в среднем 10,2 дорожки/мм по сравнению с 4 дорожками/мм у обычной пластинки). Ключом к успеху оказалось использование винилитового пластика, нового эффективного и лёгкого тонарма, а также усовершенствования в механизме привода проигрывателя.

Следует отметить, что такие долгоиграющие пластинки выпускались и ранее (в начале 30-х гг - для нужд военного ведомства и для озвучивания кино), но не смогли в то время дойти до массового потребителя из-за сложности нарезки канавки с достаточно малым шагом и возникшими проблемами по шумам и искажениям.

Определенные усовершенствования и нововведения были сделаны в схемах и конструкциях самих электропроигрывателей и усилителей (в основном – благодаря появления транзисторов), микрофонов и динамических громкоговорителей (благодаря внедрению новых технологий и материалов).

Впечатляющие успехи были достигнуты в совершенствовании аппаратуры записи на магнитную ленту. Так например, в июне 1955 г. фирма RCA сообщила о создании экспериментального цветного видеомагнитофона.

Резко продолжало возрастать и производство бытовых звуковых магнитофонов (например, только в США - с 255 тыс. в 1954 г. до 700 тыс. в 1959 г.).

Радикальное улучшение качества записи и воспроизведения звука и выпуска соответствующей БРЭА и ее основных компонентов и узлов способствовало, в свою очередь, развитию контрольно-измерительной аппаратуры. Но это уже другая история ....

Литература и источники:
1. "Труды Института радиоинженеров - ТИРИ" (Proceedings of the IRE) (М.: "ИЛ", 1962, две части - 1517 c.).
2. "Электроника: прошлое, настоящее, будущее" (Пер.. с анг. под ред. чл.-кор. АН СССР В.И. Сифорова (М.: "Мир", 1980, - 296 с.).
3. БСЭ (третье изд.). (М.: "СЭ", 1970-78:, т. 7 - с. 243-244, т. 23 - с. 389)..
4. "ANTIQUE RADIO" [#19/1997 - 44 р.).
5. Г. Члиянц, UY5XE. "Из истории аппаратуры грамзаписи" ("Радиомир"; 2004: #5 - с. 39, #6 - c. 37, #7 - c. 38).