Русская Википедия:Патент Великобритании № 394325

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Neumann TELDEC-Kupferfolien-Schneidkopf crop.jpg
Студийный рекордер стереофонической грамзаписи системы 45/45. Электромагнитные приводы левого и правого каналов ориентированы под углами +45° и −45° к вертикальной оси. Система звукозаписи 45/45 была впервые предложена Блюмлейном в патенте № 394325, испытана на практике в декабре 1933 и январе 1934 года и стала мировым стандартом в конце 1950-х годов

Шаблон:Аудиостатья введение

Патент Великобритании № 394325 «Усовершенствования систем передачи, записи и воспроизведения звука» (Шаблон:Lang-en) — фундаментальнаяШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn работа Алана Блюмлейна по вопросам стереофонической записи и воспроизведения звука, написанная в 1931 году и опубликованная в 1933 году. Текст, существующий только в форме патента и поясняющих его служебных записок, включает изложение психоакустической теории стереофонииШаблон:Переход, программу практических шагов по внедрению стереофонии в звуковое кино и индустрию звукозаписи и описание изобретённых Блюмлейном технологий, из которых важнейшими являются матричная обработкаШаблон:Переход суммарных и разностных составляющих стереосигнала (MS-матрица) и система двухкомпонентной стереофонической грамзаписи 45/45Шаблон:Переход. Формула изобретения содержит беспрецедентные 70 пунктовШаблон:SfnШаблон:Sfn[1].

В 1933—1935 годы Блюмлейн построил опытные стереофонические тракты записи-воспроизведения и записал две серии стереофонограмм — на механические и оптические носители. Идеи изобретателя опередили своё время на четверть века: промышленное производство стереофонических пластинок стало реальностью лишь во второй половине 1950-х годов, когда срок охраны патента уже истёк. Блюмлейновская система записи 45/45 стала мировым стандартом стереофонической грамзаписи, а сам изобретатель получил посмертное признание как «изобретатель стереофонии»Шаблон:Sfn, точнее — долгоиграющей стереофонической грампластинки, основного формата звукозаписывающей индустрии в 1960—1980-е годыШаблон:Sfn.

Предыстория

Файл:Stereo paths by Ader, Keller and Blumlein RUS.svg
Опытные стереофонические трансляционные тракты Адера, Келлера и Блюмлейна. В минимальной, трёхканальной конфигурации Келлера стереоэффект ощущался только на оси центрального каналаШаблон:Sfn

В 1881 году Клеман Адер продемонстрировал на парижской электротехнической выставке «театрофон» — практическую систему прямой трансляции звука по телефонным линиямШаблон:Sfn[2]. Угольные микрофоны, установленные на сцене Парижской оперы, модулировали электрические токи в телефонных линиях и возбуждали звуковые колебания в телефонных капсюлях абонентов[2]. Случайно, экспериментируя с двумя параллельными трансляционными линиями, Адер обнаружил стереоэффект. Система стереофонической трансляции, в которой каждое ухо слушателя воспринимает сигнал лишь одного из двух стереоканалов, получила название бинауральной (в публикациях Адера — Шаблон:Lang-fr)Шаблон:Sfn. Бинауральный «театрофон» не нашёл спроса из-за низкого качества звучания и необходимости использовать две телефонные линии (для левого и правого стереоканалов); коммерческие сети «театрофона», успешно действовавшие во Франции, Великобритании, Италии и Венгрии[2] до конца 1920-х годов, были монофоническимиШаблон:Sfn[2]Шаблон:Sfn.

В начале XX века Джон Стретт (лорд Рэлей) сформулировал теорию пространственного восприятия звука человеком[3]. В двухфакторной модели Рэлея локализация низкочастотных звуков определялась прежде всего разницей фаз сигналов, регистрируемых левым и правым ухом, а локализация высокочастотных звуков — разницей их уровней (амплитуд)Шаблон:Sfn. Рэлеевская модель в целом действует и в XXI веке; к временны́м (фазовым) и амплитудным межушным разницам добавляется третий механизм — анализ различий в спектрах левого и правого сигналовШаблон:Sfn. В годы Первой мировой войны вопросы бинаурального слуха изучались применительно к задачам противовоздушной обороны, контрбатарейной стрельбы и гидролокации на флотеШаблон:Sfn. Тогда же появились и электронные усилители на триодах, позволившие воспроизводить звук через громкоговорители. Первые опыты с воспроизведением бинаурального сигнала (в то время существовавшего только в виде прямой трансляции) через громкоговорители окончились неудачей: стереоэффект, отчётливо ощущаемый в наушниках, при воспроизведении громкоговорителями ослабевал или вовсе отсутствовалШаблон:Sfn.

В 1930 и 1931 годы решением этой проблемы занялись конструкторы крупнейших американских и британских корпорацийШаблон:Sfn. Совершенствование стереофонии не могло принести немедленных практических выгод: главный заказчик звуковой техники — кинематограф — довольствовался достижениями конца 1920-х годовШаблон:Sfn; техническое перевооружение киносетей в условиях Великой депрессии было невозможноШаблон:SfnШаблон:Sfn. Однако корпорации, стремившиеся нарастить пакеты патентов и через них собственное влияние в отрасли, продолжали исследовательские работы и поддерживали изобретателейШаблон:Sfn. Первыми, независимо друг от друга, добились осязаемых результатов Шаблон:Нп5 и Шаблон:Нп5 из «Лабораторий Белла» (США) и Алан Блюмлейн из британской компании Columbia GraphophoneШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Флетчер, следуя стратегии «Лабораторий Белла» — совершенствовать традиционную телефонную связь, занялся бинауральным воспроизведением через наушники; его целью была передача на расстояние точной «акустической копии» звуковых образовШаблон:Sfn. Трансляционные установки Флетчера создавали в наушниках слушателей высококачественные объёмные «копии» исходных стереосцен, но для озвучивания кинозалов громкоговорителями не годилисьШаблон:Sfn. Келлер, напротив, сосредоточился на Шаблон:Нп5. Расставив вдоль сцены линейку микрофонов, он пытался регистрировать широкий «акустический фронт»Шаблон:SfnШаблон:Sfn. Усиленные сигналы с микрофонов подавались на линейку громкоговорителей в удалённой аудитории, имитируя «акустический фронт» концертного залаШаблон:SfnШаблон:Sfn. Минимальная работоспособная стереосистема Келлера состояла из трёх каналов (левого, центрального и правого); она достаточно точно воспроизводила ширину стереосцены и отчасти её глубину, но лишь для слушателей на оси центрального каналаШаблон:Sfn. Попытки обойтись всего двумя каналами вновь закончились неудачей: стереосцена разваливалась на два изолированных источника звукаШаблон:Sfn.

Блюмлейн отказался и от воссоздания «акустических фронтов», и от точного копирования звукового поляШаблон:Sfn. При записи бинаурального сигнала микрофоны должны фиксировать не «акустический фронт», а сигналы, которые услышал бы слушатель на концерте или кинооператор на съёмочной площадкеШаблон:Sfn. Расстояние между двумя микрофонами должно равняться расстоянию между ушами человекаШаблон:SfnШаблон:Sfn. При воспроизведении звука громкоговорителями создание копии невозможно, но можно обмануть слух человека правдоподобной иллюзией оригинала. Для этого, полагал Блюмлейн, следует намеренно исказить фазовые и амплитудные соотношения записанных сигналовШаблон:Sfn.

Публикация

Шаблон:Внешние медиафайлы

14 декабря 1931 года Блюмлейн депонировал предварительный текст заявки в патентном ведомствеШаблон:SfnШаблон:Sfn. Окончательная редакция текста была утверждена 10 ноября 1932 года, и получила статус патента Великобритании 14 июня 1933 годаШаблон:Sfn. Первая официальная публикация патента № 394325 занимала 22 страницы текста и 11 иллюстраций на двух страницахШаблон:Sfn; в американском журнальном переиздании 1958 года патент занимает девять страницШаблон:Sfn. Формула изобретения включала беспрецедентныеШаблон:Sfn[1] для своего времени 70Шаблон:Sfn (или, по другим подсчётам, «более 70»Шаблон:Sfn) пунктов — в десять раз больше типичного патента 1930-х годов[1].

В архивах EMI сохранилось две позднейшие рукописи Блюмлейна, разъясняющие основные положения его патента. 4 июля 1932 годаШаблон:Sfn Блюмлейн составил подробное изложение патента на восемнадцати страницахШаблон:Sfn. Предположительно, этот текст был черновой редакцией служебной записки, адресованной техническому директору EMI Исааку ШёнбергуШаблон:Sfn. Сама же записка, направленная Шёнбергу и прочитанная им, была датирована 21 июля 1932 года и состояла из всего восьми машинописных листовШаблон:SfnШаблон:Переход.

Основной целью Блюмлейна было внедрение объёмного звука в кинематограф; это подтверждается и воспоминаниями немногочисленных свидетелей, и самим текстом патентаШаблон:SfnШаблон:Sfn. Вероятно, что Блюмлейн начал теоретические изыскания не раньше марта 1931 годаШаблон:Sfn; ход этих изысканий, предшествовавших патентной заявке, достоверно не известенШаблон:Sfn. Блюмлейн не вёл рабочих журналовШаблон:Sfn и не публиковал ни научных, ни популярных статейШаблон:SfnШаблон:Sfn; первое документальное свидетельство его работ по стереофонии — рукопись с изложением принципа «тасования»Шаблон:Переход — датировано 25 сентября 1931 годаШаблон:Sfn. Практические опыты в 1931 году были невозможны по чисто организационным причинамШаблон:Sfn: в марте началось слияние Columbia Graphophone и её конкурента Gramophone Company в новую компанию — EMI; в ноябре лаборатория, в которой работал Блюмлейн, переехала на Шаблон:Нп5 в Шаблон:Нп5Шаблон:Sfn.

Слова «стерео», «стереофония», «стереофонический» в патенте и рукописях отсутствуют: Блюмлейн использовал исключительно термин «бинауральный звук»Шаблон:Sfn. Текст патента не упоминает какие-либо работы предшественников Блюмлейна, помимо практического опыта акустиков-подводников (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn. В 1950-е и 1980-е годы американские критики предположили, что Блюмлейн, в 1924—1928 годы работавший в лондонском отделении Western Electric, мог быть осведомлён о ходе работ Келлера и Флетчера, но никаких доказательств заимствования не нашлиШаблон:SfnШаблон:Sfn. Достоверно известно лишь то, что в своём опытном стереофоническом тракте Блюмлейн использовал микрофоны и узлы звукозаписывающих рекордеров Western Electric. Вопрос о приоритете в разработке идей стереофонии не имеет решения, вопрос о заимствовании конструкторских решений никогда не поднимался — слишком уж разными они оказалисьШаблон:Sfn. Такое заимствование не имело практического смысла: коммерциализация стереозвука была делом слишком далёкого будущегоШаблон:Sfn. Изобретатели по обе стороны Атлантики работали буквально «на полку»; их идеи стали реальностью лишь через четверть векаШаблон:Sfn.

Идеи изобретателя

Психоакустические основы стереофонии

Блюмлейн-изобретатель был человеком скромным и непритязательным; он вряд ли осознавал масштаб собственного таланта и значение того или иного изобретенияШаблон:Sfn. Иначе обстояло дело с патентом № 394325Шаблон:Sfn. Объём заложенных в него идей и их потенциальное практическое значение были столь велики, что Блюмлейн счёл необходимым предварить формулу изобретения изложением психоакустических основ стереофонииШаблон:Sfn. Модель пространственного восприятия звука, изложенная Блюмлейном в вводных главах патента, следует двухфакторной модели Рэлея, с рядом уточненийШаблон:SfnШаблон:Sfn:

  • на низких частотах положение источника звука определяется преимущественно разницей фаз. Так как стереобаза человеческого слуха значительно меньше длины волны, то амплитуды низкочастотных волн, регистрируемые левым и правым ухом, практически совпадают, а их разница практически не влияет на локализацию источника звука. По той же причине разница фаз «левой» и «правой» волн однозначно указывает направление на источник звука, и именно на разницу фаз ориентируется мозг человекаШаблон:SfnШаблон:Sfn;
  • на высоких частотах разница фаз перестаёт быть надёжным индикатором положения источника. Одно и то же значение разницы фаз может соответствовать нескольким различным направлениям, поэтому на высоких частотах мозг человека ориентируется не на разницу фаз, а на разницу амплитуд. Так как на высоких частотах голова человека становится эффективным акустическим экраном, разделяющим левое и правое ухо, то относительная разница амплитуд может достигать значительных величин, легко регистрируемых слуховым аппаратомШаблон:SfnШаблон:Sfn;
  • быстро нарастающие, перкуссивные сигналы высокой частоты локализуются в зависимости от временной задержки между фронтами звуковых импульсов, регистрируемых левым и правым ухомШаблон:Sfn.

Граница между высокочастотной и низкочастотной областями, по Рэлею, проходила в области 1,5…3 кГцШаблон:Sfn. Блюмлейн уточнил, что эта граница в действительности является широкой, в несколько октав, полосой частот, в которой действуют оба механизма локализации — и амплитудный, и фазовыйШаблон:SfnШаблон:Sfn. Амплитудный механизм начинает проявляться на частотах выше 700 Гц; ниже этой отметки слушатель ориентируется исключительно на разницу фазШаблон:SfnШаблон:Sfn. Именно на низких частотах, полагал Блюмлейн, и происходит утрата стереоэффекта при воспроизведении бинауральной записи громкоговорителямиШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Основной причиной утраты была широкая диаграмма направленности тогдашних микрофонов. Студийные микрофоны конца 1920-х годов были, за редкими исключениями, микрофонами давленияШаблон:Sfn. Диафрагма такого микрофона воспринимает акустические колебания только одной, внешней, стороной, при этом характеристика направленности, в зависимости от конструктивного оформления, варьирует от кардиоидной до круговойШаблон:Sfn. Блюмлейн математически доказал, что информация о фазовых разницах между левым и правым каналами, регистрируемая ненаправленными микрофонами давления, сохраняется при воспроизведении через наушники, но утрачивается при воспроизведении громкоговорителямиШаблон:Sfn. Сложение звуковых волн, излучаемых левым и правым громкоговорителями, не только стирает информацию об исходной разнице их амплитуд, но и неизбежно искажает, нивелирует исходный фазовый сдвиг двух сигналовШаблон:Sfn.

Для того, чтобы компенсировать искажение фаз, писал Блюмлейн, следует усилить исходную разницу амплитуд низкочастотных сигналов. Если исходные разницы амплитуд и фаз указывают на то, что виртуальный источник звука располагается слева от слушателя, следует усилить сигнал левого канала и ослабить сигнал правого канала, и наоборот. Технология такой манипуляции исходным стереосигналом и составляет основу патента № 394325Шаблон:SfnШаблон:Sfn. Манипуляция высокочастотными составляющими сигнала, по Блюмлейну, была нежелательнаШаблон:Sfn. Механизм их восприятия был ещё не изучен, и изобретатель тщательно избегал вторжения в высокочастотную областьШаблон:Sfn.

Матричная обработка стереосигнала

Традиционное восприятие стереозвука, сложившееся спустя десятилетия после гибели Блюмлейна, рассматривает стереофонический сигнал как совокупность двух независимых каналов, левого и правогоШаблон:Sfn. Блюмлейн предложил иной подход: стереофонический сигнал состоит из общего для левого и правого каналов монофонического сигнала (M, от Шаблон:Lang-en — «средний») и разностного сигнала, задающего пространственную локализацию звуковых образов (S, от Шаблон:Lang-en — «боковой»)Шаблон:Sfn. Сигналы M и S формируются из первичных сигналов левого (L) и правого (R) каналов элементарным сложением и вычитанием напряжений: Шаблон:Кратное изображение

M = 0,7017 (LШаблон:Nbsp+Шаблон:NbspR)
S = 0,7017 (LШаблон:Nbsp-Шаблон:NbspR),

и могут быть без потерь преобразованы обратно в сигналы левого и правого каналов:

L = 0,7017 (MШаблон:Nbsp+Шаблон:NbspS)
R = 0,7017 (MШаблон:Nbsp-Шаблон:NbspS)Шаблон:Sfn.

Электронный сумматор-вычитатель, реализующий эти преобразования, в англоязычной литературе получил обозначение MS-матрицы (MS matrix, MS array). В авторском варианте Блюмлейна это была полностью обратимая цепь на двух широкополосных трансформаторах; в полупроводниковой схемотехнике применяются однонаправленные матрицы на резисторах и операционных усилителях. Масштабирующий коэффициент 0,7017 соответствует условию равенства мощностей входных и выходных сигналов (L2+R2 = M2+S2); в практических устройствах он может принимать и иные значенияШаблон:Sfn.

Простейшая форма обработки MS-сигналов, предложенная Блюмлейном в патенте 394325, — манипуляция виртуальной шириной стереосцены. Для сужения стереосцены следует ослабить разностный сигнал S; ослабление S до нуля полностью уничтожает пространственную информациюШаблон:Sfn. Для расширения стереосцены разностный сигнал S следует усилить. Оптимальный вариант — усиление лишь низкочастотных составляющих S (до 700 Гц) — позволяет расширить ширину стереосцены в 1,6…2,5 разаШаблон:Sfn.

«Тасование Блюмлейна»

При обработке гармонических сигналов равной амплитуды, что типично для бинауральных сигналов низкой частоты, регистрируемых микрофонами давления, сигналы M и S являются квадратурными: S сдвинут по фазе относительно M на +90° или на −90°Шаблон:Sfn. Положительный фазовый сдвиг указывает на локализацию источника звука слева, отрицательный — на локализацию справа. Простое усиление разностного сигнала S увеличивает исходную разность фаз между каналами, но не способно перекачивать между каналами энергию: в силу тригонометрического тождества «новые» стереоканалы также имеют равные амплитудыШаблон:Sfn.

Однако, как впервые показал Блюмлейн, при матричной обработке возможно управлять и амплитудами выходных стереосигналовШаблон:Sfn. Для этого необходимо и достаточно сдвинуть разностный сигнал на дополнительные 90°Шаблон:Sfn. Новый, сдвинутый, разностный сигнал S" будет либо синфазен сигналу M (для сигналов, локализованных слева), либо противофазен ему (для сигналов, локализованных справа)Шаблон:Sfn. При сборке левого и правого каналов из монофонического сигнала M и сдвинутого разностного S" произойдёт перекачка энергии в левый или правый канал, вплоть до полного ослабления противоположного каналаШаблон:Sfn. Эта операция получила в англоязычной литературе имя Blumlein shuffling («тасование Блюмлейна»), а реализующий её узел — Blumlein shuffler («тасовщик Блюмлейна»)Шаблон:Sfn. Аппаратная реализация «тасовщика» на пассивных фильтрах первого порядка описана в патенте лишь схематично; её подробное описание стало предметом позднейшего патента № 429022 (октябрь 1933 года)Шаблон:Sfn.

Стереомикрофоны Блюмлейна

Файл:MS, XY, splayed XY microphone diagrams.svg
Три конфигурации стереомикрофона. Первые две (MS и XY) показаны в точном соответствии тексту патента, третья (расширенный XY) — в позднейшем, наиболее распространённом варианте с кардиоидными капсюлямиШаблон:Sfn

В патенте Блюмлейн отметил, что «тасование» целесообразно только в связке с микрофонами давленияШаблон:Sfn. Ленточные микрофоны (микрофоны градиента давленияШаблон:Sfn, в тексте патента velocity microphonesШаблон:Sfn) с двунаправленной, в форме восьмёрки, диаграммой направленности способны регистрировать не только фазовые, но и амплитудные разницы низкочастотного сигнала. Стереосигнал, зарегистрированный такими микрофонами, не нуждается в «тасовании»Шаблон:Sfn.

Блюмлейн предложил три способа использования ленточных микрофонов для стереофонической звукозаписи. Все три конфигурации относятся к классу совмещённых стереомикрофонов: капсюли двух каналов располагаются на одной вертикальной оси, настолько близко друг к другу, насколько это возможноШаблон:Sfn.

  • В конфигурации, получившей обозначение MS, микрофон центрального канала (M) направлен на источник звука, а микрофон разностного сигнала (S) ориентирован под прямым углом к оси микрофона MШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn;
  • В конфигурации XY (или просто «[стерео]паре Блюмлейна»Шаблон:Sfn) микрофоны левого и правого каналов (X и Y) ориентированы под углами в −45° и 45° к направлению на источник звукаШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn;
  • Третья конфигурация аналогична XY, но угол между осями двух микрофонов устанавливается произвольно. В зависимости от условий записи он может быть и больше, и меньше стандартных 90°Шаблон:Sfn.

В 1931 году ленточных микрофонов, пригодных для студийной звукозаписи, ещё не существовалоШаблон:Sfn. Приёмы работы со стереомикрофонами, получившие в англоязычной среде имя Шаблон:Нп5 (Шаблон:Lang-en), были опробованы позже и запатентованы в 1934—1935 годыШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Система грамзаписи 45/45

Файл:Double groove, 0-90 and 45-45 stereo recording RUS.svg
Три системы стереофонической грамзаписи: двойная канавка, 0/90 и 45/45. Цвет стре́лок указывает относительную полярность сигналов, подаваемых на приводы резца (или, в случае двойной канавки, — резцов)

До подачи Блюмлейном заявки на патент 394325 существовало две альтернативные системы механической записи стереозвука. Ещё в 1910 году была предложена «система 0/90», совмещавшая две независимые фонограммы в одной канавкеШаблон:Sfn. Запись одного канала этой канавки производилась глубинным способом («0»), другого — поперечным («90»). В конце 1920-х годов Джон Бэрд использовал этот принцип для записи звукового и видеосигналов механического телевидения. Для записи стереозвука «система 0/90» подходила плохо из-за неизбежного рассогласования глубинного и поперечного каналовШаблон:Sfn.

В системе с раздельными канавками запись осуществляли два резца, синхронно нареза́вшие две параллельные канавки, а воспроизведение — два звукоснимателя. 12 марта 1932 года Флетчер записал этим способом выступление Филадельфийского оркестра под управлением Леопольда Стоковского — первую в мире стереофоническую пластинкуШаблон:Sfn. Система Флетчера и позднейшие системы Келлера (1935 год) и Кука (1952 год) были крайне требовательны к точности настройки двух каналов и для массового выпуска не годилисьШаблон:SfnШаблон:Sfn.

В патенте 394325 Блюмлейн предложил иное решение: две взаимно-перпендикулярные составляющие колебания резца, нареза́ющего единственную стереоканавку, следует направить под углами 45° и −45° к поверхности дискаШаблон:SfnШаблон:Sfn. Электрические сигналы левого и правого каналов, возбуждающие приводы резца, должны быть скоммутированы таким образом, чтобы поперечные колебания стереоканавки соответствовали суммарному сигналу двух каналов (M), а её глубинные колебания — разностному (S)Шаблон:Sfn. При такой коммутации каналов стереофоническая пластинка обратно совместима с монофоническими звукоснимателями наиболее распространённой поперечной системыШаблон:Sfn.

В альтернативном варианте «системы 45/45» на приводы резца, конструктивно аналогичного «системе 0/90», следовало подавать сигналы суммарного (на поперечный привод) и разностного (на глубинный привод) каналов MS-матрицыШаблон:Sfn. Блюмлейн полагал, что такая конфигурация упрощает требования к частотному диапазону приводов: для полноценного восприятия стереоэффекта достаточно, чтобы верхняя граница частотного диапазона разностного сигнала, кодируемого глубинной записью, составляла всего 3 кГцШаблон:Sfn. Частотный диапазон суммарного сигнала, кодируемого поперечной записью, должен достигать 10 кГцШаблон:Sfn.

Примерно одновременно с Блюмлейном, и независимо от него, свой собственный вариант системы 45/45 изобрели Келлер и его соавтор Айред РафузШаблон:Sfn. Однако из-за нерасторопности юристов Bell Labs, откладывавших оформление «бесперспективного» изобретения, и особенностей американского патентного права, заявка Келлера и Рафуза поступила в патентное ведомство США лишь 20 июня 1936 года — через пять с половиной лет после заявки БлюмлейнаШаблон:Sfn[4]. Сам Келлер, с его слов, узнал о работе Блюмлейна лишь в 1950-е годы[4].

Новые материалы грамзаписи

В эпоху «патефонных» пластинок на 78 оборотов в минуту оригиналы записей нареза́лись на так называемых воска́х — толстых (3-4 см) многоразовых дисках из воскоподобной композицииШаблон:Sfn, обычно на основе озокеритаШаблон:Sfn. Воска́ были мало пригодны для высококачественной записи, даже монофонической, и неизбежно деградировали и при каждом воспроизведении, и при храненииШаблон:Sfn[5]. Воск нельзя было сохранить в архиве для последующего переиздания. После первого и единственного тиражирования восковой оригинал использовался для повторной перезаписи, а записанный на нём оригинал бесследно утрачивалсяШаблон:Sfn. Единственной формой архивного хранения были серийные шеллаковые пластинки, заметно уступавшие в качестве утраченным восковым оригиналамШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Келлер предложил защищать поверхность только что нарезанного воска осаждением тончайшего слоя золота; первая пластинка по этой технологии была записана Флетчером и Стоковским 1 декабря 1931 годаШаблон:Sfn[5]. Эта монофоническая запись фрагментов «Римского карнавала» Берлиоза — первый в истории образец высококачественной звукозаписиШаблон:Sfn. В патенте № 394325 Блюмлейн предвосхитил будущее развитие технологии, назвав в качестве предпочтительного материала для записи оригиналов триацетат целлюлозыШаблон:Sfn. Именно этот материал, нанесённый тонким слоем на алюминиевую основу, вытеснил воска́ в послевоенные годыШаблон:Sfn.

В 1935 году Блюмлейн испытал несколько новых составов для штамповки серийных пластинок, но ни один из них не продемонстрировал заметного преимущества перед традиционным шеллаковым составомШаблон:Sfn. Решение проблемы — синтетическая смола на основе поливинилхлорида («винил») — уже существовало и применялось для передачи фонограмм внутри радиовещательных сетей США; для массового рынка новый материал был слишком до́рогШаблон:Sfn. Серийный выпуск «винила» в США начался в военном 1943 году, в ответ на дефицит натурального шеллака, и был ограничен пропагандистскими фонограммами для распространения в войскахШаблон:Sfn; массовое гражданское производство стало возможно лишь в конце 1940-х годовШаблон:Sfn.

Авторская реализация

21 июля 1932 года Блюмлейн направил техническому директору EMI Исааку Шёнбергу техническую запискуШаблон:Переход с развёрнутым изложением принципов стереофонии, рассчитывая получить разрешение на полномасштабные опытно-конструкторские работы. Шёнберг, положившись на инженерную интуицию Блюмлейна, дал ему добро на постройку опытного тракта стереофонической записи — стереомикрофона, «тасовщика», рекордера и звукоснимателяШаблон:Sfn. Возможно, опытный руководитель просто хотел избежать вынужденного простоя ценных сотрудниковШаблон:Sfn. Летом 1932 года группа Блюмлейна не была загружена работой: разработка и отладка монофонического тракта EMI были завершены, мегапроект Шёнберга по созданию национальной системы телевещания ещё не началсяШаблон:Sfn. Шёнберг, впервые узнавший об идеях Блюмлейна летом 1931 годаШаблон:Sfn, ещё не осознавал их масштаб — настолько они опережали своё времяШаблон:Sfn. Не лучше обстояло дело и в среде инженеров и конструкторов EMI, работавших с Блюмлейном. Коллеги не поняли суть его предложений; изобретатель фактически оказался в изоляции, наедине со своими идеямиШаблон:Sfn.

Механическая стереозапись

Шаблон:Внешние медиафайлы Первые практические эксперименты состоялись полгода спустя, в январе 1933 годаШаблон:Sfn. В феврале Блюмлейн построил опытный образец «тасовщика», в марте начались испытания законченного звукозаписывающего тракта механической грамзаписи. Первые опыты закончились неудачей из-за несовершенства использованной аппаратурыШаблон:Sfn. Тем не менее, к июлю 1933 года группа Блюмлейна добилась удовлетворительного качества звучания и испытала как минимум три различные конфигурации стереофонического магнитного звукоснимателяШаблон:Sfn. В начале декабря 1933 года Блюмлейн завершил отладку стереофонического рекордера и произвёл первые стереозаписи по системе 45/45Шаблон:SfnШаблон:Sfn. «Студией» служила большая аудитория в здании EMI, а «инструментами» — голоса и шаги Блюмлейна и его коллег, ходивших влево и вправо по сцене пустого залаШаблон:SfnШаблон:Sfn. 16 декабря 1933 года Блюмлейн впервые зафиксировал достижение уверенного, бесспорного стереоэффекта (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn.

Записи этого периода убедили Шёнберга в жизнеспособности идеи стереофонии; по его указанию Блюмлейн получил в своё распоряжение новейшую студию звукозаписи «Эбби-Роуд»Шаблон:Sfn. Опытное оборудование было размещено в том самом зале, где тридцать лет спустя записывались The BeatlesШаблон:Sfn. 11—13 января 1934 года Блюмлейн выполнил стереозаписи фортепианной и камерной музыки, 19 января — стереозаписи 41-й симфонии Моцарта в исполнении Лондонского симфонического оркестра под управлением Томаса БичемаШаблон:SfnШаблон:Sfn. По оценкам самого Блюмлейна, качество стереоффекта этих записей колебалось от «едва ощутимого» (Шаблон:Lang-en) до «неплохого» (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn. Качественная стереозапись оркестра оказалась намного сложнее записи одиночных голосов и инструментовШаблон:Sfn. Эта проблема была частично решена к маю 1934 года, в ходе отладки стереомикрофона БлюмлейнаШаблон:Sfn. К этому времени сам изобретатель по воле Шёнберга сосредоточился на телевизионной теме; микрофон Блюмлейна и другие его решения в области студийной звукозаписи были отлажены инженерами «Эбби-Роуд»Шаблон:SfnШаблон:Sfn и запатентованы Блюмлейном в 1935 году (патент Великобритании № 456444)Шаблон:Sfn.

Оптическая стереозапись

Шаблон:Внешние медиафайлы В начале 1935 годаШаблон:Sfn инженер EMI Сесил Браун построил по поручению Блюмлейна первый образец киносъёмочного аппарата с синхронной записью стереозвука в единственную оптическую дорожку переменной шириныШаблон:Sfn. Левая и правая образующие дорожки записывались односторонними модуляторами левого и правого каналов соответственно; суммарная ширина дорожки между двумя образующими кодировала суммарный монофонический сигнал SШаблон:Sfn. Система была полностью обратно совместима со стандартными монофоническими кинопроекторамиШаблон:Sfn (а также с позднейшими установками Dolby StereoШаблон:Sfn). Доводка и отладка киноаппарата заняла полгода; сохранившиеся киноленты со стереозвуком были отсняты в конце июня и в июле 1935 годаШаблон:Sfn.

Первая из этих лент, «Поезда в Хейсе», — пятиминутная документальная съёмка Шаблон:Нп5 с крыши многоэтажной фабрики — стала и самой удачной с технической точки зренияШаблон:SfnШаблон:Sfn. Лента зафиксировала несколько различных способов стереозаписи одной и той же натурной сцены (проходящего поезда): её создатели экспериментировали с расстановкой микрофонов разных типов, пытаясь добиться наибольшей субъективной глубины и ширины стереосценыШаблон:Sfn. Несмотря на явные нелинейные искажения из-за перегрузки микрофонов, «Поезда в Хейсе» демонстрируют почти совершенный уровень стереоэффектаШаблон:Sfn.

После «Поездов» Блюмлейн снял ещё пять тестовых лент, а затем попытался снять короткометражный игровой фильм с целью продемонстрировать возможности стереофонии в локализации живых источников звукаШаблон:Sfn. Пустующий цех EMI был переоборудован в полноценный съёмочный павильонШаблон:Sfn. Действие пьесы — комедийного скетча — разворачивалось у шестиметровой барной стойкиШаблон:Sfn. Камера была установлена неподвижно, а звуковые образы — голоса актёров и звук «оркестра» (его «озвучивал» обычный граммофон) — напротив, двигались по воле режиссёра вдоль сцены и за её пределамиШаблон:Sfn. Два дубля, продолжительностью около 4 минут каждый, были отсняты 26 июля 1935 года и смонтированы в течение августа — сентябряШаблон:Sfn.

Успешные опыты, как казалось Блюмлейну, доказали практическую возможность внедрения стереофонии в кинематографШаблон:Sfn. Представители EMI изучали мнение рынка, всерьёз рассчитывая поставить в киносети несколько опытных стереоустановок, но дальше переговоров дело не пошлоШаблон:Sfn. Генеральный директор компании Луи Стерлинг утвердился во мнении, что внедрение стереозвука в кино может состояться не раньше перехода на цветную плёнкуШаблон:Sfn; в музыкальной индустрии следовало заменить шумный шеллак на ещё не существующие малошумящие долгоиграющие пластинкиШаблон:Sfn. Шёнберг понимал, что в условиях тяжёлого экономического кризиса создание этих технологий невозможно; в конце 1935 года он закрыл стереофонический проект Блюмлейна как бесперспективныйШаблон:Sfn. Изобретатель, к тому времени занявший пост главного конструктора телецентра в Александра-паласе, полностью сосредоточился на проблемах телевиденияШаблон:Sfn.

Военно-прикладные работы

Шаблон:Подробно В 1938 году Блюмлейн вернулся к теме стереозвука в связи с военным заказом на производство звукопеленгаторов противовоздушной обороны. Работа этих устройств полностью зависела от остроты слуха и навыков оператораШаблон:Sfn. Блюмлейн, используя свои наработки по стереофонии, дополнил Mark VII двухкоординатным «тасовщиком», который преобразовывал разности фаз принимаемого сигнала в разности их амплитудШаблон:Sfn. Обработанный таким образом сигнал легко визуализировался на экранах осциллографических трубок, указывавших азимут и угол возвышения целиШаблон:Sfn. Индикатор Блюмлейна был немедленно запущен в крупносерийное производство и массово применялся частями ПВО на начальных этапах Второй мировой войны, вплоть до развёртывания полностью радиолокационных систем управления зенитным огнёмШаблон:Sfn.

За несколько недель до начала войны Блюмлейн применил те же принципы стереофонии к радиолокаторам дальнего обнаружения воздушных целейШаблон:SfnШаблон:Sfn. В отличие от акустического индикатора, обрабатывавшего звуковые сигналы непосредственно, радиолокационный индикатор Блюмлейна обрабатывал продетектированные огибающие амплитудно-модулированного высокочастотного сигнала — используя тот же механизм «тасования»Шаблон:Sfn. Метод обработки огибающих стал предметом патента № 581920 (июль 1939 года); испытание опытной РЛС начались в конце 1939 годаШаблон:Sfn.

Внедрение в производство

В соответствии с британским законодательством исключительные права владельца патента, EMI, действовали в течение шестнадцати лет с даты подачи заявки и истекли в 1947 годуШаблон:SfnШаблон:Sfn. В этот год EMI подала заявку на продление срока защиты в связи со Второй мировой войной, и патентное ведомство продлило его до 13 декабря 1953 годаШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn.

К 1953 году музыкальный рынок послевоенной Европы твёрдо встал на ноги; на национальном британском рынке утвердилась дуополия EMI и DeccaШаблон:SfnШаблон:Sfn. «Война форматов» на рынке новейших долгоиграющих пластинок близилась к завершению; мировой стандарт долгоиграющей записи — кривая RIAA — был утверждён в США в 1954 году и признан Великобританией в 1955 году[6]Шаблон:Sfn. В 1953 году EMI начала подготовку к переходу на стереофоническую грамзапись; руководитель программы Филипп Вандерлин, оценив все альтернативы, сделал выбор в пользу блюмлейновской системы 45/45Шаблон:Sfn.

Нарезка стереофонических дисков-оригиналов и тиражирование пластинок не представляли технической сложности; главной проблемой, как и во времена Блюмлейна, было сохранение пространственной информации при записи оркестровой музыкиШаблон:Sfn. Конструкторы, звукорежиссёры и музыканты разных стран начали поиск оптимальной технологии, используя новейший инструмент звукозаписи — двухдорожечный студийный магнитофон. 21—22 февраля 1954 года американская компания RCA осуществила в Бостоне первую удачную стереозапись оркестра и хора («Осуждение Фауста» под управлением Шарля Мюнша)Шаблон:Sfn. В апреле 1954 года EMI начала опытную запись на студии «Эбби-Роуд», используя блюмлейновский совмещённый стереомикрофон системы XYШаблон:Sfn. В мае 1954 года Артур Хедди из компании Decca выполнил в Женеве первую стереозапись трёхмикрофонным комплексом Шаблон:Нп5Шаблон:Sfn. Ни Хедди, ни кто-либо ещё в компании не знали о патенте Блюмлейна; его существование вскрылось лишь в 1955 году, когда Decca получила отказ в регистрации патента на собственную систему стереофонической записиШаблон:SfnШаблон:Sfn.

EMI, настороженная активностью конкурента, возобновило собственные работы по стереофонииШаблон:Sfn. Руководство компании полагало, что массовое производство стереопластинок возможно лишь после отладки технологий записи стереозвукаШаблон:Sfn. Следствием такого подхода стал выпуск в 1957 году промежуточного формата — магнитоальбомов фирменной системы Stereosonic, разработанной учениками Блюмлейна Вандерлином, Кларком и ДаттономШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn. Студийный тракт записи Stereosonic использовал ленточные микрофоны XY и «тасовщики Блюмлейна», выравнивавшие ширину стереосцены на низких и высоких частотахШаблон:SfnШаблон:Sfn. Новая технология была плохо совместима с тогдашней практикой звукозаписи; дорогостоящие ленты не нашли спроса на рынке и были вскоре сняты с производстваШаблон:Sfn. Другие европейские производители, в отличие от EMI, были готовы к немедленному выпуску стереопластинок. 28 ноября 1957 года созванное по инициативе Хедди отраслевое совещание утвердило систему 45/45 в качестве европейского стандартаШаблон:Sfn. Хедди немедленно вылетел в США, чтобы убедить американцев присоединиться к стандартуШаблон:Sfn. Как оказалось, в США уже была готова к серийному выпуску собственная версия системы 45/45, запатентованная компанией Westrex — её разработчики также не знали о существовании патента Блюмлейна и рассчитывали стать монопольными владельцами проприетарного стандартаШаблон:SfnШаблон:Sfn.

25 марта 1958 года Американская ассоциация звукозаписывающих компаний (RIAA) признала систему 45/45 в варианте Westrex национальным стандартом стереофонической грамзаписиШаблон:SfnШаблон:Sfn. Имя Блюмлейна не упоминалось; в публикациях RIAA система преподносилась как разработка WestrexШаблон:Sfn. Это вызвало шквал критики в среде британских инженеров; даже традиционно консервативный журнал Gramophone разразился гневной редакционной статьёй про американцев, «так и не сумевших открыть Европу» и заодно забывших о довоенных работах Флетчера, Келлера и РафузаШаблон:Sfn. Под давлением британцев американское Шаблон:Нп5 признало приоритет Блюмлейна; в апреле 1958 года полный текст патента — что в то время было исключительной редкостьюШаблон:Sfn — был переиздан в журнале Общества (Journal of the Audio Engineers' Society)Шаблон:Sfn. Понятие стереофонии — до того размытое, применявшееся к любым монофоническим записям, претендовавшим на передачу «эффекта объёма», — стало синонимом двухканальной бинауральной записи и универсальной торговой маркойШаблон:SfnШаблон:Sfn; cтереофоническая грампластинка системы 45/45 стала открытым стандартом, не обременённым лицензионными платежами. Вначале её применение ограничивалось записями классической музыки; на западных рынках популярной музыки 1960-х годов по-прежнему преобладали монофонические записи, предназначенные для воспроизведения дешёвыми проигрывателями и радиоламиШаблон:Sfn. До конца 1960-х годов сохранялась и значительная разница в цене между дорогими стереофоническими и дешёвыми монофоническими пластинкамиШаблон:Sfn.

Файл:Ormia ochracea (gravid female).jpg
Муха-паразитоид Ormia ochracea — носитель естественного «тасовщика Блюмлейна»

Стереомикрофоны Блюмлейна — во всех трёх предложенных вариантах — широко распространились в звукозаписи акустической музыки. Наибольшее распространение получила конфигурация XY на двунаправленных микрофонах с косинусоидальными диаграммами направленностиШаблон:Sfn. В силу тригонометрического тождества регистрируемая таким стереомикрофоном мощность не зависит от направления на источник звукаШаблон:Sfn. В пределах переднего квадранта микрофон XY фиксирует стереосцену равномерно, без всплесков и провалов чувствительностиШаблон:Sfn. При воспроизведении такой записи виртуальные источники звука заполняют всё пространство между громкоговорителями левого и правого каналовШаблон:Sfn. Микрофоны XY хорошо фиксируют реверберационные призвуки, поступающие слева, справа и сзади, сохраняя в записи «эффект присутствия»Шаблон:Sfn. Стереомикрофоны MS, использующие двунаправленный микрофон в разностном канале и кардиоидный микрофон в суммарном канале, электрически эквивалентны микрофонам XY, но менее чувствительны к реверберационным призвукам и отлично совместимы с монофоническими трактамиШаблон:Sfn. По этим причинам стереомикрофоны MS оказались востребованы в первую очередь на радио, телевидении и в кинематографеШаблон:Sfn. Третья блюмлейновская конфигурация — XY с произвольно выбираемым углом «раструба» — оказалась незаменима при создании стереомикрофонов на капсюлях с кардиоидной диаграммой направленностиШаблон:Sfn. При стандартном для XY угле в 90° такие микрофоны чрезмерно сжимают стереосцену; её нормальная ширина достигается лишь при углах в 120…135°Шаблон:Sfn.

Матричный принцип обработки стереосигнала стал нормой в студийной практике, но «тасование Блюмлейна» оказалось невостребованнымШаблон:Sfn. В 1985 году Ричард Кауфман, Шаблон:Нп5 и Дэвид Гризингер предложили, независимо друг от друга, собственные технологии обработки бинауральной записи, опиравшиеся на принцип тасованияШаблон:Sfn, но до конца XX века эти идеи так и не воплотились в практические, серийные устройстваШаблон:Sfn.

«Тасование Блюмлейна», как показали исследования 1990-х годов, имеет прямой биомеханический аналог в мире насекомых — органы слуха мухи-паразитоида Шаблон:Нп5. Самки мухи разыскивают своих жертв — поющих сверчков — ночью, полагаясь только на слух. Собственная стереобаза (расстояние между тимпанальными мембранами) мухи слишком мала, чтобы надёжно определять направление на источник звука. На помощь приходит система упругих связок, преобразующая малые разницы фаз левого и правого каналов слуха в значительные разницы амплитуд, в точном соответствии с идеей Блюмлейна[7]. В XXI веке ведётся активная разработка сверхминиатюрных микроэлектромеханических стереомикрофонов для слуховых аппаратов, воспроизводящих устройство органов слуха Ormia ochracea. По утверждениям разработчиков, такие микрофоны способны существенно улучшить восприятие направления на источники звука и одновременно повысить разборчивость усиленной речи на фоне окружающих шумов[8].

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Текст патента

  • Факсимиле официального издания: Шаблон:Публикация
  • Журнальное переиздание 1958 года (США): Шаблон:Публикация
  • Письмо Блюмлейна Шёнбергу 21 июля 1932 года, разъясняющее основные положения его патента:
    • Машинописный чистовик с расшифровкой текста Шаблон:Cite web
    • Рукописный черновик, датированный 4 июля 1931 года Шаблон:Cite web

Биографии Блюмлейна

Статьи

Обзорные монографии и энциклопедии

Шаблон:Избранная статья

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Шаблон:Cite web (автор — штатный эксперт научного отдела Британской библиотеки)
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Шаблон:Публикация Также воспроизводилось в сборнике Шаблон:Публикация
  3. ↑ Шаблон:Публикация; Шаблон:Публикация
  4. ↑ 4,0 4,1 Шаблон:Публикация
  5. ↑ 5,0 5,1 Шаблон:Cite web
  6. ↑ Шаблон:Статья
  7. ↑ Шаблон:Публикация
  8. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Патент_Великобритании_№_394325&oldid=10565177