Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Zapis i odtwarzanie muzyki

Zapis i odtwarzanie muzyki
Najwcześniejsza metoda zapisu i reprodukcji dźwięku polegała na nagrywaniu na żywo grających lub śpiewających osób. W standardowej procedurze, stosowanej do połowy lat 20. XX wieku, dźwięki generowane przez muzyków wprawiały w ruch membranę z podłączonym do niej rylcem, który żłobił obracający się pod nim miękki nośnik zapisu.

1857 Francuskiemu malarzowi Léonowi Scottowi de Martinwille udało się zapisać obraz fal dźwiękowych. Sposób był prosty - drgająca pod wpływem fal głosowych membranę zaopatrzył w szczecinę świńską, która na obracającym się, pokrytym sadzami papierowym walcu kreśliła wierny rysunek tych fal. Blisko 151 lat później, w 2008 r., amerykańscy badacze z Lawrence Berkeley National Laboratory w Kalifornii byli w stanie rozszyfrować transkrypcje zapisów z urządzenia Francuza.

1877 Thomas Edison rejestruje dźwięk i prezentuje publicznie w USA fonograf, czyli urządzenie do jego nagrywania oraz odtwarzania (1). Po drugiej stronie Atlantyku mniej więcej w tym samym czasie podobnych odkryć dokonał Francuz Charles Cros, jednak w przeciwieństwie do Edisona nie miał on żyłki biznesowej i nie upowszechnił swojego wynalazku. Fonograf odtwarzał dźwięk zapisany na woskowych cylindrach.

1. Wczesny fonograf Edisona

1885 Alexander Graham Bell i Charles Sumner Tainter modernizują fonograf poprzez pokrycie jego walca woskiem. Wprowadzili jeszcze kilka ulepszeń i otrzymane urządzenie nazwali grafofonem. Założyli firmę American Graphophone Company, z której później wyrósł fonograficzny gigant CBS Columbia. W handlu pojawiły się pierwsze cylindry z nagraną muzyką oraz szafy grające.

1888 Emile Berliner patentuje gramofon (2), różniący się od fonografu zastosowaniem płaskich dysków (wytwarzanych początkowo z cynku, twardej gumy i szkła) zamiast woskowych cylindrów. Najważniejsza w wynalazku była możliwość kopiowania dysków  -w ciągu kilku lat Berlinerowi udało się opracować sposób szybkiego przebiegu tego procesu.

Tworzywem i jednocześnie nośnikiem danych stał się ebonit - materiał trwały i stosunkowo lekki. Dzięki opracowaniu technologii powielania można było stworzyć coś na kształt produkcji seryjnej, co pozwoliło na rozwój przemysłu fonograficznego. W 1893 r. Berliner z grupą znajomych założył United States Gramophone Co. Rok później na rynku pojawiły się pierwsze płyty gramofonowe. Tłoczone w ebonicie miały 7 cali średnicy, zapisywano je jednostronnie, a czas zapisanego dźwięku wynosił 2 minuty. W 1897 r. Berliner zastosował do produkcji płyt szelak. Miał on mniejszą ziarnistość niż ebonit, co zmniejszyło szumy.

2. Gramofon Berlinera z 1888 r.

1898 Duński inżynier Valdemar Poulsen uzyskuje patent na magnetyczne nagrywanie i odtwarzanie dźwięku. Razem ze współpracownikiem łączy telefon z fonografem (stad niezwykła nazwa jego wynalazku - telegramofon lub telefonograf) i nagrywa słyszane rozmowy na drucie stalowym o średnicy 1 mm lub na taśmie stalowej o grubości 0,05 mm i szerokości 3 mm. Cienki drut stalowy był nawinięty na obrotowy cylinder i przesuwał się przed szczelina elektromagnesu, zasilanego prądem kształtowanym przez mikrofon.

Prędkość przesuwu nośnika magnetycznego podczas zapisu wynosiła aż 3 m/s. W celu odtworzenia dźwięku należało przesuwać namagnesowany drut przed szczeliną z tą samą prędkością, a elektromagnes połączyć ze słuchawkami. Pierwszy "druciany" magnetofon został opatentowany przez Poulsena w roku 1900.

1901 Powstają pierwsze nagrania gwiazd muzyki. Zostały wykonane w Rosji - zapisano tam śpiew sław Cesarskiej Opery Rosyjskiej, w tym Fiodora Szalapina, Nikołaja Fignera i jego zony Medei Mei Figner. Rok później pozwolił się nagrać słynny Enrico Caruso (3), wykonawca arii Pucciniego.

3. Autokarykatura Enrico Caruso nagrywającego swój śpiew na płytę

1906 Na rynku debiutuje Victrola. W tej linii urządzeń odtwarzających nagrania schowano w drewnianej obudowie gramofon i wzmacniacz. Zamiast podnosić wierność dźwięku, chodziło raczej o produkcje domowego fonografu, który wyglądałby mniej jak maszyneria, a bardziej jak mebel (4). Victrole zyskały ogromną popularność.

4. Jeden z modeli gramofonu Victrola

1925 Pojawia się możliwość nagrywania elektrycznego, z użyciem mikrofonów i wzmacniaczy Western Electric. Pierwsze efekty nowej technologii zostały wydane przez wytwornie Victor i Columbia w USA - Alfred Cortot zarejestrował utwory Chopina i Schuberta w Camden Studios firmy Victor. 2 listopada 1925 r. na rynku pojawił się pierwszy gramofon przeznaczony do odtwarzania płyt z nagraniami zrealizowanymi "elektryczna" metoda - Orthophonic Victrola. Zaczęła się rewolucja w fonografii. Pierwsze komercyjne nagrania elektryczne skłoniły pozostałe duże firmy do pójścia za tym przykładem.

1928 Austriacko-niemiecki inżynier Fritz Pfleumer otrzymał patent na taśmę magnetyczną, która uzyskał poprzez nałożenie na taśmę celuloidową tlenków magnetycznych. W 1930 r. Pfleumer taśmę papierową zastąpił celuloidowa.

1928 W. Bartlett Jones proponuje dwukanałowy zapis na płycie gramofonowej. Jeden kanał miał być zapisywany wgłębnie, a drugi poprzecznie.

1931 Alan Dower Blumlein (5) wymyśla dwukanałowy zapis stereofoniczny na dwóch zboczach tego samego rowka, pod katem 45° do powierzchni płyty (tzw. system 45/45). Pierwsze płyty wg swojego pomysłu wyprodukował dwa lata później. Uzyskał separacje kanałów na poziomie ok. 20 dB i pasmo przenoszenia do 4 tys. Hz. Ze względu jednak na trudności technologiczne i brak urządzeń do odtwarzania takich płyt nie był w stanie podjąc produkcji komercyjnej.

5. Blumlein przy swoim dziele

1935 Na Wystawie Radiotechnicznej w Berlinie firma AEG prezentuje pierwszy na świecie praktyczny magnetofon, o nazwie Magnetophon K1, skonstruowany we współpracy z niemieckim koncernem chemicznym IG Farben (6). Jakość nagrywanego dźwięku była jednak bardzo niska i urządzenie nie nadawało się do odtwarzania muzyki. W 1939 r. niemiecki inżynier Walter Weber przekonstruował je, budując pierwszy magnetofon odtwarzający dźwięk o wysokiej jakości, czyli urządzenie przypominające to, które używane jest do dziś.

6. AEG Magnetophon K1

Poprawienie jakości dźwięku spowodowało gwałtowne upowszechnienie się magnetofonów w Niemczech. Modele, które dzisiaj nazywamy szpulowymi, rozpowszechniły się po roku 1945. Pracowały na taśmach o szerokości 6,3 mm, zmniejszanej w miarę udoskonalania technologii. W 1954 r. pojawiły się taśmy o grubości 35 m, w 1958 - 26 m, a w 1961 - 18 m.

1936 Inżynierowie z firmy BASF, korzystając z magnetofonu, zarejestrowali Symfonie nr 39 Mozarta, w wykonaniu Londyńskiej Orkiestry Filharmonicznej pod dyrekcja sir Thomasa Beechama. Pierwsze nagranie na taśmie z pełną orkiestrą symfoniczną wciąż istnieje i jest zaskakująco dobrej jakości.

1937 Brytyjski naukowiec Alec Reeves wynajduje modulacje PCM - kodowa (Pulse-Code Modulation). Była używana w telekomunikacji, na długo przed jej pierwszym zastosowaniem w transmisji i nagrywaniu komercyjnym. Cyfrowe rejestracje komercyjne zostały zapoczątkowane dopiero w latach 60. XX wieku, w Japonii, przez firmy NHK i Nippon Columbia (znana również jako Denon).

1948 Wielki przełom w rozwoju rynku fonograficznego: firma CBS Columbia prezentuje nowy rodzaj nośnika - płytę winylową 33 rpm (obrotów na minute). Wynalazek nie tylko gwarantuje wyższą jakość dźwięku, ale umożliwia również odtwarzanie zapisu nieprzerwanie przez przynajmniej kilkanaście minut (dyski szelakowe zawierały muzykę podzieloną na krótkie fragmenty). W tym samym czasie upowszechniono rejestracje dźwięku na taśmie magnetycznej, co zrewolucjonizowało wkrótce prace w studio nagrań.

1949 Firma RCA proponuje konkurencyjny rodzaj płyt winylowych - 45 rpm, co doprowadziło do tzw. wojny prędkości odtwarzania. Ostatecznie gramofony wyposażono w możliwość pracy w obu prędkościach - 33 rpm dla płyt długogrających, tzw. LP (Long Play), oraz 45 rpm dla SP (Single Play), z mniejszą liczbą utworów. Własnie wtedy ukształtował się podział na winylowy singiel (zawierający zazwyczaj dwie kompozycje) i longplay (7). Płyty winylowe stały się formatem dominującym aż do końca lat 80. XX w.

7. Płyta winylowa - longplay

1957 Przedsiębiorstwo Westrex Company z USA opracowuje technologie masowej produkcji płyt stereo w systemie 45/45. W tym samym roku firma Audio Fidelity, również amerykańska, podjęła ich produkcję - mimo że na rynku nie było jeszcze urządzeń zdolnych do stereofonicznego odtwarzania tego rodzaju nośników. Pierwszy odpowiedni gramofon został wyprodukowany kilka tygodni później, przez Fairchild Recording Equipment. Wkrótce system 45/45 uznano za standard, który zaakceptowały wszystkie firmy fonograficzne - jest stosowany również współcześnie.

1962 Holenderska firma Philips opracowuje i wypuszcza na rynek pierwsza kompaktowa kasetę audio z wysokiej jakości - 1/8-calowa - taśma poliestrowa firmy BASF.

1966 Wprowadzono system redukcji szumów, Dolby A, stosowany w magnetofonach studyjnych. Najbardziej znany stał się jego następca, Dolby B, wykorzystywany od roku 1968 - sprawdził się doskonale w popularnych magnetofonach kasetowych. Kolejnymi wersjami, przeznaczonymi na rynek konsumencki, były Dolby C i  Dolby S.

1969 Peter Scheiber demonstruje w studiu RCA metodę zapisu czterokanałowego sygnału kwadrofonicznego - poprzez zakodowanie dodatkowych informacji przestrzennych na płycie stereofonicznej poza zakresem słyszalnych częstotliwości (system SQ). Rok później firma JVC zaprezentowała system zapisu kwadrofonicznego na czterech niezależnych kanałach.

1978-1982 W 1978 r., w laboratorium firmy Philips, opracowano system CD (compact disc) - jako uboczny produkt badań nad dyskowidem, tj. urządzeniem służącym do odtwarzania obrazu zarejestrowanego na płycie. Kilka lat później Philips połączył wysiłki badawcze z firma Sony, która opracowała własny system cyfrowy z płyta o średnicy 30 cm, i w ten sposób wkrótce powstała płyta kompaktowa CD (8). Jednak zanim nowy system zaakceptowano na całym świecie jako zunifikowany format, doszło do jego rywalizacji z dzieckiem firmy JVC (Victor Company of Japan), która opracowała swój dyskofon AHD (Audio High Density).

Działał on na zupełnie odmiennej zasadzie - na podstawie techniki odczytu pojemnościowego. Ostatecznie system CD stał się jednym z niewielu wyrobów z rynku współczesnych technologii, które przed rozpoczęciem globalnej produkcji zostały znormalizowane, ujednolicone i zaakceptowane przez wszystkie państwa świata (1983 r.). Dzięki technologii cyfrowej produkcja nośników dźwięku potaniała, a ich użycie i przechowywanie stało się wygodniejsze. Płyta kompaktowa zadebiutowała w Europie i Azji w końcowce 1982 r., a w USA - w 1983 r.

8. Prezentacja płyty CD

1979 Japońska firma Sony wprowadza na rynek mały przenośny odtwarzacz kaset magnetofonowych, o handlowej nazwie Sony Walkman. Zaprojektowali go Akio Morita, Masaru Ibuka i Kozo Ohsone. Kluczowy element stanowił mechanizm przełączania trybów pracy, skonstruowany z bardzo płaskich, ale szerokich kształtek aluminiowych i magnezowych, zapewniających niewielką masę, małe wymiary oraz duża trwałość i odpornosść na nieodpowiednie traktowanie.

Urządzenie - wraz z późniejszymi wieloma wersjami konkurencyjnych firm - stało się w latach 80. bardzo popularne. Na początku lat 80. napisano o nim nawet piosenkę ("Wired for Sound" Cliffa Richarda).

1988 Firma Apple udostępnia format AIFF (Audio Interchange File Format) - wymiany plików audio (AIFF). Ten standardowy format służy do przechowywania danych dźwiękowych na komputerach osobistych i innych elektronicznych urządzeniach audio.

1991 Światło dzienne ujrzał standard MP3 - przede wszystkim w wyniku działań prowadzonych przez niemieckie stowarzyszenie naukowo-badawcze Fraunhofer-Gesellschaft (Fraunhofer Institute). MP3 (MPEG-1/MPEG-2 Audio Layer 3) to algorytm kompresji stratnej dźwięku, przetworzonego uprzednio na sygnał cyfrowy.

1992 Pojawia się WAVE (Waveform Audio File Format) - standardowy format plików audio firmy Microsoft i IBM do przechowywania strumienia bitów audio na komputerach PC.

1993 Uruchomiony zostaje Internet Underground Music Archive (IUMA) - pierwsze darmowe archiwum muzyki online, do pobrania w formacie MP3.

2001 Premiera pierwszego iPoda firmy Apple (9), najpopularniejszego obecnie odtwarzacza multimedialnego. Początkowo był to przede wszystkim odtwarzacz muzyki z Internetu.

9. iPody

2008 Na rynek wkracza mobilna aplikacja Spotify (10). Jak tłumaczyli jej twórcy, powstała w celu rozwiązania problemu piractwa muzycznego, oferując słuchaczom potężny katalog muzyki. Podobnie jak iPod, Spotify nie był pierwsza usługa odtwarzania strumieniowego, ale w tamtym czasie stał się produktem najwyższej jakości na masowym rynku, szybko zyskując globalną popularność i znacząc początek nowego modelu dystrybucji oraz słuchania muzyki.

10. Logo Spotify

Rodzaje nośników i techniki nagrywania muzyki

Nagrywanie fizyczne (akustyczne). Najwcześniejsza metoda zapisu i reprodukcji dźwięku polegała na nagrywaniu na żywo grających lub śpiewających osób. W standardowej procedurze, stosowanej do połowy lat 20. XX wieku, dźwięki generowane przez muzyków wprawiały w ruch membranę z podłączonym do niej rylcem, który żłobił obracający się pod nim miękki nośnik zapisu.

Nagrywanie elektryczne. Proces nagrywania jest w zasadzie taki sam - pozostała bowiem nieelektryczna konfiguracja nagrywająca, ale rysikiem do grawerowania rowka w miękkim, woskowatym dysku steruje mechanizm posuwowy. Pojawienie się nagrania elektrycznego w 1925 r. umożliwiło wykorzystanie czułych mikrofonów do przechwytywania dźwięku i znacznie poprawiło jakość nagrań audio.

Nagrywanie magnetyczne. Polega na utrwalaniu informacji na namagnesowanym medium, przechowującym dane dostarczone w formie analogowego sygnału elektrycznego, przekonwertowanego następnie na oddziaływanie elektromagnetyczne.

Nagrywanie cyfrowe. PCM (Pulse-Code Modulation) - metoda reprezentacji sygnału analogowego w systemach cyfrowych, używana w telekomunikacji, w cyfrowej obróbce sygnału (np. w procesorach dźwięku), do przetwarzania obrazu, zapisu muzyki na płytach CD (CD-Audio) i w wielu zastosowaniach przemysłowych. Dźwięk w formacie PCM może być zapisywany z różną częstotliwością próbkowania - najczęściej jest to 8 kHz (niektóre standardy telefonii) lub 44,1 kHz (płyty CD-Audio).

Płyta gramofonowa. Okrągła płyta o średnicy do 30 cm, z zapisanym spiralnie w postaci rowka analogowym nagraniem dźwiękowym, wytwarzana najczęściej z ebonitu, szelaku lub poli(chlorku winylu) - stąd potoczna nazwa "płyta winylowa". Płyty gramofonowe były podstawowym środkiem rozpowszechniania nagrań muzycznych od końca wieku XIX do lat 80. XX w. Zostały zmarginalizowane przez zapis cyfrowy, choć od kilku lat wracają, znalazłszy dla siebie całkiem solidną niszę rynkową.

Taśma magnetyczna. Taśma z tworzywa sztucznego (najczęściej z nylonu), napylona drobnozmielonymi cząstkami materiału ferromagnetycznego (przeważnie sproszkowanymi tlenkami żelaza lub chromu). Podczas zapisu głowica elektromagnetyczna za pomocą pola ustawia domeny magnetyczne, a podczas odczytu wychwytuje zmiany pola, spowodowane różnym namagnesowaniem taśmy.

Płyta CD. CD-Audio (Compact Disc Digital Audio; inne stosowane nazwy: CD-DA i Audio-CD) to format stworzony w 1982 r. przez firmy Sony i Philips, w którym kodowanie dźwięku odbywa się w PCM. Jego charakterystykę opisuje tzw. Czerwona księga (Red Book). Na płytach tego rodzaju dane zapisywane są w 33-bajtowych ramkach. Pojedyncza ramka zawiera: w kanale głównym 24 bity przeznaczone na dane audio oraz w subkanale 1 bit na dane kontrolne, a także 8 bitów na dane związane z korekcją błędów.

Formaty plików cyfrowych

  • Pliki bez kompresji. Zawierają dane w takiej samej postaci, jaka jest stosowana na płytach CD (tu częstotliwość próbkowania wynosi 44,1 kHz, a rozdzielczość 16 bitów). Głównym formatem plików tego rodzaju jest WAVE (WAV).
  • Pliki z kompresją bezstratną. Zawierają dokładnie taką samą informację, jak pliki bez kompresji, ale dzięki inteligentnym technikom kodowania zajmują mniej miejsca na nośniku. Oszczędność jest inna w każdym przypadku i zależy od wielu czynników, ale w przybliżeniu można przyjąć, że pliki tego rodzaju zajmują połowę miejsca potrzebnego dla plików bez kompresji. Znajdziemy tu wiele formatów, takich jak: FLAC, WMA Lossless, Apple Lossless, Monkeys Audio i inne.
  • Pliki z kompresją stratną. Nie zawierają pełnej oryginalnej informacji - używane do ich tworzenia algorytmy kodujące odrzucają jej część (w sposób jak najmniej słyszalny dla ludzkiego ucha), aby maksymalnie zmniejszyć wielkość plików. Istnieje wiele wariantów kompresji, choć obowiązuje generalna zasada, że im mniejszy plik, tym niższa jakość. Pliki wykorzystywane do zapisu muzyki stają się zazwyczaj od 4 do 11 razy mniejsze niż oryginały bez kompresji. Obowiązujące formaty to m.in. MP3, Ogg Vorbis, WMA czy AAC.

Mirosław Usidus