Сегодня мы уже не представляем нашей жизни без звуков, музыки, наушников, недорогих колонок и брендовых акустических систем по несколько сотен ватт, повергающих соседей в ужас. Давайте окунемся в почти двухвековую историю развития акустических систем и проследим нелегкий путь эволюции этого неотъемлемого атрибута нашей жизни.

Тишина стала громче.
Терри Пратчет

Электричество и звук: первые опыты

В 1831 году мир ждало одно из величайших открытий современности: английский физик-эксперементатор Майкл Фарадей наблюдает за таким явлением, как электромагнитная индукция. Через три года появится понятие электрического и магнитного полей, электромагнетизма, а чуть позднее и пьезоэлектричества. Человек плавно входит в эру электричества. Тогдашний быт нам может показаться несколько скучным: отсутствие телевидения, радио, электрического освещения. Для развлечения – балы и театры, для души – живая музыка, для работы – ручная сила, водяное колесо, ветряные мельницы и механические приспособления.

До появления устройств, хотя бы отдаленно напоминающих современные акустические системы, пройдет еще не один десяток лет, а пока итальянец Антонио Меучи занимается разработкой «говорящего телеграфа». В 1849 году Меучи конструирует полностью рабочий прототип прародителя современного телефона, но недостаток денежных средств не позволяет ему выплатить сумму в $250 за получение патента. Через 11 лет изобретатель демонстрирует как с помощью телеграфа можно передавать голос певца на расстояние в несколько миль, а уже в 1861 году к исследованиям подключается Иоганн Филипп Рейс.

Опубликовав доклад «О телефонии посредством электрического тока», Иоганн Рейс демонстрирует общественности устройство, которое заслуженно можно назвать первым громкоговорителем. Впрочем, Рейс предпочитает ему название «музыкального телефона». В качестве мембраны Рейс выбрал свиную кишку, погруженную в ртуть. Медная катушка приемника под влиянием тока, идущего от гальванической батареи, заставляла намагничиваться и размагничиваться стальной стержень приемника. Динамик Рейса можно было услышать на расстоянии до 100 метров и его появление положило прочный фундамент на пути построения электродинамических акустических систем.

Увы, несовершенство конструкции и специфика материалов позволяли воспроизводить лишь очень громкие звуки. Для человеческой речи громкоговоритель был не пригоден. Спустя пару месяцев изобретение Иоганна Рейса назовут «забавной игрушкой», а немецкий механик Альберт собственноручно наладит производство этого «бесполезного изобретения». Одно из таких устройств попадает к Александру Грэхему Беллу. Изучив принцип работы динамика Рейса, Белл берется за разработку собственного «ноу-хау» – прибора для глухих людей, преобразующего звук в световой сигнал. Последующие 16 лет Белл занимается разработкой телефонного аппарата и в 1876 году 14 февраля наконец патентует свое устройство.

Проделав сотни опытов по передаче телеграфных сообщений и разработав десятки всевозможных конструкций, Белл пришел к созданию своего следующего изобретения. Телефон Белла был представлен трубкой с натянутой кожаной мембранной, соединенной с магнитной системой и катушкой индуктивности. В качестве микрофона использовался аналогичный по устройству «динамик», в связи с чем, вызываемые человеческим голосом электрические колебания, были слишком малы для преодоления сопротивления длинных проводов. Максимальная дальность передачи звука посредством телефона Белла составляла всего 500-600 метров.

Эра рупорных динамиков

Несмотря на то, что основы усиления звука были заложены еще в III веке до нашей эры и были связаны с появлением такого музыкального инструмента как орган (получивший в Александрии имя «гидравлоса»), использование рупора, аналогичного духовым музыкальным инструментам в сфере акустики началось лишь во второй половине XIX века.

В 1877 году американский изобретатель Томас Эдисон оканчивает работу над первым устройством, способным записывать и воспроизводить звук. Фонограф стал революционным изобретением, благодаря которому в последующие тридцать лет мир увидит граммофон, патефон, пластинки и столкнется с таким понятием как звукозапись (подробнее в статье: «История звукозаписи»). И хотя Эдисона всегда привлекало электричество, в своих акустических опытах он все же решил отталкиваться от исключительно механических возможностей своего изобретения.

Принцип воспроизведения звука фонографом заключался в скольжении иглы-резца по углублениям и неровностям (звуковой дорожке), образовавшихся при записи на покрытом фольгой валике. Механические колебания иглы передавались на мебрану-излучатель, оснащенную рупором. Физика звука позволяла при помощи простейшего акустического устройства значительно усилить мизерные колебания иглы. Впрочем, у подобной чисто механической акустической системы был целый ряд недостатков. Уровень громкости и коэффициент усиления был недостаточным, а качество звучания оставляло желать лучшего. К тому же, рупорные динамики были слишком громоздкими и о мобильности не могло идти и речи. Их пик популярности приходится на период с 1880 по 1920 год, как раз в то время, когда пытливые умы со всех уголков мира занимаются изобретением и освоением электродинамических акустических систем.

К рупорному оформлению динамиков производители вернутся и в дальнейшем, а уже в XXI веке именно этот тип излучателей, но работающих по законам электродинамики, будет считаться одним из эталонных по качеству звучания.

От телеграфа и катушки до электродинамических громкоговорителей

Принцип работы динамика, заложенный Александром Беллом, на протяжение почти полувека остается неизменным. В 1874 году Эрнст Сименс получает патент на использование «магнитоэлектрического аппарата для получения механического движения электрической катушки под действием тока». Заключенная в магнитном поле катушка со специальной поддержкой, согласно задумке автора патента, должна была воспроизводить звук. Увы, Сименс не смог подтвердить патент на практике. Лишь в 1898 году английский физик и изобретатель Оливер Лодж патентует конструкцию первого электродинамического громкоговорителя.

Заложив принцип преобразования входных сигналов переменного тока для получения звука, Сименс фактически изобрел велосипедную раму до появления колес: решения, которое бы позволило усилить звуковую волну у немецкого изобретателя не было и раскачать головку громкоговорителя для получения достаточного уровня громкости в конце XIX века так и не представлялось возможным.

В последующие 25 лет индустрия «электрического звука» практически стоит на месте, а аналоговый фонограф Эдисона достигает пика своей популярности. Исследования ведущих физиков и экспериментаторов в конце-концов позволяют найти решения для обеспечения катушки и головки громкоговорителя достаточной мощностью.

Проведя серию опытов в рамках лаборатории компании General Electric, изобретатели Честер Райс и Эдвард Келлог в 1924 году патентуют принцип работы электродинамического излучателя. В его основу легла простая физика: акустическая мощность растет пропорционально квадрату частоты входного сигнала. Используя колебания диафрагмы в области частот с максимальным превышением резонанса подвижной системы можно получить мало искаженное воспроизведение звука. Связав оба принципа воедино, Райс и Келлог получили излучатель, оснащенный диафрагмой и звуковой катушкой.

1926 год стал переломным в дальнейшей эволюции акустических систем. На рынок выходит первая промышленная модель радиолы Radiola Model 104 со встроенным усилителем мощностью в 1 Вт. Ее стоимость в 1926 году составляла $260, сумма, эквивалентная $3000 в 2015 году.

Для потребителя становится доступным и радиоприемник Radiola 28. Ответом со стороны СССР стал громкоговоритель «Рекорд» для проводного вещания («радиоточка») и его рупорный аналог для вещания на площадях «ТМ», разработанные в Центральной радиолаборатории Петрограда.

Конструкция первых электродинамических громкоговорителей предусматривала наличие высокоомных катушек, которые по сути выполняли роль магнита, приводящего в действие бумажную или тканевую мембрану. На тот момент в промышленности уже активно использовались мощные магниты и в 1927 году Гарольд Хартлей предлагает заменить громоздкую катушку на постоянный магнит.

Благодаря стабильности магнитного поля в зазоре, постоянный магнит мог обеспечить низкие искажения (в рамках эволюционного периода громкоговорителей первой половины XX века) звука. За такую «высокую верность» (англ. «верность» – fidelity) поколение электродинамических громкоговорителей, использующих постоянный магнит, относят к новому классу – Hi-Fi (High Fidelity – англ. «высокая верность»), стандарт на который был утвержден в 60-х годах прошлого века.

«Закрытый ящик»

Удивительно, но заложенный Оливером Лоджем и доработанный Райсом и Келлогом принцип работы электродиамических излучателей остался неизменным вплоть до сегодняшнего дня. Колонки, которые вы видите на своем столе, и те, что стоят в комнате или пылятся на родительском шкафу – все они работают по тому же принципу, что и установленные динамики в вышедшей почти 90 лет назад радиоле Radiola Model 104. Принцип остался прежним, но вот их акустическое оформление изменилось кардинально.

Если бы в эволюции акустических систем не появился гениальный изобретатель по имени Эдгар Вильчур, ответить однозначно что именно вам бы довелось слушать сегодня и как бы выглядели современные колонки было бы нелегко. Но Вильчур не только появился на свет в далеком 1917 году, он сумел произвести настоящую революцию в мире электрической акустики.

Вплоть до середины 50-х годов XX века инженеров волновал вопрос улучшения качества звучания электродинамических громкоговорителей. С этой целью проводились исследования по поиску «священного грааля»: эксперименты с материалами мембраны, напряжением, катушками. Увы, звук по-прежнему оставался резким, а о наличии «глубокого баса» не могло быть и речи. Тыльная сторона корпуса громкоговорителя оставалась открытой,что приводило к «короткому замыканию» по низким частотам. Еще одним вариантом оформления громкоговорителя было использование фазоинвертора, который, впрочем, также мало влиял на резонансную частоту головки, но позволял расширить характеристику в область низки частот.

В 1954 году американский изобретатель Эдгар Вильчур подает патентное заявление на регистрацию устройства, именуемого как «закрытый ящик». Спустя 2,5 года Бюро Патентов удовлетворяет заявку и автор получает лицензию на свое изобретение, которое очень скоро перевернет весь акустический мир.

С целью облегчения конструкции упругого подвеса в электродинамических громкоговорителях и уменьшения действующих на него нагрузок (вызывающих значительные искажения звука), Вильчур предлагает включить в работу воздух. Идея может показаться немыслимо простой, но секрет гениальности всегда заключается в простоте. Для осуществления своей задумки Вильчур предлагает использовать закрытый деревянный ящик, в который и поместить электродинамический громкоговоритель.

Как когда-то в древности Архимед закричал «Эврика», так и весь мир должен был воскрикнуть: «Нашли»! Использование закрытого корпуса позволило не только значительно обогатить звучание громкоговорителя, насытить его низкими частотами и добавить «мясистости», но и уменьшить размеры акустических систем с огромных тяжеловесных шкафов до небольших прикроватных тумбочек.

Еще одним не менее гениальным изобретением Эдгара Вильчура по праву считается использование купольной пищалки (ВЧ-изулчателя или твитера). Первое использование отдельного динамика для воспроизведения высоких частот можно найти в легендарной акустической системе AR3, ставшей логичным эволюционным продолжением систем AR1 и AR2, выпущенных компанией Acoustic Research.

Сегодня колонка AR3 занимает почетное место в Смитсонианском музее в Вашингтоне. Найти ее можно среди экспонатов «Информационной эпохи», между телеграфным ключом Морзе и первым ПК Стива Джобса Apple I.

И понеслось…

Основные принципы работы электродинамических излучателей были заложены еще в 1924 году, конструкция закрытого ящика, предложенная Вильчуром, была зарегистрирована в 1956. Настало время экспериментов, совершенствования существующей конструкции акустической системы и вывода звука на качественно новый уровень. Наиболее стремительный период в развитии акустических систем приходится на 1970 – 1985 год, когда ведущие производители устраивают настоящее соревнование технологий.

В 1972 году компания Sansui представляет первую колонку SF1 с 360-градусным излучением звука. Свой ответ тут же дает и японский производитель Pioneer, презентуя модель CS-3000 с использованием купольных динамиков.

Благодаря рупору с неординарной конструкцией и захвату излучения с тыльной стороны диффузора, небольшая колонка Victor FB-5-2 позволяет озвучить стандартное жилое помещение, потребляя всего 1 Вт.

Первая колонка с действительно внушительным басом (нижняя частота воспроизведения стартует от 20 Гц) выходит в 1973 году. Technics SB-1000: 22-сантиметровые магниты, 10-сантиметровые катушки и вес в 52 килограмма.

Год спустя на рынок выходит одна из самых популярных колонок за всю истории существования индустрии. В 1974 году компания Yamaha презентует акустическую систему NS 1000. Используя при производстве диффузоров бериллий, японские инженеры сумели превзойти представленные на рынке головки практически по всем характеристикам.

Начав изучение вопроса достоверности звучания акустических систем, Technics вновь осуществляет технологический прорыв в этой сфере. В марте 1975 года на пресс-конферении в Токио она демонстрирует трехполосную АС Technics SB-7000 – бестселлер своего времени.

В СССР порадовать потребителя мощным звуком решились лишь к концу 70-х. На суд советских граждан поступила серия колонок 35 АС-1 и 35 АС 212, известная как «громкая и гулкая S-90».

Пока западные производители занимаются продвижением больших и мощных акустических систем, рассчитанных на концертные залы, японские компании в качестве приоритетного направления выбирают разработку «домашних акустических систем».

Перечислить все то обилие акустических систем, которое нахлынуло на рынок в период с начала 70-х до середины 80-х не представляется возможным. Производители экспериментируют со всем чем можно: от размещения динамиков, их формы и звукоизоляции, до использования самых неординарных материалов при изготовлении головок. В 1976 году английская компания Bowers & Wilkins впервые берется за изготовление диффузора среднечастотного динамика из кевлара. Так на рынок выходит модель B&W DM6.

Дальнейшие поиски производителей акустических систем уже направлены на получение максимального погружение слушателя в атмосферу музыки. Но эксперименты в области звука могут продолжаться бесконечно долго, но только точное оборудование, необходимое техническое оснащение и понимание того, к чему действительно стремятся все производители акустических систем могло дать свои плоды. В 1981 году сооснователь компании Bowers & Wilkins Джон Бауэрс принимает решение открыть отдельную исследовательскую лабораторию в небольшом английском городке Стейнинге.

Спустя несколько лет детище Бауэрса станет известным далеко за пределами Великобритании, а «Университет звука» сделает внушительный список открытий, которые позволят вывести АС совершенно на новый уровень звучания.

После общепринятого стерео-формата 2.0 на рынок поступают акустически системы, состоящие из 3, 5, 7 и даже 9 колонок, позволяя слушателю наслаждаться многоканальным звуком и ощущением пространственного 3D-звучания.

Появление в 1994 году технологии Bluetooth для беспроводной передачи данных не могло не повлиять и на сферу акустических систем. В октябре 2009 года компания Creative представила первую акустическую систему формата 2.1, использующую для передачи аудио сигнала от источника звука технологию Bluetooth.

Год спустя, 1 сентября 2010, в рамках презентации в Сан-Франциско компания Apple представит собственную технологию для беспроводной потоковой передачи данных между устройствами – AirPlay. Вслед за AirPlay начинается новая страница в истории электроакустики – эра беспроводных акустических систем, сочетающих удивительный дизайн, отменное звучание и потрясающую функциональность. Но это уже тема для отдельной статьи.

Рекомендуем почитать:

• История звукозаписи: от механики к цифре
• Xiaomi: история стремительного развития
• История портативного звука: эволюция наушников

• До ←

  Pursuit of Light. Бесконечный сон

• После →

  Тим Кук приглашает на обед