В патентных 394325 Соединенное Королевство « Усовершенствования и связанные с Sound-передачи, звукозаписывающей и звуковоспроизводящей системы» является фундаментальной работы по стереофонического звука, написанный Блюмлейн в 1931 году и опубликована в 1933 г. Работа существует только в виде патента и двух сопроводительных записок на имя Исаака Шенберга . Текст исключительно длинный для патента того периода: 70 пронумерованных пунктов формулы изобретения. Он содержит краткое изложение теории локализации звука , дорожную карту для внедрения объемного звука в звуковую кино и звукозаписывающую промышленность., а также описание изобретений Блюмлейна, относящихся к стереофонии, в частности, матричной обработки стереосигналов, стереомикрофона Блюмлейна и механической системы записи 45/45.
В 1933–1935 Блюмлейн построил экспериментальное стереозаписывающее оборудование и записал два набора стереозаписей с использованием механических и оптических носителей. Коммерческое внедрение его изобретения стало реальностью в конце 1950-х годов, когда истек срок действия патента. Система Блюмлейна 45/45 стала мировым стандартом для стереофонических пластинок , а сам Блюмлейн был провозглашен «изобретателем стерео».
Задний план
В 1881 году Клеман Адер представил Театрофон - работающую систему для прямой трансляции оперных представлений по телефонным линиям . [2] [3] [4] Театрофон представлял собой сеть « один-на-один» , в которой использовался один угольный микрофон для подачи энергии на одну удаленную телефонную трубку и требовались ряды микрофонов, размещенных вдоль сцены. [5] Экспериментируя с параллельными линиями, Адер случайно обнаружил стереоэффект . Разместив пары микрофонов по обе стороны сцены, возле рампы , Адер добился сильной бинауральной локализации звука, имитируя эффект сидения на краю сцены, когда актеры и инструменты слушают актеров и инструменты, как если бы они были расставлены перед слушателем. [6] Сам Адер объяснил эффект как результат различий в кажущейся громкости, регистрируемой ушами слушателя. [7] Бинауральный театрофон, рекламируемый как «ауро-стереоскопический» [7] или «бинауральное прослушивание» [5], не смог привлечь клиентов из-за необходимости иметь две телефонные линии на абонента и в целом низкой точности воспроизведения. Обычный монофонический микрофон успешно работал во Франции, Венгрии , Италии и Великобритании до конца 1920-х годов. [3] [4] [8]
В 1900-х годах лорд Рэлей сформулировал научную теорию локализации звука. В модели Рэлея человеческий слух локализует низкочастотные звуки на основе разности фаз между сигналами, регистрируемыми левым и правым ухом ( межуральная разница во времени , ITD); высокочастотные звуки локализуются по относительной громкости двух сигналов ( межзубная разница уровней , ILD). [9] Дуплексная (двухфакторная) модель Рэлея остается актуальной в 21 веке с добавлением третьего механизма, анализа спектральных сигналов, обеспечиваемых механической фильтрацией входящих звуковых волн туловищем, головой и ушной раковиной человека . [10]
Во время Первой мировой войны акустическая локация активно изучалась для применения в военных целях в области противовоздушной обороны , артиллерийской звуковой локации и морской гидроакустики . [3] Клапанные усилители , появившиеся примерно в то же время, позволяли воспроизводить звук через громкоговорители . [3] Ранние эксперименты с усиленным воспроизведением бинауральных сигналов закончились неудачей: бинауральный эффект, который легко воспроизводился через стереонаушники, был либо ослаблен, либо полностью отсутствовал. [3]
В конце 1920-х годов исследователи американских и британских корпораций подошли к проблеме усиленного стерео; Базовая стратегия ее решения оформилась в начале 1930-х годов. [11] [8] [3] Стереофония не могла принести немедленной финансовой выгоды: основной потенциальный покупатель, кинотеатр , довольствовался грубым монофоническим звуковым кинооборудованием; Великая депрессия исключена инвестиция в новых акустических системах. [12] [13] Однако корпорации нетерпеливо накапливали патентные портфели в ожидании восстановления экономики и продолжали финансировать исследования. [14] Артур К. Келлер и Харви Флетчер из Bell Labs и Алан Блюмлейн из Columbia Graphophone Company и EMI первыми получили практические результаты. [3] [8] [11] У каждого из трех изобретателей была своя цель, и они следовали разному направлению исследований. [11]
Флетчер следовал стратегии Bell Labs по совершенствованию традиционной телефонии. [15] Он сосредоточился на передаче изображений звукового поля оригинала для бинаурального воспроизведения через наушники. [15] Его экспериментальное оборудование успешно воспроизводило высококачественные пространственные звуковые изображения, но, как и все бинауральные системы, плохо работало с громкоговорителями. [16]
Келлер был в первую очередь заинтересован в усиливаемом оповещении звука; он разместил массивы микрофонов на сцене и передавал параллельные аудиосигналы на массивы усиленных громкоговорителей в удаленном зале для прослушивания, пытаясь захватить и воссоздать первоначальный «звуковой фронт». [1] [17] Наилучшие результаты были получены с дорогими двумерными массивами, способными воссоздать как ширину, так и глубину оригинала; линейные (одномерные) массивы могут дать почти идеальное ощущение ширины, но не глубины. [1] Минимальная рабочая конфигурация требовала трех каналов (левый, центральный и правый). [1] Этого было достаточно для воссоздания ширины и даже ограниченного ощущения глубины, но только для слушателей, сидящих близко к оси центрального канала [1], и это было слишком дорого для потребительского рынка. [18] Более дешевая двухканальная стереосистема не могла воспроизводить звуковое поле; звук неизбежно распадается на левый и правый точечные источники с «дырой посередине». [18]
Блюмлейн предусматривал внедрение объемного звука в киноиндустрии . [19] [20] Он с самого начала отверг бинауральную модель. [21] Вместо воссоздания пространственных звуковых полей или «звукового фронта», излучаемого оркестром, он остановился на воссоздании звука, который слышит слушатель, сидящий в концертном зале, или оператор на съемочной площадке. [18] Он рассудил, что микрофонная решетка должна имитировать человеческий слуховой аппарат, поэтому два микрофона должны быть расположены близко друг к другу (и близко к пленочной камере). [8] Результирующие бинауральные сигналы нельзя использовать непосредственно в усиленной стереосистеме. [8] Однако, как писал Блюмлейн, двухканальная запись с тщательно измененной разницей фаз и уровней может обмануть слушателя реалистичной пространственной иллюзией. [8]
Публикация
Внешние изображения | |
---|---|
Первая официальная публикация патента, 1933 г. | |
Рукописная записка, 4 июля 1932 г. | |
Машинописная записка, 21 июля 1932 г. | |
Американская публикация патента, 1958 г. (неполная) |
О работе Блюмлейн над стерео до подачи заявки на патент известно очень мало. По словам биографа Роберта Александера, теоретические исследования, вероятно, начались не ранее марта 1931 года. [19] Блюмлейн не вел журналов работы [22] и не публиковал журнальные статьи; [23] [24] первое письменное свидетельство его исследований, рабочий документ, объясняющий технику перетасовки, датирован 25 сентября 1931 года. [22] Практические эксперименты в 1931 году были невозможны из-за слияния Columbia и Gramophone Company в EMI , последующая реструктуризация и перевод лаборатории Блюмлейна в новое здание в Хейсе . [25]
14 декабря 1931 года Блюмлейн подал заявку на патент в Патентное ведомство . [26] [27] Окончательная редакция заявки была подана 10 ноября 1932 г. и получила патентный статус 14 июня 1933 г. с правом приоритета с 10 ноября 1932 г. [28] Первая официальная публикация состояла из 24 страниц (22 страницы текста и 11 иллюстраций на двух страницах). [26] Текст содержал необычные [29] [30] 70 [29] (или «более 70» [31] ) пунктов формулы (типичный патент того периода содержал шесть [30] ).
4 июля 1932 года Блюмлейн составил рукописное изложение патента на восемнадцати страницах, вероятно, предназначенное для Исаака Шенберга . [32] Вторая, гораздо более короткая памятка содержит восемь машинописных страниц. Оно было подписано Блюмлейном 21 июля 1932 года и должным образом получено и прочитано Шенбергом. [32] Обе записки сейчас хранятся в Британской библиотеке .
Ни в патенте, ни в служебных записках никогда не упоминается слово стерео или его производные: Блюмлейн использовал термин бинауральный . [33] Нет никаких ссылок на предыдущие работы, за исключением неназванных исследователей военной гидроакустики. [34] В 1950-х и 1980-х годах американские критики выдвинули гипотезу, что Блюмлейн, работавший в лондонском отделении Western Electric в 1920-х годах, мог быть знаком с параллельными работами Келлера и Флетчера, однако убедительных доказательств так и не было найдено. [35] [21] Единственная определенная связь - это тот факт, что Блюмлейн использовал микрофоны и дисковые записывающие устройства Western Electric, которые уже были сняты со студий EMI. По словам Барри Фокса, на вопрос о приоритете ответа нет. [35] Истоки идей и пути мышления остаются неизвестными; техническая реализация этих идей была слишком разной, чтобы подозревать какой-либо обмен. [35] Не было коммерческого стимула побеждать конкурентов в разработке рыночного продукта; изобретатели работали буквально для следующего поколения. [35]
Идеи и изобретения
Психоакустика звуковой локализации
Блюмлейн был скромным человеком, никогда не стремившимся к публичности; по словам Александра, «довольно часто [он] не полностью осознавал свой гений» или ценность многих своих изобретений. [26] Это не относится к патенту 394325: Блюмлейн «определенно имел некоторое представление о масштабности этой работы» и, таким образом, предварял формулу патента кратким изложением психоакустики локализации звука. [26] Теория Блюмлейна следует дуплексной модели Рэлея с небольшими поправками: [28] [18]
- На низких частотах или длинных волнах локализация определяется разностью фаз. Головка слишком мала, чтобы регистрировать какие-либо различия в уровнях звукового давления, поэтому единственным указателем направления остается фаза; [18] [28]
- На высоких частотах или коротких волнах фаза перестает быть надежной подсказкой. Однако теперь голова образует относительно большую перегородку, физически разделяющую левый и правый сигналы. Таким образом, мозг может полагаться на относительные различия в интенсивности звука; [18] [36]
- Быстрые перкуссионные высокочастотные звуки локализуются на основе разницы во времени между приходящими переходными процессами атаки , аналогично разности фаз низких частот. [18] [37]
Рэлей провел грань между низкими и высокими частотами на 1,5–3 кГц. [9] Блюмлейн отметил, что «линия» на самом деле имеет ширину в несколько октав , начиная примерно с 700 Гц. В этом диапазоне человеческий слух может одновременно регистрировать и оценивать разницу фаз и уровней. [37] [18] Только фазовый механизм работает только ниже 700 Гц. [37] [18] Это низкочастотная фазовая информация, которая теряется при воспроизведении бинауральных сигналов через громкоговорители. [37] [18]
Блюмлейн отследил причину этой потери до всенаправленных напорных микрофонов, которые были основным типом, используемым в студийной записи. [18] Блюмлейн математически доказал, что разность фаз, регистрируемая микрофонами давления и отчетливо слышимая через наушники, неизбежно теряется при воспроизведении через громкоговорители. [18] Он предложил компенсировать потери фазы с помощью предварительного выделения разницы уровней низких частот между двумя стереоканалами. Когда пространственные подсказки, присутствующие в исходных сигналах, указывают на то, что виртуальный источник звука должен быть расположен слева от слушателя, оборудование воспроизведения должно увеличивать усиление в левом канале и ослаблять правый канал, и наоборот. [38] Эти манипуляции должны были быть ограничены низкочастотным содержанием; Блюмлейн специально предостерег от подделки высокочастотных сигналов. [39] Известные аномалии высокочастотного слуха еще не были должным образом исследованы и поняты, поэтому изобретатель ограничился своими исследованиями уже хорошо изученными низкими частотами. [39]
Матричная обработка стереосигналов
Популярное восприятие стерео, появившееся спустя десятилетия после смерти Блюмлейна, обычно рассматривает стереосигнал как совокупность двух независимых каналов, левого (L) и правого (R). [40] Блюмлейн предложил альтернативный подход: стерео состоит из монофонического сигнала M, который является общим для левого и правого каналов динамиков, и дифференциального бокового сигнала S, который определяет пространственное распределение звука. [41] Сигналы M и S легко выводятся из L и R путем сложения и вычитания :
- M = 0,7017 ( L + R )
- S = 0,7017 ( L - R ),
и так же легко может быть преобразован обратно в L и R:
- L = 0,7017 ( M + S )
- R = 0,7017 ( M - S ) . [42]
Электронный сумматор-вычитатель, выполняющий это преобразование, называется матрицей MS или массивом MS. В оригинальной двунаправленной пассивной матрице Блюмлейна использовались два широкополосных трансформатора ; В эпоху полупроводников массивы МС обычно однонаправленные, построенные на основе операционных усилителей и прецизионных резисторов . Коэффициенты масштабирования 0,7017 ( квадратный корень из 0,5) в приведенных выше формулах обеспечивают равенство входной и выходной мощности : L 2 + R 2 = M 2 + S 2 . [42] На практике коэффициенты и полярности могут быть выбраны по желанию. [42]
Самым простым применением матричной обработки, разработанной Блюмлейном в патенте 394325, является регулировка ширины стереозвука. [42] Ослабление S при постоянном M уменьшает ширину стерео; ослабление S до нуля полностью устраняет любые пространственные подсказки. [42] Усиление S увеличивает ширину стерео. [42] Увеличение низкочастотных составляющих S (ниже 700 Гц) в 1,6–2,5 раза дает особенно сильное ощущение простора. [40] Наконец, инверсия полярности бокового канала меняет местами сигналы влево и вправо, создавая зеркальное отображение исходного звукового поля. [40]
Блюмлейн тасует
Когда источник низкочастотного звука вне центра регистрируется с помощью бинауральных микрофонов давления, результирующие сигналы L и R имеют одинаковую интенсивность и различаются только по фазе. [43] В результате соответствующий боковой сигнал S сдвигается точно на + 90 ° или -90 ° относительно M. (положительный или отрицательный знак смещения указывает на левую или правую локализацию источника звука). [43] Простая манипуляция шириной стерео, описанная выше, может увеличить разность фаз между расширенными сигналами L 'и R', но не может изменить распределение энергии. [43] Интенсивность L 'остается равной интенсивности R'. [43]
Однако, как объяснил Блюмлейн в патенте 394325, матричная обработка фазы позволяет направлять энергию от L к R или наоборот. [43] Это требует сдвига бокового сигнала S на + 90 ° или -90 °. [43] Новый сдвинутый сигнал S «теперь находится в фазе с исходным M (для сигналов, локализованных слева) или не в фазе с ним (для сигналов, локализованных справа). [43] Добавление M и S» и вычитание S "из M создает новые левые и правые сигналы L" и R ", имеющие разную интенсивность и нулевой или 180 ° фазовый сдвиг. [43] Энергия направляется в L" или R ", в зависимости от локализации исходный источник звука. [43] Эта операция - преобразование межканальных временных различий в межканальные различия уровней - стала известна как перетасовка Блюмлейна , а требуемый массив MS называется перетасовкой Блюмлейна . [43] Патент 394325 предоставляет только беглое описание этого механизма. shuffler, подробно описанный в заявке на патент 429022, поданной в октябре 1933 г. [44]
Стерео микрофоны
Техника перетасовки была изобретена специально для микрофонов давления, которые не могут регистрировать разницу уровней между двумя стереоканалами. [43] Ленточные микрофоны ( скоростные микрофоны в патенте Блюмлейна [46] ) с двунаправленной (рис. 8) диаграммой направленности могут регистрировать разность фаз и уровней и не нуждаются в перетасовке. [47]
Блюмлейн предложил три альтернативные конфигурации стереопар ленточных микрофонов. Все три требуют размещения двух ленточных микрофонов на общей вертикальной оси как можно ближе друг к другу: [46]
- МС: микрофон центрального канала (М) направлен прямо в центр звуковой сцены (Блюмлейн использовал слово « экран» , подчеркнув его использование в кино). Микрофон бокового канала S расположен под прямым углом к M; [46] [46]
- XY (позже пара Блюмлейна [48] ): микрофоны левого (X) и правого (Y) каналов размещены под углом -45 ° и 45 ° к направлению к центру звуковой сцены [46] [48]
- Расширенный XY аналогичен, но угол между X и Y устанавливается произвольно, чтобы соответствовать условиям в наборе и избежать дальнейшей обработки стереосигналов. [46]
Ленточных микрофонов студийного класса еще не существовало в 1931 году. [49] Практическая техника стереомикрофона была испытана и запатентована Блюмлейном позже, в 1934–1935 годах. [49] [44]
45/45 механическая запись
До патента Blumlein существовало два альтернативных подхода к механической стереозаписи. Система 0/90 объединила два независимых саундтрека в одну дорожку. Один трек (или стереоканал) был записан вертикально («0»), другой - горизонтально («90»). В 1920-х годах Джон Логи Бэрд использовал этот подход для записи аудио- и видеосигналов на своем механическом телевизоре . Система 0/90 была плохим выбором для стереозвука из-за различных моделей искажений при поперечной и вертикальной записи. [50]
В альтернативной системе с двумя канавками использовались два резца для записи параллельных канавок и два звукоснимателя для их воспроизведения. 12 марта 1932 года Келлер использовал эту экспериментальную систему для записи Филадельфийского оркестра под управлением Леопольда Стокски - первой в истории стереозаписи. [51] Запись с двойной канавкой не развивалась дальше экспериментов из-за трудностей с размещением двух звукоснимателей на диске. [52]
Патент 394325 выдвинул третье предложение: одиночный резак должен приводиться в движение двумя ортогональными приводами, расположенными под 45 ° и -45 ° к поверхности диска. [53] Полярность электрических сигналов L и R, управляющих исполнительными механизмами, должна быть выбрана таким образом, чтобы боковое движение резака соответствовало монофоническому сигналу M, а вертикальное движение соответствовало разнице между двумя стереоканалами S. [53 ] Это обеспечивает обратную совместимость с традиционными монофоническими звукоснимателями наиболее распространенной системы бокового среза. [53]
В качестве альтернативы исполнительные механизмы могут быть размещены под углом 0 ° и 90 ° к поверхности диска, как в системе 0/90, но приводятся в действие электрическими сигналами M и S вместо L и R. [50] Полученная запись идентична истинному 45 / 45 записей, за исключением различных частотных характеристик и моделей искажения боковых (M) и вертикальных (S) каналов записи. [50] Блюмлейн полагал, что такая конфигурация упрощает конструкцию стерео резака, потому что только критически важный боковой привод должен полностью соответствовать стандартам точности, включая отклик на высокие частоты как минимум до 10 кГц. [54] Полоса пропускания вертикального привода могла быть ограничена до 3 кГц. [54]
Одновременно с Блюмлейном и независимо от него Артур К. Келлер и Ирад С. Рафуз из Bell Labs изобрели свой собственный вариант системы 45/45 с одной канавкой. [35] Однако из-за Великой депрессии , особенностей патентного законодательства США и отсутствия ближайших перспектив коммерциализации изобретения корпоративные патентные поверенные не видели острой необходимости в его патентовании. [35] Компания подала заявку на патент только в июне 1936 года, более чем через пять лет после Блюмлейна. [35] [55] По словам Келлера, он узнал о работе Блюмлейна только в 1950-х годах. [55]
Новые материалы для механической записи
До появления LP-пластинок мастер-диски для прессования пластинок из шеллака с крупной бороздкой были вырезаны на толстых многоразовых дисках из воска на основе озокерита . [56] Воск был средой с низкой точностью воспроизведения; он неизбежно ухудшался при каждом воспроизведении и при хранении. [56] [57] Воск не удалось заархивировать для будущих переизданий. [56] После первого и единственного производственного цикла восковая мастер была стерта механической бритвой, а записанный оригинал был навсегда утерян. [56] Единственным хранимым механическим носителем межвоенного периода была пластинка из шеллака, точность которой была даже ниже, чем у мастера по воску. [58] Шеллак был естественно шумным, и еще больше поверхностного шума добавлял проводящий графитовый порошок, нанесенный на восковой мастер перед гальваникой и изготовлением промежуточных штамповочных дисков. [57]
Келлер и А.Г. Рассел предложили заменить порошок графита тонким слоем золота, напыленным на мастер-диск в вакуумной камере . [57] [27] В процессе был создан проводящий слой высокого качества без дополнительных шумов. [57] 1 декабря 1931 года Келлер, Стокски и Филадельфийский оркестр сделали первую запись с использованием новой технологии. [57] Полоса пропускания первых позолоченных мастеров была увеличена до 9 кГц и вскоре была улучшена до 10, а затем и до 13 кГц, что сделало эти мастера первой средой с высокой точностью воспроизведения . [57] [27] Образцы отжимов были сделаны на тихом триацетате целлюлозы , а не на шумном шеллаке. [57]
В патенте 394325 Блюмлейн также рассматривал триацетат целлюлозы, но в другой роли - мастеринг-материалом. [59] Предложение материализовалось после Второй мировой войны, когда промышленность перешла с воска на мастер-диски с ацетатным лаком. [56] В 1935 году Блюмлейн исследовал различные смеси смол для изготовления пластинок, но ни один из них не был значительно лучше, чем шеллак. [60] Раствор - синтетическая виниловая смола - уже существовал и использовался для распространения записей в американских радиосетях. [61] Это было еще слишком дорого для массового производства. [61] Производство винила в Соединенных Штатах началось в 1943 году в ответ на нехватку натурального шеллака во время войны и ограничивалось пропагандистскими программами для войск. [61] Массовый выход на гражданский рынок начался позже, в конце 1940-х годов. [62]
Прототипы и испытания
21 июля 1932 года Блюмлейн отправил своему начальнику и наставнику, техническому директору EMI Исааку Шенбергу подробную памятку, объясняющую принципы стереофонического звука . [32] Вероятно, Шенберг не понимал ценности и глубины предложения Блюмлейна, но он доверился интуиции Блюмлейна [26] и одобрил конструкцию экспериментальной установки, состоящей из стереомикрофона, устройства для перетасовки, механического резака для воска и звукоснимателя. [32] Точно так же исследователи EMI не поняли идеи Блюмлейна; На какое-то время изобретатель остался один со своими планами. [26] В течение 1932 года команда Блюмлейна продолжала заниматься проектом монофонической записи, оценивая потенциальные слабые места патентов в конструкции EMI и выявляя нарушения патентов EMI со стороны конкурентов. [32] Работа над прототипом стерео началась только в январе 1933 года. [63]
Механическая запись
Внешний звук | |
---|---|
Механические стереозаписи Блюмлейна в Британской библиотеке. |
В феврале 1933 года Блюмлейн завершил тасование, а в марте 1933 года собрал первый набор для стереозаписи. [64] Первые эксперименты не увенчались успехом: тестовые записи шеллака и напорные микрофоны Western Electric не подходили для обработки тонкостей стереозвука. [64] К июлю 1933 года рекордер был полностью работоспособен, хотя его высокие частоты не выходили за пределы 4 кГц. [64] К декабрю команда Блюмлейна протестировала по крайней мере три различных конфигурации магнитного стереозвук и достигла приемлемого качества звука. [64] 9 декабря 1933 года Блюмлейн завершил тонкую настройку своего станка для резки стерео с расположением исполнительных механизмов, приводимых в действие с помощью сигналов MS, и сделал первую пробную запись, используя коммерческие граммофонные пластинки в качестве источников звука. По словам Блюмлейна, в наборе было хорошее разделение каналов, что было необходимым условием для стереозаписи. [65]
14–15 декабря 1933 г. Блюмлейн записал первую серию из десяти стерео мастеров воска в зале любительского театра EMI. [65] Блюмлейн и трое его соратников сами выступали в качестве живых источников звука, входя и разговаривая через микрофоны. [66] На следующий день Блюмлейн оценил записи «ходьбы и разговора» и сообщил об «определенном бинауральном эффекте». [67] Шенберг согласился и разрешил использовать EMI Recording Studios [a] для экспериментальных живых записей. [68] На новогодние каникулы Блюмлейн и его команда переместили свое оборудование в самую большую комнату на Эбби-роуд , которая тогда называлась Studio No. 1 , а позже стала известна как Studio No. 2 и The Beatles Studio . [68]
11–13 января 1934 г. Блюмлейн записал фортепианную и камерную музыку . [68] Записанный бинауральный эффект присутствовал, но слабый, намного слабее, чем при перекодировке речи. [68] 19 января Блюмлейн начал запись Лондонского симфонического оркестра под управлением Томаса Бичема . [68] [17] Результаты, по словам самого Блюмлейна, варьировались от «неплохих» до «маргинальных». [69] Экспериментальный токарный станок Блюмлейна мог записывать оркестр в стерео, но доступные микрофоны не могли захватывать и сохранять истинное стереофоническое изображение. [69] Эта проблема была частично решена в ходе последующих испытаний весной 1934 года; решение, известное теперь как пара Блюмлейна , было запатентовано в 1935 году [70].
Оптическая запись
Внешнее видео | |
---|---|
Фильмы Блюмлейн из архива Abbey Road Studios | |
Поезда в Хейсе . Это короткий 44-секундный фрагмент 5-минутного оригинала. [71] Маленькие белые «флажки» на столбах - это ветрозащитный экран ленточных микрофонов. [72] | |
Прогулки и разговоры . Блюмлейн в очках и светло-сером костюме появляется в конце свитка. [73] |
В начале 1935 года Сесил Освальд Браун построил первую пленочную камеру с синхронной стереозвуковой записью на единую оптическую звуковую дорожку . [74] Левый и правый края звуковой дорожки модулировались независимо левым и правым усилителями звука. [70] Общая ширина между левым и правым краями изменялась пропорционально монофоническому сигналу M, таким образом, система была обратно совместима со стандартным монофоническим кинопроектором [70] (и, кстати, с проекторами Dolby Stereo, представленными в 1970-х годах [27]. ). Прототип камеры нуждался в доработке и настройке и был готов к тестовым снимкам только в июне 1935 года. [75]
Первый сохранившийся фильм, « Поезда в Хейсе» , представляет собой документальный фильм о железнодорожном движении на железнодорожной станции Хейс и Харлингтон , снятый с крыши соседнего офисного здания. [71] Фильм длится 5 минут 11 секунд и сочетает в себе разные варианты похожих сцен, записанных с различным расположением микрофона. [71] С точки зрения звучания, Trains in Hayes - самая продвинутая из всех записей Блюмлейна. Некоторые его фрагменты достигают реалистичной ширины и глубины стереофонического звука, несмотря на явные искажения, вызванные перегруженными микрофонами. [71] [76]
После поездов в Хейсе Блюмлейн снял еще пять тестовых фильмов в помещении, используя своих сотрудников и себя в качестве «ходящих и говорящих» демонстраторов технологий . [73] 26 июля 1935 года Блюмлейн приступил к съемкам « Move the Orchestra» - короткометражной комедии с живым боевиком, призванной стать средством маркетинга его технологии. [77] Акция проходила вдоль шесть-метровый пивной бар; камера оставалась неподвижной и неподвижной, а актеры и эпонимусный «оркестр» ( граммофон, помещенный за задним фоном ) двигались влево и вправо. [77] Оба сохранившихся дубля были сняты в один и тот же день, 26 июля, и отредактированы в августе – сентябре 1935 года. [77]
Блюмлейн считал, что его тестовые записи и фильмы доказали возможность использования объемного звука в кино. [78] По словам Эрика Нинда , руководство EMI инициировало маркетинговые исследования, планируя поставить по крайней мере несколько экспериментальных звуковых наборов в кинотеатры, но это предприятие было прекращено до того, как удалось получить какие-либо практические результаты. [78] Луи Стерлинг , соучредитель и директор по маркетингу EMI, считал, что улучшение звука в кино может иметь смысл только после введения цвета . [78] Точно так же индустрия граммофонных пластинок нуждалась в новой технологии длительного воспроизведения и низкого уровня шума до появления стереозвука. [78] Великая депрессия исключена инвестиции в еще непроверенной технологии; Компания уже решила сконцентрироваться на другой цели - телевидении. Шенберг, главный сторонник телевизионного проекта EMI, отменил исследования стереозвука в конце 1935 года. [60] К этому времени Блюмлейн уже был полностью занят строительством телевизионной станции BBC в Alexandra Palace . [78]
Военное применение
В 1938 году экспериментальное предприятие ПВО заключило контракт с EMI на производство звукового локатора Mark VIII . [79] Традиционные локаторы звука полагались на слух оператора; Блюмлейн предложил дополнить его визуальным дисплеем, включающим принципы бинауральной записи. [79] Экспериментальное оборудование для визуальной индикации (VIE), представленное для испытаний в октябре 1938 года, использовало две электронно-лучевые трубки для отображения пеленга и угла места цели. [80] VIE был включен в серийный звуковой локатор Mark IX и дооснащен тысячами старых локаторов, заполняя пробел до развертывания радаров наводки . [80]
Незадолго до начала Второй мировой войны Блюмлейн применил идеи патента 394325 к зенитным радарам большой дальности. [81] В отличие от VIE, который обрабатывал электрические аудиосигналы напрямую, радиолокационная станция визуализации Blumlein работала с огибающими амплитудно-модулированных высокочастотных сигналов. Блюмлейн математически доказал, что его метод перетасовки работает с огибающими так же, как с звуковыми волнами. Технология обработки конвертов стала предметом патента 581920, поданного в июле 1939 года. [82] Экспериментальная радиолокационная установка в загородном парке Лейк-Фарм , работающая на несущей волне 66 МГц , начала испытания в конце 1939 года [83].
Дальнейшее развитие и серийное производство
LP записи
Согласно британскому законодательству, патент оставался в силе в течение шестнадцати лет и должен был истечь в 1947 году. EMI подала заявку на продление, чтобы компенсировать потери военного времени, и патент был продлен до 13 декабря 1953 года. [85] К этому времени European Entertainment промышленность быстро развивалась; Британский рынок звукозаписи регулировался дуополией EMI и Decca Records . [86] [87] Война форматов на развивающемся рынке долгой записи почти закончилась. Формат победителя , разработанный Columbia Records, был стандартизирован в Соединенных Штатах в 1954 году и принят британской промышленностью в 1955 году. [88] [89] В 1953 году EMI начала подготовку к производству стереофонических записей. Менеджер проекта Филип Вандерлин , бывший коллега Блюмлейна, оценил альтернативы и сделал выбор в пользу системы 45/45. [90]
Нарезка стерео мастеров и штамповка стерео виниловых пластинок не вызвали никаких технических проблем. [90] Настоящая проблема - сохранение пространственной информации во время записи - оставалась такой же неуловимой, как и в 1930-х годах. [90] инженеры и музыканты регистрирующей решение ищется методом проб и ошибок, с помощью устройства , не доступных для Блюмляйна - в два-трека стерео магнитофон . В феврале 1954 года RCA произвела первую успешную стереозапись оркестрового выступления ( «Проклятие Фауста» под управлением Чарльза Мунка ). [91] В апреле 1954 года студия звукозаписи EMI начала испытания стереозаписей с использованием микрофона Blumlein XY. [91] В мае Артур Хэдди из Decca Records сделал первую запись с трехмикрофонным деревом Decca . [91] Инженеры Decca, узнавшие о патенте Блюмлейна совсем недавно, в 1950-х годах, пытались разработать свою собственную систему в патентоспособной форме, но потерпели неудачу. Все мыслимые аспекты стереофонического звука уже были описаны в патенте 394325. [92] [33]
События в Decca вынудили EMI ускорить свои вялые усилия. [92] Руководство полагало, что технология стереозаписи по-прежнему ненадежна, и воздерживалось от поспешных запусков стереозаписей. [33] Вместо этого в 1957 году компания выпустила дорогостоящий промежуточный формат - магнитные ленты со стереозвуком с предварительной записью . [90] [33] [93] Запатентованная техника записи была разработана бывшими коллегами Блюмлейна Вандерлином, Кларком и Даттоном и основывалась на использовании пар XY Блюмлейна и тасовки Блюмлейна, которые вводили перекрестные помехи на частотах выше 700 Гц. [90] [33] [93] [94] Перемешивание было предназначено для выравнивания высокочастотной и низкочастотной локализации звука, однако это плохо соответствовало практической среде студии на Эбби-роуд. [95] Ленты были слишком дороги для потребительского рынка и вскоре были сняты с производства. [93]
Другие европейские компании были уверены, что стерео-винил готов к производству, и встали на сторону Decca. [95] 28 ноября 1957 года промышленная конференция, организованная Хэдди, одобрила систему 45/45, сделав ее фактическим европейским стандартом. [95] Хэдди прилетел в Соединенные Штаты, чтобы набрать больше сторонников, и обнаружил, что американцы готовы запустить свой собственный стереоформат. [95] Американская версия системы 45/45 была запатентована в Соединенных Штатах компанией Westrex (дочерняя компания Western Electric ), независимо от патента Блюмлейна, и более чем через два десятилетия после него. [95] 25 марта 1958 года RIAA приняло систему Westrex в качестве национального стандарта. [27] [96]
Ни Westrex, ни RIAA никогда не доверяли Блюмлейну. [12] Британцы пришли в ярость; даже консервативный Граммофон отчитывал американцев за «неспособность открыть Европу», а также за довоенные работы Флетчера, Келлера и Рафузе. [27] Под давлением Аудиоинженерное общество признало приоритет Блюмлейна. [96] Совершив беспрецедентный шаг, в апреле 1958 года Журнал Общества звукорежиссеров перепечатал полный текст патента 394325. [96] Патент Westrex был признан недействительным; Система 45/45 стала всемирным бесплатным стандартом . [96] Представление Блюмлейна о стереозвуке , однако, было сочтено неуместным для коммерческого продукта. [33] Вместо этого индустрия использовала стереофонические и стереосистемы в качестве бесплатных универсальных торговых марок. [33] Граммофон возражал, опять же, безрезультатно. [33] Понятие стерео , которое когда-то свободно применялось к любым манипуляциям, предназначенным для создания пространственных эффектов, изменило свое значение и стало синонимом двухканального звука . [97] [33] Изначально стереозаписи ограничивались классическим репертуаром. [84] Популярная музыка , предназначенная для воспроизведения на дешевых проигрывателях с низким качеством воспроизведения, продавалась в моно в течение 1960-х годов и продавалась по более низким ценам, чем «высококлассные» стерео записи. [84]
Микрофоны
Блюмляйна пара , во всех трех вариантах обсуждается в патенте 394325, остается в использовании для записи акустической музыки. В наиболее распространенной конфигурации используются два двунаправленных микрофона в форме восьмерки по оси XY. [94] Он уникален тем, что является инструментом постоянной мощности : из-за тригонометрической идентичности Пифагора любой источник звука, расположенный в переднем квадранте, будет улавливаться с одинаковой комбинированной мощностью , без провалов или пиков. [94] В пространстве для прослушивания два результирующих стерео сигнала складываются акустически, создавая фантомные источники звука с постоянной мощностью. [94] Запись, сделанная с помощью пары XY, передает превосходное поперечное стереоизображение, заполняя все пространство между двумя динамиками. [94] Он также превосходно улавливает реверберации из заднего квадранта, которые необходимы для передачи ощущения пространства и присутствия. [98] Однако правильное размещение пары XY перед оркестром часто может быть трудным или даже невозможным. [98] Пара MS Blumlein, использующая микрофон в форме восьмерки для канала S и кардиоидный микрофон для канала M, аналогична паре XY, но гораздо менее чувствительна к звукам заднего квадранта и полностью совместима с монофоническим звуком. оборудование. [99] По этим причинам пара MS используется в основном на радио, телевидении и в кино. [99] Расширенная пара XY - предпочтительная конфигурация для использования кардиоидных микрофонов. [45] При обычном расположении по оси XY под углом 90 градусов такие микрофоны сжимают записанное стереоизображение; увеличение угла до 120 ... 135 ° эффективно восстанавливает ширину стерео. [45]
Шаффлеры
Матричная обработка стереосигналов - это основная технология студийной звукозаписи, но перетасовка Блюмлейна не нашла большого применения. [93] В 1980-х Ричард Кауфман, Майкл Герзон и Дэвид Гризингер независимо друг от друга предложили три метода бинауральной записи, основанные на перетасовке Блюмлейна, но их идеи также не получили широкого признания. [93] [100]
В 1990-х годах исследователи обнаружили, что перетасовка Блюмлейна имеет биомеханический аналог в мире насекомых. Самки хищной мухи Ormia ochracea питаются сверчками и ищут добычу ночью, ориентируясь на их щебетание. Расстояние между мембранами литавр мухи слишком мало, чтобы служить надежным инструментом локализации звука. Однако муха обладает системой связок, которая преобразует незначительные разности фаз между левым и правым сигналами в существенные разности уровней. [101] В 21 веке слуховой аппарат Ormia ochracea стал образцом сверхкомпактных микроэлектромеханических стереомикрофонов, предназначенных для слуховых аппаратов . Разработчики утверждают, что такие микрофоны могут улучшить локализацию и в то же время улучшить разборчивость усиленной речи в шумной среде. [102]
Заметки
- ↑ В1970 годустудии будут официально переименованы в Abbey Road Studios .
Рекомендации
- ^ а б в г д Бернс 2006 , стр. 129.
- ^ Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 5.
- ^ Б с д е е г Burns 2006 , с. 128.
- ^ a b Коллинз, П. (2008). «Театрофон - iPod XIX века» . Новый ученый . 197 (9 января): 44–45. DOI : 10.1016 / S0262-4079 (08) 60113-X . Также перепечатано в Коллинз, П. (2016). «Прямой эфир из Парижской оперы». Взрывающиеся брюки фермера Бакли: и другие события на пути к научным открытиям . Ашетт / новый ученый. ISBN 9781473642768.
- ^ a b Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 6.
- ^ Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 5-6.
- ^ a b Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 7.
- ^ a b c d e f Fox 1982a , p. 36.
- ^ a b Opstal 2016 , стр. 185.
- ^ Opstal 2016 , стр. 173.
- ^ a b c Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 41.
- ^ a b Fox 1982a , стр. 38.
- Перейти ↑ Sergi 2004 , p. 13.
- ^ Брок-Nannestad 2009 , стр. 167.
- ^ a b Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 16–17.
- ^ Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 17.
- ^ a b Fox 1982a , стр. 40.
- ^ Б с д е е г ч я J K L Ожоги 2006 , стр. 130.
- ^ а б Александр 2013 , с. 60.
- Перейти ↑ Burns 2006 , pp. 127–128.
- ^ a b Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 18.
- ^ а б Александр 2013 , с. 61.
- ^ Александр 2013 , стр. 222.
- Перейти ↑ Burns 2006 , p. 196.
- ^ Александр 2013 , стр. 69, 72.
- ^ Б с д е е Alexander 2013 , с. 63.
- ^ a b c d e f Fox 1982a , p. 37.
- ^ a b c Блюмлейн 1958 , стр. 32.
- ^ а б Бернс 2006 , стр. 133.
- ^ а б Ван Дулкен С. (3 июля 2012 г.). «Алан Блюмлейн и изобретение стерео» . Британская библиотека . Проверено 4 апреля 2018 года .(Автор - штатный эксперт Британской библиотеки )
- ^ Александр 2013 , стр. 69.
- ^ а б в г д Александр 2013 , стр. 72.
- ^ a b c d e f g h i Александр 2013 , стр. 358.
- ^ Théberge, Devine & Everrett 2015 , стр. 19.
- ^ a b c d e f g Fox 1982a , p. 42.
- ^ Блюмляйна 1958 , стр. 32-33.
- ^ a b c d Блюмлейн 1958 , стр. 33.
- Перейти ↑ Burns 2006 , pp. 130-131.
- ^ а б Александр 2013 , с. 70.
- ^ a b c Герзон 1994 , стр. 437.
- ^ Герзон 1994 , стр. 436-437.
- ^ Б с д е е Герзон 1994 , с. 436.
- ^ Б с д е е г ч я J к Ожоги 2006 , стр. 131.
- ^ а б Александр 2013 , с. 94.
- ^ a b c Eargle 2012 , стр. 172.
- ^ a b c d e f Блюмлейн 1958 , стр. 37.
- Перейти ↑ Burns 2006 , pp. 131, 133.
- ^ a b Eargle 2012 , стр. 169.
- ^ а б Бернс 2006 , стр. 148.
- ^ a b c Питер Коупленд 2008 , стр. 57.
- ^ Fox 1982а , стр. 37, 42.
- Перейти ↑ Burns 2006 , pp. 133-134.
- ^ a b c Бернс 2006 , стр. 134.
- ^ а б Блюмлейн 1958 , стр. 40.
- ^ а б Ферстлер, Х. (2004). «Келлер, Артур Чарльз». В Hoffmann, Франк (ред.). Энциклопедия записанного звука . Рутледж. п. 1130. ISBN 9781135949501.
- ^ a b c d e Аполлонова, Шумова 1978 , с. 112.
- ^ Б с д е е г "Леопольд Стокски, Харви Флетчер и Bell Laboratories. Экспериментальные высокоточные и стереофонические записи 1931–1932 годов" . Stokowski.org . Проверено 9 апреля 2018 .
- ^ Питер Коупленд 2008 , стр. 49.
- ^ Блюмляйна 1958 , стр. 39.
- ^ a b Бернс 2006 , стр. 140–141.
- ^ a b c Осборн 2014 , стр. 67.
- Перейти ↑ Osborne, 2014 , p. 68.
- ^ Александр 2013 , стр. 73.
- ^ а б в г Александр 2013 , стр. 74.
- ^ а б Александр 2013 , с. 75.
- Перейти ↑ Alexander 2013 , pp. 75–77.
- ^ Александр 2013 , стр. 77.
- ^ а б в г д Александр 2013 , стр. 78.
- ^ а б Александр 2013 , с. 79.
- ^ a b c Александр 2013 , стр. 80.
- ^ а б в г Александр 2013 , стр. 83.
- ^ Александр 2013 , стр. 84.
- ^ a b Александр 2013 , стр. 85–86.
- ↑ Александр 2013 , стр. 80–81.
- ^ Александр 2013 , стр. 82.
- ^ Александр 2013 , стр. 88.
- ^ a b c Александр 2013 , стр. 88–91.
- ^ а б в г д Бернс 2006 , стр. 140.
- ^ а б Бернс 2006 , стр. 297.
- ^ а б Бернс 2006 , стр. 298.
- Перейти ↑ Burns 2006 , pp. 299–300.
- Перейти ↑ Burns 2006 , p. 300.
- Перейти ↑ Burns 2006 , p. 301.
- ^ a b c Осборн 2014 , стр. 96.
- ^ Fox 1982b , стр. 642–643.
- Перейти ↑ Burns 2006 , p. 142.
- ^ Питер Коупленд 2008 , стр. 301.
- ^ Мойер, ХК (1957). «Стандартная характеристика записи диска». RCA Engineer . 3 (2): 11–13.
- ↑ Питер Коупленд, 2008 , стр. 150–151.
- ^ а б в г д Бернс 2006 , стр. 143.
- ^ a b c Грей 1986 , стр. 5.
- ^ а б Александр 2013 , с. 92.
- ^ а б в г д Герзон 1986 , стр. 1.
- ^ a b c d e Eargle 2012 , стр. 170.
- ^ а б в г д Бернс 2006 , стр. 144.
- ^ а б в г Бернс 2006 , стр. 145.
- ↑ Питер Коупленд, 2008 , стр. 213-214.
- ^ a b Eargle 2012 , стр. 171.
- ^ a b Eargle 2012 , стр. 173.
- ^ Герзон 1994 , стр. 435.
- ^ Майлз Р.Р. (1997). «Механический анализ нового уха паразитирующей мухи Ormia ochracea». Разнообразие слуховой механики - материалы международного симпозиума . World Scientific. С. 18–24. ISBN 9789814547666.
- ^ Кларк, Лиат (2015). «Мухи-паразиты вдохновляют на революцию в слуховых аппаратах» . Проводной . Проверено 10 августа 2018 .
Источники
Патент
- Официальная публикация: Блюмлейн, AD (1933), Спецификация патента Великобритании 394,325 «Усовершенствования в системах передачи звука, звукозаписи и воспроизведения звука». (PDF) (Британское патентное ведомство ред.)
- Американское переиздание: Блюмлейн, AD (1958). «Спецификация патента Британского 394,325„Улучшение и связанное с Sound-передачей, звукозаписью и системами Звуковоспроизводящей “ » (PDF) . Журнал Общества звукорежиссеров . 6 (2): 32–40.
- Меморандумы Исааку Шенбергу:
- Машинописная записка от 21 июля 1932 г .: Блюмлейн А.Д. (1932). «Бинауральное воспроизведение» (PDF) . Британская библиотека .
- Рукописная записка от 4 июля 1932 г .: Блюмлейн А.Д. (1932). «Бинауральное воспроизведение» (PDF) . Британская библиотека .
Биографии
- Александр, Р. (2013). Изобретатель стерео: жизнь и творчество Алана Дауэра Блюмлейна . CRC Press. ISBN 9781136120381.
- Бернс, RW (2006). Жизнь и времена А. Д. Блюмлейна . Институт инженерии и технологий. ISBN 9780852967737.
Журнальная статья
- Фокс, Барри (1982a). «Ранняя стереозапись» (PDF) . Studio Sound (май): 36–42.
- Фокс, Барри (1982b). «Британец, который изобрел электронику» . New Scientist (3 июня): 641–643.
- Отпечаток в Австралии: Фокс, Барри (1983). "Алан Блюмлейн: пионер радара военного времени" (PDF) . Электроника Австралии (март): 14–19.
- Герзон, Майкл (1986). «Стерео перетасовка: новый подход, старая техника» (PDF) . Studio Sound (июль).
- Герзон, Майкл (1994). «Применение перетасовки Блюмлейна к технике стереомикрофона» (PDF) . Журнал Общества звукорежиссеров . 42 (июнь): 435–453.
- Грей, М. (1986). «Рождение Decca Stereo» (PDF) . Журнал ARSC (1–3): 4–19.
- Надежда, А. (1979). «Патенты на объемный звук» (PDF) . Wireless World (январь): 57–58.
- Скрогги, Маркус (1960). «Гений А. Д. Блюмлейна» (PDF) . Wireless World (сентябрь): 451–456.
Обзоры и энциклопедии
- Брок-Наннестад, Г. (2009). «Развитие записывающих технологий». Кембриджский компаньон записанной музыки . ISBN 9780521865821.
- Питер Коупленд (сентябрь 2008 г.), Руководство по методам восстановления аналогового звука (PDF) , Британская библиотека , Wikidata Q29471641
- Эргл, Джон (2012). Книга микрофонов: от моно до стерео и объемного звука . CRC Press. ISBN 9781136118067.
- Эргл, Джон (2013). Справочник по звукозаписывающей технике . Springer. ISBN 9781475711295.
- Мортон, Д. (2006). Звукозапись: история жизни технологии . JHU Press. ISBN 9780801883989.
- Опсталь, Дж. (2016). Слуховая система и поведение человека по локализации звука . Академическая пресса. ISBN 9780128017258.
- Осборн, Р. (2014). Винил: История аналоговой записи . Ashgate. ISBN 9781472434333.
- Серги, Г. (2004). Эра Dolby: звук фильмов в современном Голливуде . Издательство Манчестерского университета. ISBN 9780719070679.
- Théberge, P .; Devine, K .; Эверретт Т. (2015). Живое стерео: истории и культуры многоканального звука . Блумсбери Паблишинг США. ISBN 9781623565510.
- Аполлонова, Л. П .; Шумова, Н. Д. (1978). Механическая грамзапись [ Механическая запись ]. Энергия.