Патент Великобритании 394325
Основополагающая работа по стереофоническому звуку Алана Блюмлейна

Профессиональный рекордер для нарезки стерео мастер-дисков . Приводы для двух стереоканалов расположены под углом +45° и −45° к вертикальной оси. Система записи 45/45 была предложена Блюмлейном в патенте 394325, испытана в декабре 1933 и январе 1934 и стала мировым стандартом в 1950-х годах

Патент Великобритании 394325 « Улучшения в системах передачи звука, записи и воспроизведения звука» — это фундаментальная работа по стереофоническому звуку, написанная Аланом Блюмлейном в 1931 году и опубликованная в 1933 году. Работа существует только в форме патента и двух сопроводительных меморандумов, адресованных Исааку Шёнбергу . Текст исключительно длинный для патента того периода, имеющий 70 пронумерованных пунктов. Он содержит краткое изложение теории локализации звука , дорожную карту внедрения объемного звука в звукозаписывающую индустрию и описание изобретений Блюмлейна, связанных со стереофонией, в частности, матричной обработки стереосигналов, стереомикрофона Блюмлейна и механической системы записи 45/45.

В 1933–1935 годах 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 45/45 Блюмлейна стала мировым стандартом для стереопластинок , а сам Блюмлейн был провозглашен «изобретателем стерео».

Фон

Экспериментальные бинауральные (стереофонические) наборы Адера, Келлера и Блюмлейна. Набор Келлера показан в минимальной трехканальной конфигурации [1]

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 к одному, в которой использовался один угольный микрофон для питания одного удаленного телефонного приемника , и требовалось разместить ряды микрофонов вдоль сцены. [5] Экспериментируя с параллельными линиями, Адер случайно обнаружил стереоэффект . Разместив пары микрофонов по обе стороны сцены, около рампы , Адер добился сильной бинауральной локализации звука, имитируя эффект сидения на краю сцены, слушая актеров и инструменты так, как будто они находятся перед слушателем. [6] Сам Адер объяснял этот 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 общей низкой точности. Обычный моноуральный театрофон 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 ( межушная разница во времени , ITD); высокочастотные звуки локализуются на основе относительной громкости двух сигналов ( межушная разница в уровне , ILD). [9] Дуплексная (двухфакторная) модель Рэлея остается актуальной и 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 исследовалась для военных целей противовоздушной обороны , артиллерийской звуколокации и морской гидроакустики . [3] Появившиеся примерно в то же время ламповые усилители позволили воспроизводить звук через громкоговорители . [3] Ранние эксперименты с усиленным воспроизведением бинауральных сигналов закончились неудачей: бинауральный эффект, который легко воспроизводился через стереонаушники, либо ослабевал, либо полностью отсутствовал. [3]

В конце 1920-х годов исследователи американских и британских корпораций обратились к проблеме усиленного стерео; основная стратегия ее решения оформилась в начале 1930-х годов. [11] [8] [3] Стереофония не могла принести немедленной финансовой выгоды: главный потенциальный потребитель, кинематограф , довольствовался грубым монофоническим звуковым кинооборудованием ; Великая депрессия исключила инвестиции в новые звуковые системы. [12] [13] Однако корпорации охотно накапливали патентные портфели в ожидании экономического подъема и продолжали финансировать исследования. [14] Артур К. Келлер и Харви Флетчер из Bell Labs и Алан Блюмлейн из Columbia Graphophone Company и EMI были первыми, кто получил практические результаты. [3] [8] [11] Каждый из трех изобретателей имел свою цель и следовал своему курсу исследований. [11]

Флетчер следовал стратегии Bell Labs по улучшению традиционной телефонии. [15] Он сосредоточился на передаче образов звукового поля оригинала для бинаурального воспроизведения через наушники. [15] Его экспериментальное оборудование успешно воссоздавало высококачественные пространственные звуковые образы, но, как и все бинауральные системы, не работало хорошо с громкоговорителями. [16]

Келлер в первую очередь интересовался усиленным звуком публичного выступления ; он разместил массивы микрофонов на сцене и передавал параллельные аудиосигналы на массивы усиленных громкоговорителей в удаленном зале для прослушивания, пытаясь захватить и воссоздать исходный «звуковой фронт». [1] [17] Наилучшие результаты были получены с дорогими двумерными массивами, способными воссоздать как ширину, так и глубину оригинала; линейные (одномерные) массивы могли давать почти идеальное ощущение ширины, но не глубины. [1] Минимальная рабочая конфигурация требовала трех каналов (левого, центрального и правого). [1] Этого было достаточно для воссоздания ширины и даже ограниченного ощущения глубины, но только для слушателей, сидящих близко к оси центрального канала, [1] и слишком дорого для потребительского рынка. [18] Более дешевая двухканальная стереоустановка не могла воспроизводить звуковое поле; звук неизбежно распадался на левые и правые точечные источники с «дырой посередине». [18]

Блюмлейн предполагал внедрение объемного звука в киноиндустрию . [19] [20] Он отверг бинауральную модель с самого начала. [21] Вместо того, чтобы воссоздавать пространственные звуковые поля или «звуковой фронт», излучаемый оркестром, он остановился на воссоздании звука, который слышит слушатель, сидящий в концертном зале, или оператор на съемочной площадке. [18] Он рассуждал, что микрофонная решетка должна имитировать человеческий слуховой аппарат, поэтому два микрофона должны быть размещены близко друг к другу (и близко к кинокамере). [8] Полученные бинауральные сигналы нельзя использовать напрямую в усиленной стереосистеме. [8] Однако, писал Блюмлейн, двухканальная запись с тщательно измененными фазовыми и уровневыми различиями может обмануть слушателя реалистичной пространственной иллюзией. [8]

Публикация

Внешние изображения
значок изображенияПервая официальная публикация патента, 1933 г.
значок изображенияРукописная записка, 4 июля 1932 г.
значок изображенияМашинописная записка, 21 июля 1932 г.
значок изображенияАмериканская публикация патента, 1958 г. (неполная)

Очень мало известно о работе Блюмлейна над стерео до подачи заявки на патент. По словам биографа Роберта Александра, теоретические исследования, вероятно, начались не ранее марта 1931 года. [19] Блюмлейн не вел рабочих журналов, [22] и не публиковал журнальных статей; [23] [24] первое письменное свидетельство его исследований, рабочий документ, объясняющий технику тасования, датирован 25 сентября 1931 года. [22] Практические эксперименты в 1931 году были невозможны из-за слияния Columbia и Gramophone Company в EMI , последующей реструктуризации и переезда 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 года и получила патентный статус 14 июня 1933 года с правом приоритета с 10 ноября 1932 года. [28] Первая официальная публикация была объемом 24 страницы (22 страницы текста и 11 иллюстраций на двух страницах). [26] Текст содержал необычайно [29] [30] 70 [29] (или «более 70» [31] ) пунктов (типичный патент того периода содержал шесть [30] ).

4 июля 1932 года Блюмлейн составил рукописное резюме патента на восемнадцати страницах, вероятно, предназначенное для Исаака Шёнберга . [32] Вторая, гораздо более короткая записка содержит восемь машинописных страниц. Она была подписана Блюмлейном 21 июля 1932 года и должным образом получена и прочитана Шёнбергом. [32] Обе записки в настоящее время хранятся в Британской библиотеке .

Ни в патенте, ни в служебных записках не упоминается слово «стерео» или его производные: Блюмлейн использовал термин «бинауральный» . [33] Нет никаких ссылок на предыдущие работы, за исключением неназванных военных исследователей гидроакустики. [34] В 1950-х и 1980-х годах американские критики выдвигали гипотезу, что Блюмлейн, работавший в лондонском филиале Western Electric в 1920-х годах, мог быть знаком с параллельной работой Келлера и Флетчера, однако никаких существенных доказательств так и не было найдено. [35] [21] Единственная определенная связь заключается в том, что Блюмлейн использовал микрофоны и дисковые магнитофоны Western Electric, которые уже были сняты со студий EMI. По словам Барри Фокса, вопрос приоритета не имеет ответа. [35] Истоки идей и пути мысли остаются неизвестными; технические реализации этих идей были слишком разными, чтобы подозревать какой-либо обмен. [35] Не было никакого коммерческого стимула победить конкурентов в разработке рыночного продукта; изобретатели работали буквально для следующего поколения. [35]

Идеи и изобретения

Психоакустика локализации звука

Блюмлейн был скромным человеком, который никогда не искал известности; по словам Александра, «довольно часто [он] не осознавал в полной мере свою гениальность» или ценность многих своих изобретений. [26] Это было не так с патентом 394325: Блюмлейн «определённо чувствовал масштабность этой работы», и поэтому предварил формулу патента резюме по психоакустике локализации звука. [26] Теория Блюмлейна следует дуплексной модели Рэлея с небольшими поправками: [28] [18]

  • На низких частотах или длинных волнах локализация определяется разницей в фазе. Голова слишком мала, чтобы регистрировать какие-либо различия в уровнях звукового давления, оставляя фазу в качестве единственного направляющего признака; [18] [28]
  • На высоких частотах или коротких длинах волн фаза перестает быть надежной подсказкой. Однако теперь голова образует относительно большую перегородку, физически разделяющую левые и правые сигналы. Таким образом, мозг может полагаться на относительные различия в интенсивности звука; [18] [36]
  • Быстрые ударные высокочастотные звуки локализуются на основе разницы во времени между прибывающими транзиентами атаки , аналогично разнице фаз на низких частотах. [18] [37]

Рэлей провел границу между низкими и высокими частотами на уровне 1,5–3  кГц. [9] Блюмлейн отметил, что «линия» на самом деле имеет ширину в несколько октав , начиная примерно с 700 Гц. В пределах этого диапазона человеческий слух может регистрировать и оценивать различия фазы и уровня одновременно. [37] [18] Механизм фазы сам по себе работает только ниже 700 Гц. [37] [18] Именно низкочастотная фазовая информация теряется, когда бинауральные сигналы воспроизводятся через громкоговорители. [37] [18]

Блюмлейн отследил причину этой потери до всенаправленных микрофонов давления , которые были основным типом, используемым в студийной записи. [18] Блюмлейн математически доказал, что фазовые различия, регистрируемые микрофонами давления и четко слышимые через наушники, будут неизбежно потеряны при воспроизведении через громкоговорители. [18] Он предложил компенсировать потери фазы с помощью предварительного подчеркивания различий в низкочастотном уровне между двумя стереоканалами. Когда пространственные подсказки, присутствующие в исходных сигналах, указывают на то, что виртуальный источник звука должен быть расположен слева от слушателя, воспроизводящее оборудование должно увеличить усиление в левом канале и ослабить в правом канале, и наоборот. [38] Эти манипуляции должны были быть ограничены низкочастотным контентом; Блюмлейн специально предостерег от вмешательства в высокочастотные сигналы. [39] Известные аномалии высокочастотного слуха еще не были должным образом исследованы и поняты, поэтому изобретатель ограничил свои исследования уже хорошо изученными низкими частотами. [39]

Матричная обработка стереосигналов

Популярное восприятие стерео, возникшее 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 громкоговорителей, 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 :

М = 0,7017 ( Л  + П ) 
S = 0,7017 ( Л  – П ), 

и может быть так же легко преобразован обратно в L и R:

Л = 0,7017 ( М  + С ) 
R = 0,7017 ( М  – С ). [42] 
Перетасовка Блюмлейна: преобразование разностей фаз в разности уровней

Электронный сумматор-вычитатель, выполняющий эти преобразования, называется MS-матрицей или MS-массивом. Оригинальный двунаправленный пассивный массив Блюмлейна использовал два широкополосных трансформатора ; в полупроводниковую эпоху MS-массивы обычно однонаправленные, построенные на операционных усилителях и прецизионных резисторах . Коэффициенты масштабирования 0,7017 ( квадратный корень из 0,5) в приведенных выше формулах гарантируют 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]

Простейшим применением матричной обработки, разработанным Блюмлейном в патенте 394325, является управление шириной стерео. [42] Ослабление S при сохранении постоянного значения M уменьшает ширину стерео; ослабление S до нуля устраняет любые пространственные сигналы. [42] Усиление S увеличивает ширину стерео. [42] Увеличение низкочастотных компонентов S (ниже 700 Гц) в 1,6–2,5 раза создает особенно сильное ощущение простора. [40] Наконец, инверсия полярности бокового канала переворачивает левый и правый сигналы, создавая зеркальное отображение исходного звукового поля. [40]

тасовка Блюмлейна

Когда нецентральный, низкочастотный источник звука регистрируется бинауральными микрофонами давления, результирующие сигналы L и R имеют одинаковую интенсивность и отличаются только фазой. [43] В результате соответствующий боковой сигнал S смещается точно на +90° или −90° относительно M. (положительный или отрицательный знак сдвига 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 из L в R или наоборот. [43] Для этого требуется сместить боковой сигнал S на +90° или −90°. [43] Новый, смещенный сигнал S" теперь находится в фазе с исходным M (для сигналов, локализованных слева) или в противофазе с ним (для сигналов, локализованных справа). [43] Сложение M и S" и вычитание S" из M создает новые левый и правый сигналы L" и R", имеющие разную интенсивность и нулевой или 180° сдвиг фазы. [43] Энергия направляется в L" или R", в зависимости от локализации исходного источника звука. [43] Эта операция — преобразование межканальных временных различий в межканальные различия уровней — стала известна как тасовка Блюмлейна , а требуемый массив MS называется тасовщиком Блюмлейна . [43] Патент 394325 дает только поверхностное описание тасовщика; он был подробно описан в заявке на патент 429022, поданной в октябре 1933 года. [44]

Стереомикрофоны

Три конфигурации, разработанные Блюмлейном. MS и XY показаны точно так же, как в патенте 394325; расширенная XY показана в ее более поздней, наиболее используемой реализации с кардиоидными микрофонами [45]

Техника перетасовки была изобретена специально для микрофонов давления, которые не способны регистрировать разницу уровней между двумя стереоканалами. [43] Ленточные микрофоны ( микрофоны скорости в патенте Блюмлейна [46] ) с двунаправленной (рисунок 8) диаграммой направленности могут регистрировать как разницу фаз, так и разницу уровней и не нуждаются в перетасовке. [47]

Блюмлейн предложил три альтернативные конфигурации для стереопар ленточных микрофонов. Все три требуют размещения двух ленточных микрофонов на общей вертикальной оси, как можно ближе друг к другу: [46]

  • MS: микрофон центрального канала (M) направлен прямо в центр звуковой сцены (Блюмлейн использовал слово экран , подчеркивая 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 расположены под углом −45° и 45° к направлению центра звуковой сцены [46] [48]
  • Растянутый XY аналогичен, но угол между X и Y устанавливается произвольно, чтобы соответствовать условиям на месте установки и избежать дальнейшей обработки стереосигналов. [46]

Ленточные микрофоны студийного класса еще не существовали в 1931 году. [49] Практическая технология стереомикрофона была испытана и запатентована Блюмлейном позже, в 1934–1935 годах. [49] [44]

45/45 механическая запись

Двухканавочные, 0/90 и 45/45 стереосистемы записи. Цвет стрелок указывает на относительную полярность. Подача на режущую головку 0/90 сигналов M (боковой) и S (вертикальный) вместо L и R дает результат, аналогичный резаку 45/45; это было расположение, фактически протестированное Блюмлейном

До патента Блюмлейна существовало два альтернативных подхода к механической стереозаписи. Система 0/90 объединяла две независимые звуковые дорожки в одной канавке. Одна дорожка (или стереоканал) записывалась вертикально («0»), другая — горизонтально («90»). В 1920-х годах Джон Логи Бэрд использовал этот подход для записи аудио- и видеосигналов в своем механическом телевизоре . Система 0/90 была плохим выбором для стереозвука из-за различных моделей искажений горизонтальной и вертикальной записи. [50]

Альтернативная система с двумя канавками использовала два резака 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 Стоковски — первой стереозаписи. [51] Запись с двумя канавками не вышла за рамки экспериментов из-за трудностей с размещением двух звукоснимателей на диске. [52]

В патенте 394325 выдвинуто третье предложение: одиночный резак должен приводиться в действие двумя ортогональными приводами, расположенными под углом 45° и −45° к поверхности диска. [53] Полярности электрических сигналов L и R, которые приводят в действие приводы, должны быть выбраны таким образом, чтобы боковое движение резца 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 приводы могут быть размещены под углом 0° и 90° к поверхности диска, как в системе 0/90, но приводиться в действие электрическими сигналами M и S вместо L и R. [50] Полученная запись идентична настоящим записям 45/45, за исключением различных частотных характеристик и моделей искажений боковых (M) и вертикальных (S) каналов записи. [50] Блюмлейн считал, что такая конфигурация упрощает конструкцию стереорезака, поскольку только критический боковой привод должен полностью соответствовать стандартам точности, включая высокочастотную характеристику не менее 10 кГц. [54] Полоса пропускания вертикального привода могла быть ограничена 3 кГц. [54]

Одновременно с Блюмлейном и независимо от него Артур К. Келлер и Ирад С. Рафуз из Bell Labs изобрели свой собственный вариант одноканавочной системы 45/45. [35] Однако из-за Великой депрессии , особенностей патентного права США и отсутствия непосредственных перспектив коммерциализации изобретения корпоративные патентные поверенные не увидели срочной необходимости его патентовать. [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 пластинок LP мастер-диски для прессования крупноканавочных шеллачных пластинок вырезались на толстых многоразовых дисках из воска на основе озокерита . [56] Воск был носителем с низкой точностью воспроизведения; он неизбежно ухудшался при каждом воспроизведении и хранении. [56] [57] Воск нельзя было архивировать для будущих переизданий. [56] После первого и единственного производственного цикла восковой мастер стирался механическим лезвием, и записанный оригинал был навсегда утерян. [56] Единственным пригодным для хранения механическим носителем межвоенного периода была шеллачная пластинка, которая имела еще более низкую точность воспроизведения, чем восковой мастер. [58] Шеллак был естественным шумным, и еще больше поверхностного шума добавлялось проводящим графитовым порошком, нанесенным на восковой мастер перед гальванопокрытием и изготовлением промежуточных штамповочных дисков. [57]

Келлер и А. Г. Рассел предложили заменить графитовый порошок тонким слоем золота, напыляемым на мастер-диск в вакуумной камере . [57] [27] Этот процесс создал высококачественный проводящий слой без дополнительного шума. [57] 1 декабря 1931 года Келлер, Стоковски и Филадельфийский оркестр сделали первую запись с использованием новой технологии. [57] Полоса пропускания первых позолоченных мастер-дисков была расширена до 9 кГц, а вскоре была улучшена до 10, а позднее и до 13 кГц, что сделало эти мастер-диски первым носителем высокой точности . [57] [27] Образцы прессования были сделаны на тихом триацетате целлюлозы , а не на шумном шеллаке. [57]

В патенте 394325 Блюмлейн также рассматривал триацетат целлюлозы, но в другой роли — как материал для мастеринга. [59] Предложение материализовалось после Второй мировой войны, когда промышленность перешла с восковых на ацетатные лаковые мастер-диски. [56] В 1935 году Блюмлейн исследовал различные смеси смол для прессования производственных пластинок, но ни одна из них не была значительно лучше шеллака. [60] Решение — синтетическая виниловая смоляная смесь — уже существовало и использовалось для распространения пластинок в американских радиосетях. [61] Оно было еще слишком дорогим для массового производства. [61] Прессование винила в Соединенных Штатах началось в 1943 году в ответ на нехватку натурального шеллака во время войны и было ограничено пропагандистскими программами для войск. [61] Массовое прессование для гражданского рынка началось позже, в конце 1940-х годов. [62]

Прототипы и тесты

21 июля 1932 года Блюмлейн отправил своему начальнику и наставнику, техническому директору EMI Исааку Шёнбергу , подробную записку, в которой объяснялись принципы стереофонического звука . [32] Вероятно, Шёнберг не понимал ценности и глубины предложения Блюмлейна, но он доверял интуиции Блюмлейна [26] и одобрил создание экспериментальной установки, состоящей из стереомикрофона, тасовочной машины, механического резца для воска и звукоснимателя. [32] Аналогичным образом, исследователи EMI не поняли идей Блюмлейна; на некоторое время изобретатель остался один на один со своими планами. [26] В течение 1932 года команда Блюмлейна все еще была занята проектом монофонической записи, оценивая потенциальные патентные недостатки в конструкции EMI и выявляя нарушения патентов EMI конкурентами. [32] Работа над стереопрототипом началась только в январе 1933 года. [63]

Механическая запись

Внешнее аудио
значок аудиоМеханические стереозаписи Блюмлейна в Британской библиотеке

В феврале 1933 года Блюмлейн завершил тасовку, а в марте 1933 года собрал первый стереофонический набор для записи. [64] Первые эксперименты оказались неудачными: шеллаковые тестовые пластинки и микрофоны давления Western Electric не подходили для обработки тонкостей стереозвука. [64] К июлю 1933 года режущий диск был полностью функционален, хотя его высокочастотный отклик не выходил за пределы 4 кГц. [64] К декабрю команда Блюмлейна протестировала по крайней мере три различные конфигурации магнитного стереозвукоснимателя и достигла приемлемого качества звука. [64] 9 декабря 1933 года Блюмлейн завершил тонкую настройку своего стереофонического режущего станка с расположением приводов 0/90, приводимых в действие сигналами MS, и сделал первую тестовую запись, используя коммерческие граммофонные пластинки в качестве источников звука. Набор, согласно записям Блюмлейна, достиг хорошего разделения каналов, что было необходимым условием для стереозаписи. [65]

14–15 декабря 1933 года Блюмлейн записал первый набор из десяти стереовосковых мастер-пластинок в любительском театральном зале EMI. [65] Блюмлейн и трое его коллег сами выступили в качестве источников живого звука, ходя и разговаривая перед микрофонами. [66] На следующий день Блюмлейн оценил записи «ходьбы и разговора» и сообщил об «определенном бинауральном эффекте». [67] Шёнберг согласился и разрешил использовать студии звукозаписи EMI [a] для экспериментальных живых записей. [68] Во время новогодних праздников Блюмлейн и его команда переместили свое оборудование в самую большую комнату на Abbey Road , тогда называвшуюся Studio No. 1 , а позже известную как Studio No. 2 и The Beatles Studio . [68]

11–13 января 1934 года Блюмлейн записал фортепианную и камерную музыку . [68] Записанный бинауральный эффект присутствовал, но был слабым, гораздо слабее, чем в записях речи. [68] 19 января Блюмлейн начал записывать Лондонский симфонический оркестр под управлением Томаса Бичема . [68] [17] Результаты, по собственным словам Блюмлейна, варьировались от «неплохих» до «пограничных». [69] Экспериментальный режущий станок Блюмлейна мог записывать оркестр в стерео, но имеющиеся микрофоны не могли захватить и сохранить истинное стереофоническое изображение. [69] Эта проблема была частично решена в ходе последующих испытаний весной 1934 года; решение, теперь известное как пара Блюмлейна , было запатентовано в 1935 году. [70]

Оптическая запись

Внешние видео
Фильмы Блюмлейна из архива Abbey Road Studios
значок видеоПоезда в Хейсе. Это короткий 44-секундный фрагмент 5-минутного оригинала. [71] Маленькие белые «флажки» на столбах — это ветрозащита ленточных микрофонов. [72]
значок видеоХодьба и разговор. Блюмлейн, в очках и светло-сером костюме, появляется в конце рулона. [73]

В начале 1935 года Сесил Освальд Браун построил первую кинокамеру с синхронной стереозаписью звука на одной оптической звуковой дорожке . [74] Левый и правый края звуковой дорожки модулировались независимо левым и правым аудиоусилителями. [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 доработках и настройке и был готов к тестовым снимкам только в июне 1935 года. [75]

Первый сохранившийся фильм, Trains in Hayes , представляет собой документальный фильм о железнодорожном движении на железнодорожной станции Hayes & Harlington , снятый с крыши близлежащего офисного здания. [71] Фильм длится 5 минут и 11 секунд и объединяет разные дубли похожих сцен, записанных с разным расположением микрофонов. [71] С точки зрения звука Trains in Hayes является самой передовой из всех записей Блюмлейна. Некоторые из его фрагментов достигают реалистичной ширины и глубины стереофонического звука, несмотря на очевидные 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 начал снимать «Перемести оркестр» — короткометражную комедию с живыми актерами, предназначенную для маркетинга его технологии. [77] Действие происходило вдоль шестиметровой барной стойки паба ; камера оставалась неподвижной и зафиксированной, в то время как актеры и одноименный «оркестр» ( граммофон , размещенный за задником ) двигались влево и вправо. [77] Оба сохранившихся дубля были сняты в один и тот же день, 26 июля, и смонтированы в августе-сентябре 1935 года. [77]

Блюмлейн считал, что его тестовые записи и фильмы доказали осуществимость объемного звука в кино. [78] По словам Эрика Нинда, руководство EMI инициировало маркетинговые исследования, планируя поставлять по крайней мере несколько экспериментальных звуковых комплектов в кинотеатры, но предприятие было прекращено до того, как были получены какие-либо практические результаты. [78] Луи Стерлинг, соучредитель и директор по маркетингу EMI, считал, что улучшения в звуке в кино могут быть полезными только после внедрения цвета . [78] Аналогичным образом, индустрия граммофонных пластинок нуждалась в новых долгоиграющих и малошумных технологиях до внедрения стерео. [78] Великая депрессия исключила инвестиции в еще не протестированные технологии; компания уже решила сосредоточиться на другой цели — телевидении. Шонберг, главный сторонник проекта EMI TV, отменил исследования в области стереозвука в конце 1935 года. [60] К этому времени Блюмлейн уже был занят на постоянной основе строительством телевизионной станции BBC в Alexandra Palace . [78]

Военные применения

В 1938 году Air Defence Experimental Establishment заключила контракт с EMI на производство звукового локатора Mark VIII . [79] Традиционные звуковые локаторы полагались на слух оператора; Блюмлейн предложил дополнить его визуальным дисплеем, который включал принципы бинауральной записи. [79] Экспериментальное визуальное индикационное оборудование (VIE), представленное для испытаний в октябре 1938 года, использовало две электронно-лучевые трубки для отображения пеленга цели и угла возвышения. [80] VIE был включен в серийный звуковой локатор Mark IX и модернизирован для тысяч старых локаторов, заполнив пробел до развертывания радаров артиллерийской наводки . [80]

Незадолго до начала Второй мировой войны Блюмлейн применил идеи патента 394325 к дальнобойным зенитным радарам. [81] В отличие от VIE, который напрямую обрабатывал электрические аудиосигналы, станция визуализации радара Блюмлейна работала с огибающими амплитудно -модулированных высокочастотных сигналов. Блюмлейн математически доказал, что его подход перетасовки будет работать с огибающими так же, как и со звуковыми волнами. Метод обработки огибающей стал предметом патента 581920, поданного в июле 1939 года. [82] Экспериментальная радарная установка в Lake Farm Country Park , работающая на несущей волне 66  МГц , начала испытания в конце 1939 года. [83]

Дальнейшая разработка и массовое 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. [84] К этому времени европейская индустрия развлечений быстро развивалась; британский рынок записанной музыки регулировался дуополией EMI и Decca Records . [85] [86] Война форматов на формирующемся рынке долгоиграющих пластинок почти закончилась. Победивший формат , предложенный Columbia Records, был стандартизирован в Соединенных Штатах в 1954 году и принят британской промышленностью в 1955 году. [87] [88] В 1953 году EMI начала подготовку к производству стереофонических пластинок. Менеджер проекта Филипп Вандерлин, бывший коллега Блюмлейна, оценил альтернативы и сделал выбор в пользу системы 45/45. [89]

Нарезка стереомастеров и печать стереовиниловых пластинок не представляли никаких технических проблем. [89] Реальная проблема, сохранение пространственной информации во время записи, оставалась такой же неуловимой, как и в 1930-х годах. [89] Инженеры звукозаписи и музыканты искали решение методом проб и ошибок, с помощью устройства, недоступного Блюмлейну — двухдорожечного стереомагнитофона . В феврале 1954 года RCA сделала первую успешную стереозапись оркестрового выступления ( La damnation de Faust под управлением Чарльза Мунка ). [90] В апреле 1954 года студия звукозаписи EMI начала испытания стереозаписей с использованием микрофона XY Блюмлейна. [90] В мае Артур Хэдди из Decca Records сделал первую запись с помощью трехмикрофонного дерева Decca . [90] Инженеры Decca, которые узнали о патенте Блюмлейна совсем недавно, в 1950-х годах, попытались разработать свою собственную систему в патентоспособной форме, но потерпели неудачу. Все мыслимые аспекты стереофонического звука уже были охвачены патентом 394325. [91] [33]

Развитие событий в Decca заставило EMI ускорить свои нерешительные усилия. [91] Руководство считало, что технология стереозаписи все еще ненадежна, и воздерживалось от спешного запуска стереозаписей в производство. [33] Вместо этого в 1957 году компания выпустила дорогой промежуточный формат — предварительно записанные магнитные ленты Stereosonic . [89] [33] [92] Фирменная технология записи была разработана бывшими коллегами Блюмлейна Вандерлином, Кларком и Даттоном и основывалась на использовании пар XY Блюмлейна и тасовок Блюмлейна, которые вносили перекрестные помехи на частотах выше 700 Гц. [89] [33] [92] [93] Тасовка была предназначена для выравнивания локализации высокочастотного и низкочастотного звука, однако она плохо соответствовала практической студийной среде на Abbey Road. [94] Ленты были слишком дороги для потребительского рынка и вскоре были сняты с производства. [92]

Другие европейские компании были уверены, что стереовинил готов к производству, и встали на сторону Decca. [94] 28 ноября 1957 года отраслевая конференция, организованная Хэдди, одобрила систему 45/45, сделав ее фактическим европейским стандартом. [94] Хэдди полетел в Соединенные Штаты, чтобы привлечь больше сторонников, и узнал, что американцы готовы запустить свой собственный стереоформат. [94] Американская версия системы 45/45 была запатентована в Соединенных Штатах компанией Westrex (ответвление Western Electric ), независимо от патента Блюмлейна, и более чем через два десятилетия после него. [94] 25 марта 1958 года RIAA приняла систему Westrex в качестве национального стандарта. [27] [95]

Ни Westrex, ни RIAA никогда не указывали Блюмлейна в качестве автора. [12] Британцы были в ярости; даже консервативный Gramophone отчитал американцев за «неспособность открыть Европу», а также за довоенные работы Флетчера, Келлера и Рафуса. [27] Под давлением Audio Engineering Society признало приоритет Блюмлейна. [95] В беспрецедентном шаге в апреле 1958 года Journal of the Audio Engineering Society перепечатал полный текст патента 394325. [95] Патент Westrex теперь был недействителен; система 45/45 стала всемирным свободным стандартом . [95] Однако идея Блюмлейна о бинауральном звуке была сочтена неподходящей для коммерческого продукта. [33] Вместо этого промышленность использовала stereophonic и stereo как свободную универсальную торговую марку. [33] Gramophone снова возразил, но безрезультатно. [33] Понятие стерео , которое когда-то свободно применялось к любым манипуляциям, направленным на создание пространственных эффектов, изменило свое значение и стало синонимом двухканального звука . [96] [33] Первоначально стереопрессование ограничивалось классическим репертуаром. [97] Популярная музыка , предназначенная для воспроизведения на дешевых проигрывателях с низкой точностью, прессовалась в моно на протяжении 1960-х годов и продавалась по более низким ценам, чем «высококлассные» стереопластинки. [97]

Микрофоны

Самка мухи Ormia ochracea  , носительница естественного возбудителя Блюмлейна.

Пара Блюмлейна , во всех трех вариантах, обсуждаемых в патенте 394325, по-прежнему используется для записи акустической музыки. Наиболее распространенная конфигурация использует XY-расположение двух двунаправленных микрофонов в форме восьмерки. [93] Она уникальна тем, что является инструментом постоянной мощности : из-за тригонометрического тождества Пифагора любой источник звука, расположенный в переднем квадранте, будет улавливаться с равномерной объединенной мощностью , без провалов или пиков. [93] В пространстве прослушивания два результирующих стереосигнала будут акустически складываться, создавая фантомные источники звука постоянной мощности. [93] Запись, сделанная с помощью пары XY, передает превосходную боковую стереокартину, заполняя все пространство между двумя громкоговорителями. [93] Она 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 затруднительным или совершенно невозможным. [98] Пара MS Blumlein, использующая микрофон в форме восьмерки для канала S и кардиоидный микрофон для канала M, похожа на пару XY, но гораздо менее чувствительна к звукам заднего квадранта и полностью совместима с монофоническим оборудованием. [99] По этим причинам пара MS используется в основном на радио, телевидении и в кино. [99] Растянутая пара XY является конфигурацией выбора для использования кардиоидных микрофонов. [45] В обычном 90-градусном расположении XY такие микрофоны сжимают записанное стереоизображение; увеличение угла до 120...135° эффективно восстанавливает ширину стерео. [45]

Тасуллеры

Матричная обработка стереосигналов является основой студийной звукозаписывающей технологии, но тасовка Блюмлейна не нашла широкого применения. [92] В 1980-х годах Ричард Кауфман, Майкл Герзон и Дэвид Гризингер независимо друг от друга предложили три бинауральных метода записи, основанных на тасовке Блюмлейна, но их идеи также не получили широкого признания. [92] [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 свою добычу ночью, ориентируясь на щебетание сверчков. Расстояние между тимпанальными мембранами мухи слишком мало, чтобы быть надежным инструментом локализации звука. Однако муха обладает системой связок , которая преобразует незначительные фазовые различия между левым и правым сигналами в существенные различия уровней. [101] В 21 веке слуховой аппарат Ormia ochracea стал моделью для 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 обстановке. [102]

Примечания

  1. ↑ В 1970 году студии были официально переименованы в Abbey Road Studios .

Ссылки

  1. ^ abcde Бернс 2006, стр. 129.
  2. ^ Теберг, Девайн и Эверретт, 2015, стр. 5.
  3. ^ abcdefg Бернс 2006, стр. 128.
  4. ^ ab Коллинз, Пол (2008). «Theatrophone – iPod 19-го века». New Scientist . 197 (9 января): 44– 45. doi :10.1016/S0262-4079(08)60113-X.Также перепечатано в Collins, P. (2016). "Прямой эфир из Парижской оперы". Взрывающиеся брюки фермера Бакли: и другие события на пути к научному открытию. Hachette / New Scientist. ISBN 9781473642768.
  5. ^ ab Théberge, Devine & Everrett 2015, стр. 6.
  6. ^ Теберг, Дивайн и Эверретт, 2015, стр. 5–6.
  7. ^ ab Théberge, Devine & Everrett 2015, стр. 7.
  8. ^ abcdef Fox 1982a, стр. 36.
  9. ^ ab Opstal 2016, стр. 185.
  10. ^ Опстал 2016, стр. 173.
  11. ^ abc Théberge, Devine & Everrett 2015, стр. 41.
  12. ^ ab Fox 1982a, стр. 38.
  13. ^ Серджи 2004, стр. 13.
  14. ^ Брок-Наннестад 2009, с. 167.
  15. ^ ab Théberge, Devine & Everrett 2015, стр. 16–17.
  16. ^ Теберг, Девайн и Эверретт, 2015, стр. 17.
  17. ^ ab Fox 1982a, стр. 40.
  18. ^ abcdefghijkl Бернс 2006, стр. 130.
  19. ^ ab Alexander 2013, стр. 60.
  20. ↑ Бернс 2006, стр. 127–128.
  21. ^ ab Théberge, Devine & Everrett 2015, стр. 18.
  22. ^ ab Alexander 2013, стр. 61.
  23. ^ Александр 2013, стр. 222.
  24. ↑ Бернс 2006, стр. 196.
  25. ^ Александр 2013, стр. 69, 72.
  26. ^ abcdef Александр 2013, стр. 63.
  27. ^ abcdef Fox 1982a, стр. 37.
  28. ^ abc Blumlein 1958, стр. 32.
  29. ^ ab Burns 2006, стр. 133.
  30. ^ ab Van Dulken S. (3 июля 2012 г.). «Алан Блюмлейн и изобретение стерео». Британская библиотека . Получено 4 апреля 2018 г.(Автор — штатный эксперт Британской библиотеки )
  31. ^ Александр 2013, стр. 69.
  32. ^ abcde Александр 2013, с. 72.
  33. ^ abcdefghi Александр 2013, с. 358.
  34. ^ Теберг, Девайн и Эверретт, 2015, стр. 19.
  35. ^ abcdefg Fox 1982a, стр. 42.
  36. ↑ Блюмлейн 1958, стр. 32–33.
  37. ^ abcd Блюмлейн 1958, стр. 33.
  38. ↑ Бернс 2006, стр. 130–131.
  39. ^ ab Alexander 2013, стр. 70.
  40. ^ abc Gerzon 1994, стр. 437.
  41. ^ Герзон 1994, стр. 436–437.
  42. ^ abcdef Герзон 1994, стр. 436.
  43. ^ abcdefghijk Бернс 2006, стр. 131.
  44. ^ ab Alexander 2013, стр. 94.
  45. ^ abc Eargle 2012, стр. 172.
  46. ^ abcdef Блюмлейн 1958, стр. 37.
  47. ↑ Бернс 2006, стр. 131, 133.
  48. ^ ab Eargle 2012, стр. 169.
  49. ^ ab Burns 2006, стр. 148.
  50. ^ abc Питер Коупленд 2008, стр. 57.
  51. ^ Фокс 1982а, стр. 37, 42.
  52. ↑ Бернс 2006, стр. 133–134.
  53. ^ abc Burns 2006, стр. 134.
  54. ^ ab Blumlein 1958, стр. 40.
  55. ^ ab Ferstler, H. (2004). "Келлер, Артур Чарльз". В Hoffmann, Frank (ред.). Энциклопедия записанного звука . Routledge. стр. 1130. ISBN 9781135949501.
  56. ^ abcde Аполлонова и Шумова 1978, с. 112.
  57. ^ abcdefg "Леопольд Стоковски, Харви Флетчер и Bell Laboratories. Экспериментальные высококачественные и стереофонические записи 1931–1932". Stokowski.org . Получено 9 апреля 2018 г. .
  58. ^ Питер Коупленд 2008, стр. 49.
  59. ^ Блюмлейн 1958, стр. 39.
  60. ^ ab Burns 2006, стр. 140–141.
  61. ^ abc Osborne 2014, стр. 67.
  62. ^ Осборн 2014, стр. 68.
  63. ^ Александр 2013, стр. 73.
  64. ^ abcd Александр 2013, стр. 74.
  65. ^ ab Alexander 2013, стр. 75.
  66. ↑ Александр 2013, стр. 75–77.
  67. ^ Александр 2013, стр. 77.
  68. ^ abcde Александр 2013, с. 78.
  69. ^ ab Alexander 2013, стр. 79.
  70. ^ abc Alexander 2013, стр. 80.
  71. ^ abcd Александр 2013, стр. 83.
  72. ^ Александр 2013, стр. 84.
  73. ^ ab Alexander 2013, стр. 85–86.
  74. ^ Александр 2013, стр. 80–81.
  75. ^ Александр 2013, стр. 82.
  76. ^ Александр 2013, стр. 88.
  77. ^ abc Alexander 2013, стр. 88—91.
  78. ^ abcde Бернс 2006, стр. 140.
  79. ^ ab Burns 2006, стр. 297.
  80. ^ ab Burns 2006, стр. 298.
  81. ↑ Бернс 2006, стр. 299–300.
  82. ↑ Бернс 2006, стр. 300.
  83. ↑ Бернс 2006, стр. 301.
  84. ↑ Фокс 1982б, стр. 642—643.
  85. ↑ Бернс 2006, стр. 142.
  86. ^ Питер Коупленд 2008, стр. 301.
  87. ^ Мойер, ХК (1957). «Стандартная характеристика записи на диск». Инженер RCA . 3 (2): 11– 13.
  88. ↑ Питер Коупленд 2008, стр. 150–151.
  89. ^ abcde Бернс 2006, стр. 143.
  90. ^ abc Gray 1986, стр. 5.
  91. ^ ab Alexander 2013, стр. 92.
  92. ^ abcde Gerzon 1986, стр. 1.
  93. ^ abcde Eargle 2012, стр. 170.
  94. ^ abcde Бернс 2006, стр. 144.
  95. ^ abcd Бернс 2006, стр. 145.
  96. ↑ Питер Коупленд 2008, стр. 213–214.
  97. ^ ab Osborne 2014, стр. 96.
  98. ^ ab Eargle 2012, стр. 171.
  99. ^ ab Eargle 2012, стр. 173.
  100. ^ Герзон 1994, стр. 435.
  101. ^ Майлз Р. Р. (1997). «Механический анализ нового уха паразитической мухи Ormia ochracea». Разнообразие в слуховой механике – Труды международного симпозиума . World Scientific. стр.  18–24 . ISBN 9789814547666.
  102. ^ Кларк, Лиат (2015). «Паразитные мухи вдохновляют потенциальную революцию в слуховых аппаратах». Wired . Получено 10 августа 2018 г.

Источники

Патент

  • Официальная публикация: Блюмлейн, А.Д. (1933), Описание патента Великобритании 394,325 «Усовершенствования в системах передачи звука, записи звука и воспроизведения звука и в их отношении» (PDF) (редактор Британского патентного ведомства)
  • Американская перепечатка: Blumlein, AD (1958). «Описание британского патента 394,325 «Усовершенствования в системах передачи звука, записи звука и воспроизведения звука» (PDF) . Журнал Audio Engineering Society . 6 (2): 32– 40.
  • Меморандумы Исааку Шёнбергу:

Биографии

  • Александр, Р. (2013). Изобретатель стерео: жизнь и творчество Алана Дауэра Блюмлейна . CRC Press. ISBN 9781136120381.
  • Бернс, Р. В. (2006). Жизнь и эпоха А. Д. Блюмлейна . Институт инженерии и технологий. ISBN 9780852967737.

Журнальные статьи

  • Фокс, Барри (1982a). «Ранняя стереозапись» (PDF) . Studio Sound (май): 36–42 .
  • Фокс, Барри (1982b). «Британец, который изобрел электронику». New Scientist (3 июня): 641– 643.
    • Австралийское переиздание: Fox, Barry (1983). «Алан Блюмлейн: пионер радаров военного времени» (PDF) . Electronics Australia (март): 14–19 .
  • Герзон, Майкл (1986). «Стереоперемешивание: новый подход, старая техника» (PDF) . Studio Sound (июль).
  • Герзон, Майкл (1994). «Применение перетасовки Блюмлейна к стереомикрофонным технологиям» (PDF) . Журнал Audio Engineering Society . 42 (июнь): 435–453 .
  • Грей, М. (1986). «Рождение Decca Stereo» (PDF) . Журнал ARSC ( 1–3 ): 4–19 .
  • Хоуп, 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 технологий записи». Cambridge Companion to Recorded Music . Cambridge University Press. ISBN 9780521865821.
  • Питер Коупленд (сентябрь 2008 г.), Руководство по методам восстановления аналогового звука (PDF) , Британская библиотека , Wikidata  Q29471641
  • Эргл, Джон (2012). Книга о микрофоне: от моно к стерео и к объемному звуку. CRC Press. ISBN 9781136118067.
  • Эргл, Джон (2013). Справочник звукорежиссера. Springer. ISBN 9781475711295.
  • Мортон, Д. (2006). Звукозапись: история жизни технологии. JHU Press. ISBN 9780801883989.
  • Opstal, J. (2016). Слуховая система и поведение локализации звука у человека. Academic Press. ISBN 9780128017258.
  • Осборн, Р. (2014). Винил: История аналоговой записи. Ashgate. ISBN 9781472434333.
  • Серджи, Г. (2004). Эра Dolby: звук в современном Голливуде. Manchester University Press. ISBN 9780719070679.
  • Théberge, P.; Devine, K.; Everrett, T. (2015). Living Stereo: Истории и культуры многоканального звука. Bloomsbury Publishing USA. ISBN 9781623565510.
  • Аполлонова, Л. П.; Шумова, Н. Д. (1978). Механическая грамзапись [ Механическая запись ] (на русском языке). Энергия.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=UnitedKingdom_patent_394325&oldid=1265995547"