Nauka  / Felieton

Z pamiętnika “Młodego Technika” - luty 1984. I narodził się suwak!

Kiedy na rynku muzycznym na dobre zaczęły zadomawiać się płyty kompaktowe, wieszczono rychły koniec płyt gramofonowych. Nic z tego. Nadal mają grono wiernych fanów, nadal pozostają w sprzedaży, choć trzeba przyznać, że jest to sprzedaż niszowa w porównaniu ze sprzedażą płyt CD. Kiedyś gramofony i płyty analogowe cenowo nie odbiegały od obecnych cen płyt i odtwarzaczy CD. Dziś kosztują kilkakrotnie więcej. Jak przystało na towar dla koneserów.

Gdy na czarną powierzchnię kręcącej się płyty opuści się ramię gramofonu, nim z głośników popłynie muzyka, słuchać szum. Jeśli płyta ma swoje lata i była intensywnie eksploatowana, szum jest wyraźniejszy, pojawiają się też trzaski. Do tego dochodzą zakłócenia pochodzące od wibracji silnika gramofonu, nierówności jego obrotów, drżenia igły, czasami pojawiają się sprzężenia. Wszystkie będą słyszalne również wtedy, gdy pojawi się muzyka.

Dźwięk na płycie gramofonowej zapisywany był metodą mikrorowkową. Nierówności powierzchni rowków przenosiły się na drgania igły gramofonowej i, po przetworzeniu i wzmocnieniu, trafiały do głośników. Mimo stosowania coraz to twardszych materiałów, z których tłoczono płyty, zapis mikrorowkowy był podatny na kurz, palcowanie a nierówności w rowkach z czasem się wygładzały pod naciskiem igły gramofonowej.

Niektórzy twierdzą, że muzyka z płyt analogowych jest bardziej soczysta, bardziej miękka, lepsza. Bez względu na trzaski i szumy, których nie słychać na płytach CD. W czasie, kiedy płyty kompaktowe podbijały rynek, ich przeciwnicy zarzucali im, że idealna niemal wierność, z jaka odtwarzały muzykę, była ich głównym mankamentem - muzyka była za idealna, sucha, pozbawiona “tego czegoś”, co miały płyty gramofonowe. Trudno rozstrzygnąć, kto miał rację. Pewnie obie strony. Niemniej jednak płyta CD szturmem zdobyła półki sklepów muzycznych i po dziś dzień jest jednym z najważniejszych nośników muzyki. Choć... Czy nadal?

“Młody Technik” z lutego 1984 roku przynosi krótką historię powstania płyty kompaktowej, wtedy absolutnej nowości, oraz wyjaśnia, na czym polega zapis i odtwarzanie muzyki z płyt CD.

mt 2

W tamtych czasach zdobycze technologii Hi-Fi zbliżyły wierność odtwarzania muzyki z płyty gramofonowych do oryginału, ale nie wyeliminowały naturalnych wad, o których wspomniano wcześniej. W pewnym momencie przemysł fonograficzny doszedł do wniosku, że nie jest w stanie przekroczyć tej granicy bez zupełnej zmiany technologii zapisu i odczytu dźwięku. Narodziła się płyta Compact Disc.

Ludzkie ucho rejestruje dźwięki, czyli drgania akustyczne, o częstotliwościach od 16 Hz do 20 kHz. Drgania, bo dźwięk, z fizycznego punktu widzenia, jest falą akustyczną, która rozchodzi się w sprężystym ośrodku, na przykład w powietrzu lub w wodzie. Falę dźwiękową można zamienić na impulsy elektryczne za pomocą przetwornika elektroakustycznego, choćby mikrofonu. W okresie przed płytą CD sygnały elektroakustyczne zapisywało się analogowo w postaci rowków na płytach lub namagnesowanych obszarów na taśmach magnetycznych. Zapis analogowy był wrażliwy na wszelkiego rodzaju zakłócenia, które powstawały zarówno na etapie rejestracji, jak i odtwarzania. Oczyszczanie zapisu analogowego z takich “śmieci” było nie tyle trudne, co do końca niemożliwe. Zapis cyfrowy niwelował te niedogodności.

Pierwsze próby cyfrowego zapisu dźwięku przeprowadził w 1939 roku pracujący dla ITT Amerykanin A. H. Reeves. W paryskim laboratorium koncernu opracował on na potrzeby telekomunikacji system cyfrowego nadawania i odtwarzania sygnałów elektrycznych, zwany PCM (Pulse Code Modulation). Pierwsze urządzenia wykorzystujące tą technologię były bardzo złożone, przez co niezmiernie drogie. Stopniowy postęp technologiczny, zwłaszcza w dziedzinie mikroelektroniki, umożliwił znaczną redukcję kosztów produkcji tego rodzaju sprzętu. Na rynku pojawiły się pierwsze studyjne magnetofony PCM, ale były nadal za drogie i skomplikowane, co powodowało, że raczej nie nadawały się na rynek, na którym funkcjonował przeciętny konsument.

Dalsze badania nad technologią PCM doprowadziły do powstania cyfrowej płyty dźwiękowej DAD (Digital Audio Disc). Każdy z jej producentów wprowadzał własne standardy zapisu na niej dźwięku. Ostatecznie w 1982 roku około czterdziestu firm przyjęło standard zaproponowany przez koncerny Sony i Philips. Ta druga firma w tamtych czasach przodowała w opracowywaniu i upowszechnianiu nowych rozwiązań w przemyśle fonograficznym - jej zawdzięczamy pojawienie się popularnych w pewnym okresie kaset magnetofonowych Compact Cassette.

Aby zrozumieć istotę zapisu dźwięku na płycie CD należy na chwilę przypomnieć sobie francuskiego fizyka i matematyka Jeana Baptiste Fouriera.

Odkrył on na przełomie XVIII i IX stulecia, że każdy sygnał o dowolnie skomplikowanym przebiegu jest złożeniem sygnałów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach i tak zwanej składowej stałej. Znając przebieg sygnału w czasie można określić częstotliwości sygnałów sinusoidalnych, z których się składa. To przekształcenie znane jest pod nazwą transformaty Fouriera i jest matematycznym odpowiednikiem pryzmatu, który załamuje padające na niego fale świetlne różnie w zależności od ich częstotoliwości. Stosując transformatę Fouriera można przekształcić brzmienie skrzypiec, jak przykładowo podawał “Młody Technik”, na zestaw informacji o częstotliwościach, amplitudach i kątach przesunięć względem siebie sinusoid tworzących dźwięk. Jest to tak zwane widmo amplitudowe.

Okazuje się, że jeśli sygnał ma proste widmo amplitudowe, aby go odtworzyć nie trzeba znać całego przebiegu jego funkcji w czasie. Wystarczy znać wartości tej funkcji w pewnych odstępach w czasie. Nazywa się to próbkowaniem i jest podstawą cyfrowego zapisu dźwięku. Spróbkowany sygnał jest ciągiem wartości funkcji sygnału w punktach na osi czasu. Wartości te można zapisać w postaci binarnej, czyli liczbami zero-jedynkowymi.

W dużym uproszczeniu: prąd płynie - prąd nie płynie, sygnał jest - sygnału nie ma. Binarny zapis spróbkowanego sygnały znajduje się na płycie CD. Im częściej próbkowany jest sygnał, tym większa jest jego dynamika. Ale też im częściej próbkowany jest sygnał, tym większa ilość informacji go opisuje i musi zostać zapisana na nośniku. Spróbkowany sygnał zapisywany jest na płycie kompaktowej w postaci tak zwanych pitów - wgłębień o zaokrąglonych końcach o długości 0,33-3,56 mikrometra i szerokości 0,5 mikrometra, czyli czterdzieści razy węższych od grubości ludzkiego włosa. Taka gęstość zapisu pozwalała umieścić na płycie CD ponad godzinę “cyfrowej” muzyki i dodatkowe informacje o utworach.

O tym mógł się dowiedzieć czytelnik “Młodego Technika” w lutym 1984. O kupnie odtwarzacza płyty CD mógł wtedy jedynie pomarzyć.

Z czasem płyta kompaktowa przestała być tylko nośnikiem muzyki i znalazła zastosowanie jako nośnik danych w komputerach osobistych. Na rynku pojawiły się urządzenia pozwalające na nagrywanie płyt w warunkach domowych. Pojawiły się płyty wielokrotnego zapisu, aczkolwiek nie przyjął się powszechnie żaden z zaproponowanych standardów. Co ambitniejsi znaleźli dla płyt CD bardzo nietypowe zastosowania - wieszali je na przykład na lusterku wstecznym w samochodzie w charakterze... antyradaru. O nieskuteczności tego rozwiązania mogli się boleśnie dla ich portfela przekonać przy pierwszym kontakcie z drogówką.

mt 3

Metoda wykorzystywana do ucyfrowienia sygnałów dźwiękowych wykorzystana w płytach kompaktowych jest stosowana dziś z powodzeniem do rejestracji muzyki i zapisywania jej w postaci plików, choćby MP3 czy AAC - sposób pozostał ten sam, zmienił się nośnik. A co dalej z płytą CD? Jaka będzie jej przyszłość? Trudno powiedzieć. Pewnie ostatecznie wyparta zostanie przez nowocześniejsze nośniki, które zostaną wyparte przez inne nowocześniejsze nośniki i tak dalej. Być może znajdzie swoją niszę tak, jak dziś znalazła ją sobie płyta analogowa, którą w trzydzieści lat temu niektórzy chcieli wkładać do trumny.

Przewidywanie przyszłości to jak wróżenie z fusów. Frank B. Jewett, ówczesny prezes Bell Tephone Labolatories i prezydent amerykańskiej National Academy of Sciences, w 1943 roku podczas przemówienia na temat technologii powiedział: “Jako o przykładzie niemożności przewidywania przyszłości nawet w stosunku do rzeczy małych, myślę często o tym, jak nieskończenie małe mogło być szansą dla grupy ludzi, (włączając w nią człowieka, który miał pomysł) planujących wynalezienie zwykłego suwaka”. Tak jest. Suwaka, czyli zamka błyskawicznego. Czegoś zdałoby się trywalnego, a jednak tak rewolucyjnego choćby dla samego dla przemysłu odzieżowego, o przemyśle militarnym nie wspominając.

Lutowy “Młody Technik” z 1984 roku w innym ze swoich artykułów opisuje narodziny suwaka i przybliża proces jego produkcji.

A suwak narodził się w... 1851 roku. Jego ojcem był wynalazca maszyny do szycia Elias Howe. Ponieważ jego rozwiązanie było niejasne i nigdy ostatecznie nie trafiło do produkcji, za oficjalnego wynalazcę zamka błyskawicznego uznaje się Whitcomba L. Judsona, który w 1893 opatentował “klamrowy zapinacz lub otwieracz do butów”. W 1894 roku powstaje Universal Fastener Company - rusza produkcja pierwszych suwaków. Z początku sprzedaż nie szła najlepiej, a firma przez długi czas balansowała na granicy bankructwa. Przełom nastąpił dopiero w czasie I wojny światowej, kiedy zamek znalazł zastosowanie najpierw w pasie na pieniądze rozprowadzanym wśród marynarzy, a potem wyposażono w niego mundury dla amerykańskiej marynarki. W 1917 roku firma Hookless Fastener, następca Universal Fastener Company, sprzedała 24 tys. sztuk suwaków. W 1934 sprzedaż wyniosła już 60 mln sztuk. W 1974 roku roku firma sprzedaje rekordową ilość 2,3 mld zamków błyskawicznych.

Ponieważ nie wszyscy interesowali się w 1984 roku sukcesem, jaki odniósł zamek błyskawiczny, lutowy “Młody Technik” spieszył z pomocą znudzonym tą tematyką racząc ich artykułami o samochodach ciężarowych, które do 1920 roku poruszały się po drogach i bezdrożach Europy, o technice zaprzężonej do ratowania ludzkiego życia, o motolotniach, domowej hodowli bonsai i równie domowej produkcji prostych urządzeń zastępujących posiadaczom popularnych “maluchów”, czyli Fiatów 126p, komputer pokładowy. Miłośnicy motoryzacji mogli znaleźć artykuł poświęcony Ferrari BB512, miłośnikom astronomii miesięcznik oferował materiał poświęcony asteroidom, a młodzi chemicy mogli kontynuować rozpoczęty w styczniowym numerze “Młodego Technika” z 1984 roku, tym razem już w praktyce, kurs chałupniczego wytwarzania mgły i dymu.

“Sędziwy Technik” z 1984 roku donosił między innymi, że pismo z tytułu nie wymienione 18 lutego 1884 donosiło, że “onegdaj odbyła się licytacja na zadzierżawienie placu rządowego na Bielanach dla ustawienia różnych huśtawek, karuzeli, młynów djabelskich itp. hec oraz igrzysk ludowych”. Pisownia zgodna z oryginałem. Jak to szło w pewnej piosence? “Karuzela, karuzela na Bielanach co niedziela”. Bęc!

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst