Попытки записи звука делались еще в XIX веке.
В 1857 г. Л. Скотт создал фоноавтограф. Принцип его действия заключался в том, что колебания звуковой диафрагмы передавались игле, и та, в свою очередь, вычерчивала на поверхности цилиндра, покрытого сажей, кривую. Фоноавтограф позволял создать видимый образ звука, но не более.
В 1877 г. Эдисон, работая над усовершенствованием телефонного аппарата, создал фонограф, позволявший осуществлять запись и воспроизведение звука.
В фонографе звуковые волны при помощи трубы подводились к мембране из тонкого стекла или слюды, соединенной с иглой— резцом. Игла вычерчивала на быстро вращающемся вале, обернутом оловянной фольгой или бумажной лентой, покрытой слоем воска, винтовую канавку переменной глубины. При воспроизведении звука двигавшаяся по канавке игла совершала механические колебания, и связанная с ней мембрана издавала звук.
Позже Эдисон усовершенствовал свое изобретение, создав специальный сплав из воска и некоторых смол. Но ему не удалось исправить всех недостатков. Валик мог вести запись в течение нескольких минут, после нескольких прослушиваний копия разрушалась, а делать с нее отпечатки было невозможно.
В 1887 г. Э. Берлинер запатентовал граммофон. Он использовал тот же принцип, что и фонограф, но игла в записывающее аппарате располагалась параллельно плоскости мембраны и чертила не бороздки, а извилистые линии. Вместо громоздкого валика использовалась круглая пластинка.
С диска, записанного по способу Берлинера, можно было получать копии. Сначала граммофонные пластинки изготавливались из целлулоида, затем из эбонита. В 1896 г. Берлинер изобрел шеллак, который стал основным материалом для производства грампластинок.
Воспроизведение звука осуществлялось при помощи слюдяной пластинки, соединенной при помощи рычага с зажимом, в который помещались сменные стальные, а затем корундные или алмазные иглы. Сначала скорость вращения пластинки составляла 90—100 об/мин, затем был принят стандарт 78 об/мин.
Граммофон и его портативный вариант патефон были распространены до 40-х годов XX века. Затем им на смену пришли электрические проигрыватели и электрофоны.
Появление магнитной записи звука тесно связано с возникновением фонографа и зарождением радиоэлектроники. Через 11 лет после появления фонографа, в 1888 г., в журнале «The Electrical World» появилась статья американского инженера О. Смита, посвященная усовершенствованию конструкции фонографа Эдисона. В ней были предложены прогрессивные идеи, касающиеся записи звука. Смит изложил новый принцип записи звука — магнитный. В качестве носителя он предложил хлопчатобумажную нить, пронизанную стальными опилками. По замыслу Смита, стальные опилки должны были намагнититься возле проводов микрофонной цепи. Отдельные частички должны были запечатлеть отдельную фазу электрического волнообразного процесса.
Смит не указал способа воспроизведения магнитной фонограммы и не создал действующей конструкции аппарата для магнитной записи звука.
Через десять лет идеей магнитной записи звука увлекся датчанин В. Паульсен. В отличие от О. Смита, он попытался ее реализовать и для этого разработал конструкцию аппарата для магнитной записи звука. 1 декабря 1898 г. Паульсен запатентовал свое изобретение. Его аппарат получил название «телеграфон». Телеграфон представлял собой электромагнитный фонограф. Конструкция телеграфона действительно несколько напоминала аппарат Эдисона: такой же вращающийся цилиндр, но вместо слоя воска, была навита тонкая стальная струна диаметром 0,5 мм. В первых моделях использовалась фортепианная струна, на которую записывался звук. Цилиндр вращался с помощью часового механизма. Записывающая головка, представлявшая собой электромагнит, двигалась вдоль витков со скоростью 2,1 м/с.
Для 40-минутной записи необходимо было 6000 м проволоки. Телеграфон воспроизводил записи в диапазоне частот от 150 до 2500 Гц.
Стирание записи производилось сильным постоянным магнитом. Для этого было достаточно провести им по проволоке.
На Всемирной выставке в Париже в 1900 г. В. Паульсен за конструкцию телеграфона получил Гран-при. В 1901 г. Паульсен создал новый аппарат, значительно отличавшийся от предшественника. Он имел основные черты современных магнитофонов. Запись велась на стальную ленту шириной 3 и толщиной 0,05 мм. Лента сматывалась с одной бобины, наматываясь на другую. При этом она проходила рядом с записывающей и воспроизводящей головками. Запись можно было прослушивать через телефонные трубки.
Воодушевленный успехом Паульсен решил приступить к производству магнитофонов. В 1903 г. он, совместно с американскими бизнесменами, создал Американскую телеграфонную компанию, которая стала производить диктофоны. Вначале продукция пользовалась успехом. Но конкуренция между первыми магнитофонами и граммофонами закончилась победой последних. Несколько фирм, созданных Паульсеном, обанкротились и прекратили свое существование.
Покупатели отдавали предпочтение граммофонам, поскольку те давали более громкий звук. Усиление слабого электрического сигнала, воспроизводимого телефонным наушником, было невозможно: еще не было изобретена усилительная лампа.
Несмотря на свое несовершенство, магнитофоны продолжали применяться. Так, на международном конгрессе в Копенгагене в 1916 г. доклады записывались на магнитофон. В качестве носителя информации в нем использовался стальной провод. Для записи докладов, общей продолжительностью 14 часов, понадобилось 2500 км провода весом в 100 кг. Некоторое время в радиовещании применялась записывающая аппаратура, использовавшая ленту из нержавеющей стали.
Поиски оптимального носителя звуков продолжались много лет. Были опробованы биметаллические звуконосители. В них на немагнитную основу из латуни или бронзы гальваническим способом наносился ферромагнитный слой. Эти ленты вышли из употребления, т. к. не обладали хорошими магнитными свойствами.
Магнитофоны имели большие габариты и вес. Так, магнитофон фирмы «Маркони» весил несколько сот килограммов. Стальная лента в нем наматывалась на бобины диаметром 0,5 м. При обрыве ее приходилось соединять электросваркой.
Интерес к магнитофону возобновился с появлением мощных усилителей на электронных лампах. В 1920-х гг. магнитофон уже применялся на американском флоте для ускорения передачи и приема радиотелеграфных сообщений.
Позже магнитофоны начали изготавливать в Германии и Англии. Запись по-прежнему велась на стальную ленту.
Дальнейшее развитие магнитофонов шло по пути создания новых магнитных лент, воспроизводящих, записывающих и стирающих головок; лентопротяжных механизмов.
В 1925 г. для записи звука стали использовать малогабаритные электрические микрофоны.
В том же году советский инженер И. И, Крейчман запатентовал гибкую ленту, сделанную из пластмассы и покрытую магнитным порошком. Но это изобретение осталось незамеченным.
Немец Ф. Пфлеумер, изучая патент В. Паульсена, нашел указание на то, что запись можно вести не только на провод и ленту, но и на диски, покрытые намагниченным порошком. Пфлеумер провел поиске приемлемых магнитных,носителей звука. Сначала он применил вместо стальной ленты бумажную, покрытую магнитным материалом. Затем он использовал более удобные пластмассовые ленты.
В 1935 г. на радиовыставке в Берлине были продемонстрированы разработанные совместно фирмами АЕГ и БАСФ промышленные образцы магнитных пластмассовых лент. Такая лента стоила в 5 раз дешевле металлической и обладала отличными магнитными свойствами, ее можно было легко склеивать, у нее был небольшой вес. Там же был показан первый магнитофон «К- J». После этого началось, постепенное вытеснение металлических звуконосителей пластмассовыми.
Успехами в магнитной записи звука заинтересовалась военная разведка. Ее сотрудники хотели использовать магнитофон для записи,радиоперехватов и прослушивания телефонных разговоров.
В 1938 г. немецкий инженер Е. Шюллер разработал и внедрил в производство новый тил функциональных кольцеобразных головок. Теперь на каждом этапе создания магнитной записи использовалась отдельная головка: записывающая, воспроизводящая и стирающая.
В США конструированием магнитофонов долгое время практически не занимались, Ситуация изменилась после того, как в 1940 г. инженер Кармас разработал новые покрытия для магнитофонных пленок. Они позволили снизить скорость движения пленок в магнитофоне с 76 см/с до 19 и 9,6 см/с. В СССР первый ленточный магнитофон «СМ-45» был создан в 1942 г. Он работал на ферромагнитной ленте. После войны производились модели для радиовещания серии «МЭЗ» и студийные «РМС-16». В 1949 г. в Киеве был выпущен первый советский бытовой магнитофон «Днепр».
Сразу после окончания Второй мировой войны Германия продолжила исследования по совершенствованию принципа магнитной записи звука. На немецком радио применялся магнитофон, работавший на пластмассовой ленте, на которую наносился слой оксида железа. Скорость движения ленты составляла 80 см/с, Это позволяло записывать звук частотой до 10 000 Гц. Лента,имела толщину около 0,05 мм и ширину 5 мм.
Разрабатывались также перспективные механизмы протяжки ленты. В 1947 г. появился магнитофонов котором механизм протяжки ленты имел три электродвигателя. Один служил для подачи ленты, другой для вращения ведущего вала с постоянной скоростью и протягивания ленты, третий — для подмотки ленты. Скорость перемещения ленты была примерно 76 см/с. Это обеспечивало воспроизведение частот в диапазоне от 32 до 9600 Гц.
В начале 50-х годов появились малогабаритные бытовые магнитофоны с магнитной лентой на пластмассовой основе. Металлическая лента и провод были окончательно вытеснены.
В это время шло повышение качества воспроизведения звука. Появились двухканальные усилители с разделением частот на высокие и низкие.
В 1950—1960-е годы выпускались различные магнитофонные приставки с простым лентопротяжным механизмом и упрощенным узлом записи. Для громкого прослушивания записи приставки подключались к радиоприемникам, имеющим усилители звуковой частоты.
В 1968 г. были произведены первые кассетные магнитофоны. В них магнитная лента помещалась в закрытую плоскую коробочку — кассету. Кассета вставлялась в магнитофон и приводилась в движение его лентопротяжным механизмом. Лента двигалась со скоростью 4,75 см/с. Поначалу качество записи и воспроизведения звука было низким, что было связано с медленным движением ленты и малой шириной дорожек.
Несмотря на недостатки, кассетные магнитофоны стали пользоваться популярностью. Они выгодно отличались от бобинных магнитофонов удобством обращения и небольшими размерами.
Проблему низкого качества звука в кассетном магнитофоне решил в 1969 г. американец Р. Долби. Он разработал систему, получившую его имя. Она представляла собой динамический экспандер и компрессор для определенного частотного диапазона. При записи повышался уровень высоких частот (1—2 кГц и выше). При воспроизведении уровень этих сигналов восстанавливался. Применение этой системы позволяло снизить собственные шумы лент и усилителей и устранить некоторые паразитные эффекты, например копирэффект.
Улучшению качества работы кассетных магнитофонов способствовало также создание высококачественных лент на хром-оксидной и кобальтовой основах.
В 1979 году произошел очередной технологический прорыв: японская корпорация «Сони», производившая портативные магнитофоны, выпустила в продажу первый кассетный плеер «Walkman». Он позволял прослушивать запись через наушники. Для упрощения конструкции в плеере не было функции записи.
Его можно было носить в кармане или на поясе, оставляя руки свободными.
Основными деталями магнитофона являются головки стирания, записи и воспроизведения. Для упрощения в большинстве магнитофонов сейчас применяется универсальная головка, совмещающая запись и воспроизведение.
Головка представляет собой магнитный сердечник для концентрации магнитного потока и обмотки для подвода или снятия электрических сигналов. Со стороны, обращенной к ленте, сердечник имеет рабочий зазор — промежуток, заполненный немагнитным материалом, например бериллиевой бронзой. Он обеспечивает магнитную связь головки с лентой.
Ток, проходя через обмотку записывающей головки, образует вокруг сердечника магнитное поле. Поле намагничивает проходящую через него ленту. Если через обмотку пррходит электрический ток, возникший вследствие воздействия звука на микрофон, то магнитное поле изменяется в зависимости от силы тока микрофона. Кроме тока записывающего сигнала магнитное поле записывающей головки образуется также током дополнительного смещения, поступающим из высокочастотного генератора.
Дополнительное питание током высокой частоты называется подмагничиванием. Оно позволяет нейтрализовать искажения, производимые электрическими приборами магнитофона. Во время работы вокруг них образовывается сильное магнитное поле, оказывающее влияние на ленту и снижающее качество фонограммы. Подмагничивание повышает качество магнитной записи.
Разные участки ленты получают намагниченность различную по силе и направлению. При воспроизведении записи лента двигается вдоль воспроизводящей головки с той же скоростью, что и при записи. При этом в обмотках головки возбуждается электрический ток, изменяющийся в зависимости от силы магнитного поля ленты. Воспроизведенный при этом сигнал поступает в усилитель, а от него — к динамику.
Стирание записи производится головкой стирания, соединенной с генератором высокой частоты. Ток, который создает этот генератор, пропускается через обмотки головки. Проходя через магнитное поле стирающей головки, лента многократно перемагничивается, в результате чего переходит в размагниченное состояние.
Движение ленты обеспечивается лентопротяжным механизмом. Его основными частями являются электродвигатель, ведущий вал и прижимной ролик. Лентопротяжный механизм магнитофона также обеспечивает ускоренную перемотку ленты в обоих направлениях и ее кратковременную остановку.
Несмотря на постоянное развитие звуковоспроизводящих устройств, магнитофоны остаются популярными во всем мире.
