Jak był zapisywany dźwięk na taśmie szpulowej i magnetofonowej?

Jak był zapisywany dźwięk na taśmie szpulowej i magnetofonowej?

Dla przyzwyczajonego do Spotify użytkownika sposób odtwarzania dźwięku z taśmy może się wydawać czarną magią. W praktyce to mniej skomplikowany proces, a jego historia pokazuje, że dążenia do minimalizmu i zwiększenia komfortu odbiorcy to nie charakterystyka ostatnich lat – widać je było już na początku zeszłego stulecia.

Ogólna zasada, która obowiązywała zarówno w przypadku taśmy magnetofonowej, jak i jej prototypów, brzmiała: pokryj materiał odpowiednimi cząsteczkami ferromagnetycznymi, a następnie skonstruuj urządzenie, które będzie potrafiło na nim zapisywać i odtwarzać dźwięk. Cząstki ferromagnetyczne to te, które wykazują cechy namagnesowania – np. żelazo, kobalt i nikiel. Pierwszym materiałem, który został w ten sposób pokryty, był stalowy drut w skonstruowanym przez Poulsena fonografie z 1898 roku. Odtwarzany na nim dźwięk był jednak słabej jakości i urządzenie nie weszło do powszechnego użytku. Dokonano jednak na nim najstarszego magnetycznego zapisu dźwięku wypowiedzi cesarza Franciszka Józefa z 1900 roku.

Papierowe początki taśm

Później przyszedł czas na serię taśm stalowych, które były bardzo niebezpieczne. Ich zerwanie groziło poważnym okaleczeniem osób znajdujących się w pobliżu. Po seriach eksperymentów, w 1928 roku Fritz Pfleumer pokrył materiałem magnetycznym paski papieru. Z kolei w 1935 roku powstała pierwsza taśma do magnetofonu AEG wykonana z tworzywa sztucznego – octanu celulozy – i pokryta tlenkiem żelaza. Technologia produkcji taśm była ciągle udoskonalana tak, aby uzyskać jak najlepszą jakość dźwięku. I tak, w 1963 swoją premierę
miała kaseta magnetofonowa, która była niczym innym jak pomniejszoną taśmą szpulową zamkniętą w plastikowej obudowie. Zasada ich zapisu i odtwarzania dźwięku pozostała taka sama.

Zapisywanie i odtwarzanie dźwięku na taśmie – jak to działa?

Głowica magnetofonu wysyła strumień magnetyczny na pokrytą tlenkiem żelaza lub innym materiałem ferromagnetycznym taśmę. Ten strumień jest „odciskany” na taśmie, tzn. zapamiętywany przez nią w postaci określonej ścieżki. W dużym uproszczeniu można to porównać do rysowania na taśmie linii (ścieżki dźwiękowej) cienkopisem. Przy czym cienkopis to znajdujący się w głowicy magnetofonu elektromagnes. Te „narysowane” na taśmie linie różnią się między sobą właśnie stopniem namagnesowania – są inne dla wysokich i niskich dźwięków. Różnice w namagnesowaniu odczytuje później głowica magnetofonu w trakcie odtwarzania dźwięku z taśmy – jej trzon jest wykonany z żelaza otoczonego kablem (jest to wspomniany już elektromagnes), który odczytuje wytwarzane podczas ruchu taśmy pole elektromagnetyczne i wysyła sygnał do głośników.

Sposób zapisu dźwięku na taśmie

Najczęściej ścieżki dźwiękowe były zapisywane na taśmie równolegle, wzdłuż taśmy (tzw. zapis równoległy). Możliwy był także zapis skośny, w którym ścieżki były odciskane pod pewnym kątem w stosunku do taśmy. Dzięki temu na jednej taśmie można było „zmieścić” więcej dźwięków. Minusem takiego rozwiązania była m.in. utrata możliwości dwustronnego odtwarzania dźwięku (bez przewijania taśmy do samego początku). W tym miejscu warto dodać, że wśród materiałów ferromagnetycznych, którymi pokrywano taśmy, najlepszą jakość dźwięku uzyskano w przypadku tlenku metalu (był to tzw. IV typ taśmy, we wcześniejszych typach wykorzystano; tlenek żelaza – typ I, tlenek chromu– typ II, czy też połączenie tlenku chromu i żelaza – typ III).

Taśma magnetofonowa a szpulowa – różnice techniczne

Choć obie taśmy magnetyczne były dostępne na rynku do lat 80. XX w. to różniły się we \właściwościach, co miało konsekwencje między innymi dla jakości odtwarzanego z nich dźwięku. Dwie podstawowe różnice między taśmą magnetofonową a szpulową to:

  • prędkość przesuwania się taśmy: w magnetofonie szpulowym jest to 19 cm na sekundę lub – w profesjonalnym studiu nagraniowym – 38 cm/s. Natomiast średnia prędkość przesuwania się taśmy w magnetofonie kasetowym to 4,75 cm/s. Dla zapisu dźwięku im szybsza prędkość przesuwania taśmy, tym lepiej, bo maleje wtedy niebezpieczeństwo nakładania się na siebie utrwalanych na taśmie dźwięków. Szybsze tempo przesuwania taśmy umożliwia także czyste nagranie wysokich dźwięków (trudniejszych do uchwycenia niż te niższe).
  • szerokość taśmy – tutaj także prym wiedzie taśma szpulowa z szerokością 6,35 mm (szerokość taśmy w kasecie magnetofonowej to 3,81 mm). Im szersza taśma, tym lepiej, bo umożliwia bardziej przejrzysty zapis dźwięku (linie zapisu są w odpowiedniej odległości od siebie, co zapobiega ich nakładaniu i „mieszaniu”).

Ze względu na parametry techniczne, taśma szpulowa stała się ulubieńcem profesjonalistów w studiach nagraniowych. Poza tym, służące do jej odtwarzania magnetofony miały oddzielne głowice do nagrywania, odtwarzania i usuwania dźwięku, dzięki czemu każdy z tych procesów był na najwyższym poziomie. W magnetofonie kasetowym zostały one „skompresowane” w jednej głowicy, co początkowo odbijało się na jakości dźwięku. W latach 70. XX wprowadzono na szczęście system redukcji szumów w Dolby B i C, co przyczyniło się do śmielszej rywalizacji między kasetą magnetofonową z taśmami szpulowymi. Dodatkowo, w niektórych magnetofonach kasetowych wprowadzono też mechanizm „dual capstan”, który umożliwiał przesuwanie taśmy w kasecie magnetofonowej tak jak na szpulowcu – zamiast dociskającego taśmę w kasecie kawałka filcu magnetofon został wyposażony w podwójne rolki, które wytwarzały odpowiednie napięcie taśmy. Dzięki tym innowacjom kasety magnetofonowe nieco wyparły taśmy szpulowe i były najpopularniejszymi nośnikami dźwięku do momentu rozpowszechnienia się płyt CD pod koniec XX wieku.