Истории изобретений — Усиление звука и усиление

История усилителей и усилителей звука. Технологическое развитие от древних времен до современности.

Ok. 1000 пене — В перуанских Андах в ритуальном центре Чавин-де-Уантар строится комплекс подземных помещений и извилистых коридоров. Исследователи отметили, что сооружение представляет собой продуманную акустическую систему, усиливающую человеческий голос и звуки инструментов.

XNUMX век до н.э. — В Древней Греции бытовали маски с торчащими изо рта шишками, предназначенными для усиления голоса актеров, выступающих в театре.

XNUMX век до н.э. — Римский архитектор Витрувий использует греческие архитектурные образцы с учетом акустики для строительства новых театров. Кажется, знаменитый конструктор знал толк в природе звуков — он утверждал, в том числе, что они распространяются подобно волнам после того, как в воду брошен камень. Работы Витрувия заложили основу архитектурного акустического дизайна.

Ok 600 нет — Храмы в древнем городе майя — мексиканском Паленке — были спроектированы с учетом системы распространения звука на большие расстояния. На их вершине или в специальных залах стояли артисты и священники, а благодаря продуманной архитектуре и особым покрытиям на поверхности стен их голос усиливался и был слышен на расстоянии.

XVII в. — Сэмюэл Морланд и Афанасий Кирхер примерно в одно и то же время описывают изобретение мегафона.

1. Рисунок Афанасия Кирхера

В работе, опубликованной в 1655 году, Морланд писал о своих экспериментах с различными рогами. Его самый большой рупор представлял собой медную трубку высотой более XNUMX метров, якобы несшую человеческий голос в пределах полутора километров. Двадцатью годами ранее Киршнер описал это устройство (1), который можно было использовать как в качестве мегафона, так и для подслушивания людей вне зданий.

1675-1682 — На рисунке Луи Николя того периода на веб-сайте работы «Канадский кодекс» изображен Искуаките, вождь американских индейцев, держащий мегафон из бересты (2). Из текста иллюстрации видно, что Искуаките обращается к своим воинам с такой трубкой.

2. Страница канадского кодекса

1827 — Чарльз Уитстон разрабатывает первый микрофон в качестве преобразователя звука. Устройство состояло из двух тонких стержней, которые передавали механические колебания на уши. В настоящее время микрофоном называют электроакустический преобразователь, который используется для преобразования звуковых волн в переменный электрический ток, но в конце XVII века этим словом обозначали инструмент, увеличивавший громкость звука, т. е. трубу в ухо слабослышащим. Однако микрофон Уитстона по-прежнему совершенно отличался от электрического микрофона, изобретенного позже.

1861 — Иоганн Филипп Рейс, учитель из Фридрихсдорфа, Германия, разрабатывает электрический громкоговоритель простого типа, который он устанавливает в свой собственный прототип телефона. В своей экспериментальной конструкции он использовал металлическую полосу, прикрепленную к вибрирующей диафрагме, которая создавала переменные потоки электрического тока. Сначала громкоговоритель мог воспроизводить только чистые тона, а затем, с небольшими изменениями, и разборчивую речь.

70-е годы — Появляются первые кислотные микрофоны, в которых диафрагма крепилась к токопроводящему стержню в растворе кислоты. Они послужили одним из строительных блоков первых телефонов Александра Грэма Белла и Элиши Грея.

1877 — Создан угольный (контактный) микрофон. Томас Эдисон (3), вдохновленный устройством пионеров

3. Эдисон с угловым динамиком воспроизводящего устройства

телефонии, он решил их улучшить. Вскоре после этого он представил микрофон, в котором кислота была заменена угольными гранулами, изменяющими свое сопротивление под действием давления, оказываемого мембраной на гранулы. Изобретение оказалось удачным, но имело и свои недостатки. Хотя его конструкция была простой, дешевой и практически безотказной, диапазон обработки оказался уже спектра человеческой речи и вызывал большие искажения звука. За угольными микрофонами последовали конденсаторные — но они были дорогими, тонкими и не очень мобильными.

1877 — Идея громкоговорителя, приводимого в действие электромагнитной катушкой, была сформулирована Вернером фон Сименсом, который хотел использовать в нем постоянный ток. У него не было возможности усилить звук, чтобы сделать полезный громкоговоритель, но он думал, что теоретически это можно сделать.

1878 — В надежде, что это принесет пользу глухим и слабослышащим, Эдисон разработал устройство, похожее на говорящую трубу. Его изобретение состояло из трех отдельных воронкообразных трубок, расположенных в ряд. Два крайних были почти 2 метра в длину и сделаны из бумаги. Центральная трубка была похожа на трубку Сэмюэля Морланда, но имела большее отверстие для рта пользователя. Мегафон Эдисона передавал тихий шепот на расстоянии 300 метров и нормальный голос на несколько километров, но он был слишком велик, чтобы им было удобно пользоваться.

1898 — Оливер Лодж разрабатывает концепцию громкоговорителя с подвижной катушкой, соединенной с

4. Комплект с ауксетофоном

мембрана и подвешена в сильном магнитном поле (также известный как динамический динамик), который запатентован. 1898 — Гораций Шорт из Лондона запатентовал ауксетофонный громкоговоритель.4). Впервые он был представлен публике на Парижской выставке в 1900 году, чтобы записать оперные арии с вершины Эйфелевой башни. Устройство работало на сжатом воздухе и, по рассказам современников, было слышно по всему Парижу.

1906 — Миллер Риз Хатчисон и Келли Тернер из Hutchinson Acoustic Co. из Нью-Йорка построить первый электрический громкоговоритель — диктограф, который является прообразом большинства современных систем.

1906-1912 — Первый аудиоусилитель был изготовлен Ли Де Форестом и появился в виде триодной вакуумной лампы. Изобретение, которое первоначально продвигал Форест, было известно как Audion (англ.5). В отличие от триода, состоящего из трех элементов, Audion имел только два и изначально не усиливал звук. Позже, когда был изобретен триод, на нем стало работать устройство, способное регулировать движение электронов от нити к пластине и тем самым модулировать звук (называемое также «клапаном»).

5. Аудион Ли Де Форест, 1906 год.

новый проект. В конце концов, примерно в 1912 году Ли Де Форест построил аудиоусилитель. Триодный вакуумный усилитель был использован для создания первого AM-радио. Ранние усилители мощности звука основывались на электронных лампах, и некоторые из них обеспечивали особенно высокое качество звука (например, усилитель Williamson 1947–1949 годов).

1912 — В сентябре этого года в общественных местах впервые прозвучали электрические громкоговорители. Компания Bell Telephone Co. в партнерстве с Western Electric установила два передатчика с водяным охлаждением, индуктор и десять громкоговорителей в Олимпийском театре Чикаго, которые не только усиливали голос со сцены, но и транслировали звуковые эффекты публике снаружи.

1913 — Губернатор Оклахомы произносит речь по проводной связи перед местом сбора 345 человек, примерно в 200 км от места трансляции — это первый раз, когда громкоговорители используются как часть системы громкой связи.

1915 — Датский инженер Питер Л. Дженсен и Эдвин Придхэм производят первые практические громкоговорители с подвижной катушкой в ​​Напе, Калифорния. Они поместили катушку, сделанную из медной проволоки и соединенную с диафрагмой, между сильными магнитами, а затем добавили трубку поворотного стола в форме буквы S. Дженсену, однако, было отказано в патентах, а также из-за того, что оба конструктора не смогли продать свою продукцию телефонным компаниям в 1915 году. они изменили рыночную цель для двусторонних радиостанций и систем громкой связи, назвав свой продукт Magnavox. Дженсен был совладельцем Magnavox в течение многих лет после изобретения динамика.

1924 — Честер В. Райс из General Electric и Эдвард В. Келлог из AT&T (6) разработать структуру

6. Эдвард Келлог и Честер Райс

(магнитоэлектрический громкоговоритель), который напоминает сегодняшние модели. Прорывом стало использование магнита, подвижной катушки и диафрагмы. Два инженера вместе работали в Скенектади, штат Нью-Йорк, над созданием современного громкоговорителя и первой системы электрического усиления. В 1921 году они разработали рабочий прототип, а затем решили проблемы с созданием приглушенного звука, который не позволил бы конкурировать на рынке с хорошо продаваемым валторном. Их устройство характеризовалось: достаточно высокой динамикой в ​​частотном диапазоне, чтобы быть лучше, чем у рупора, и значительным увеличением громкости (дБ). В 1925 году они оба подали заявку на патент, а через несколько лет усовершенствовали свое изобретение, которое стало первым коммерческим продуктом в своем роде, названным громкоговорителем Radiola 104. Доллары США. Громкоговоритель выпускался под маркой компании RCA.

1924 — Уолтер Х. Шоттки с доктором. Эрвин Герлах, они изобретают ленточный микрофон (7). Идея заключалась в том, чтобы подвесить очень тонкую ленту в магнитном поле, чтобы она могла генерировать электрические сигналы. Это решение не было очень практичным, пока в конце 30-х годов не стали доступны сильные постоянные магниты.

7 Старый ленточный микрофон

1930 — Питер Л. Дженсен выпускает первые громкоговорители с постоянными магнитами. Однако большие тяжелые железные магниты были непрактичны, поэтому доминировали громкоговорители со звуковой катушкой до популяризации легких алюминиевых магнитов после Второй мировой войны.

1934 — Гарольд Блэк начинает использовать отрицательную обратную связь, что позволило значительно снизить уровень искажений в усилителях за счет меньшей мощности.

1937 — Кинокомпания Metro-Goldwyn-Mayer представляет первую стандартную звуковую систему для кинозалов в киноиндустрии — The Shearer Horn System for Theaters. В нем используются четыре 15-дюймовых низкочастотных драйвера, сетевой кроссовер на 375 Гц и один многоячеечный рупор с двумя компрессионными драйверами для высоких частот.

1947 — Благодаря прогрессу, достигнутому во время Второй мировой войны, произошло быстрое развитие технологий, в том числе в области звукоусиления и усиления. Самые ранние типы аудиоусилителей были сделаны из электронных ламп или ламп. Пример — вышеупомянутый усилитель Williamson, созданный на основе концепции, опубликованной британским инженером Дэвидом Теодором Нельсоном Уильямсоном в журнале «Wireless World» в мае 1947 года.

1954 — Эдгар Вильчур (8) разрабатывает в Кембридже, штат Массачусетс, акустический принцип подвески динамиков, т. е. конструкцию корпуса, в которой используется один или несколько динамиков, установленных в закрытом корпусе или корпусе. Это позволило добиться лучшего отклика басов, чем драйверы, установленные в корпусах меньшего размера, что было важно при переходе к стереофонической записи и воспроизведению. Вилчур со своим партнером Генри

Клоссем основал компанию Acoustic Research, задачей которой было производство и продажа акустических систем, использующих этот принцип. Постоянное совершенствование конструкции корпуса и материалов вскоре привело к значительному улучшению слышимости звуков. Наиболее заметными улучшениями в современных динамических динамиках и использующих их громкоговорителях стали: усовершенствование конических материалов, внедрение высокотемпературных клеев, разработка материалов с постоянными магнитами, достижения в методах измерения, автоматизированном проектировании и анализе методом конечных элементов. На низких частотах оказалось очень важным на уровне проектирования применить теорию электрических сетей к акустическим параметрам, допускаемым различными конструкциями корпуса. Первые громкоговорители, то есть громкоговорители, заключенные в корпус, были запатентованы в 1958 году.

1957 — проф. Доктор Фриц Зеннхайзер вместе с экспертами в области радиопередачи и в сотрудничестве с немецкой вещательной компанией Norddeutscher Rundfunk представляет беспроводной микрофон для

9. Женщина с электрическим мегафоном

ТВ-приложения. Передатчик SK 1001 имел электронную лампу и дальность действия до 100 м, работал максимум 5 часов.

60-е годы. — Электрические мегафоны постепенно вытесняют своих предшественников, т.е. акустические версии (9). Тем не менее, дешевый, легкий и прочный акустический рупор по сей день используется во многих местах и ​​ситуациях, например, во время спортивных мероприятий.

или в бассейнах и на пляжах — везде, где влага может повредить электронику.

1964 — Рэймон Донес из Калифорнии получил свой первый патент на сабвуфер (10), специально разработанные для всестороннего расширения низкочастотного диапазона современных стереосистем.

70-е годы. — Кремниевые транзисторы заменяют технологию ламповых ламп. Отныне большинство современных аудиоусилителей основаны на транзисторных устройствах (таких как BJT, FET и MOSFET), которые легче, надежнее и энергоэффективнее, а также требуют меньше обслуживания, чем ламповые усилители. Они также лучше снижают уровень искажений. Однако от ламп не отказались полностью, и они все еще доступны, например, в гитарных усилителях или в аудиофильском аудиооборудовании. 

Мирослав Усидус