Исследовательская работа учащихся Почему поет пластинка

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №2

«Городок в табакерке», или Почему поёт пластинка?

Исследовательская работа

ученицы 8а класса

Сулеймановой Марии

Научный руководитель:

Мавлеева Л.Д.

учитель физики

Тайшет 2014

Содержание

Введение 3

Глава I. Теоретическая часть

1.1.Гениальное изобретение Томаса Алва Эдисона 4 - 5

1.2.От фонографа к виниловой пластинке 5 - 7

1.3. Современные звукозаписывающие устройства 7 - 10

Глава II. Практическая часть

2.1.Изготовление приспособления для записи звука 11 - 14

2.2.Запись звука 14 - 16

Заключение 17

Литература, интернет-ресурсы 18

Приложение

Введение

Однажды, придя в школьную библиотеку, моё внимание привлекла невзрачная книга серого цвета, на которой было написано «В.Ф.Одоевский Городок в табакерке». Что за интересное название! Дома, открыв самую первую страницу произведения Одоевского В.Ф., я прочла следующие строки: «…Вдруг, невидимо где, заиграла музыка. Откуда слышна эта музыка, Миша не мог понять: он ходил и к дверям - не из другой ли комнаты? и к часам - не в часах ли? и к бюро, и к горке; прислушивался то в том, то в другом месте; смотрел и под стол… Наконец Миша уверился, что музыка точно играла из табакерки…» Как мне знакома это ситуация, потому что, точно также, как и герой сказки Миша, я вела себя, когда слышала звуки, исходящие от пластинки, которую учитель ставил на уроках музыки. И каждый раз в моей голове возникал один и тот же вопрос «Почему поет пластинка?»

В связи с этим, тема моей исследовательской работы ««Городок в табакерке», или Почему поёт пластинка?»

Объект исследования: граммофонная пластинка.

Предмет исследования: запись звука.

Цель исследовательской работы заключается в ознакомлении с историей происхождения граммофонной пластинки.

Задачи:

1. проанализировать литературу по рассматриваемой теме;

2. изготовить прибор для записи звука;

3. проверить экспериментально возможность записи звука в домашних условиях.

Гипотеза: при использовании самодельного прибора для записи звука возможно «увидеть» свой голос.

Методы исследования: анализ, эксперимент, сравнение, обобщение.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения, приложения.

Глава I. Теоретическая часть

1.1. Гениальное изобретение Томаса Алва Эдисона

За каких-то 100 с небольшим лет человечество прошло дорогу от фонографа к компакт-диску. Это было увлекательное путешествие, во время которого неоднократно появлялись новые, более совершенные устройства записи/воспроизведения звука.

В толковых словарях понятию «звукозаписывающее устройство» дается следующее определение «записывает голоса и другие окружающие звуки».

Любопытно, что первые устройства записи и воспроизведения звука были схожи с механизмами музыкальных шкатулок. И в тех, и в других использовался валик (цилиндр), а затем и диск, который, вращаясь, делал возможным звуковое воспроизведение.

Однако началось всё даже не с музыкальных шкатулок, а с европейских колокольных перезвонов. Здесь, а именно во фландрийском городе Мелехен, с XIV века научились отливать хроматически настроенные колокола. Собранные вместе, они соединялись с помощью проволочной трансмиссии с клавиатурой наподобие органной, и такая музыкальная конструкция называлась карильон. Кстати, по-французски Мелехен звучит как Малин - вот откуда пошло выражение «малиновый звон».

Человеческая мысль не стояла на месте, и очень скоро карильоны стали оборудовать уже упоминавшимися цилиндрами, на поверхности которых в определённом порядке располагались штифты. Эти штифты цепляли либо молоточки, которые били по колоколам. Либо - языки колоколов. В конце XVIII века валик с выступами стал применяться в более миниатюрных устройствах - музыкальных шкатулках, где вместо колоколов стали использовать хроматически настроенные гребни с металлическими пластинами. В XIX веке центром по производству музыкальных шкатулок с часовым механизмом стала Швейцария. А в 1870 году один немецкий изобретатель и вовсе решил использовать вместо валика диск, положив начало широкой популярности шкатулок со сменными дисками.

Однако самые различные механические музыкальные механизмы (шкатулки. табакерки, часы, оркестрионы и т.п.) не были способны дать человечеству главного - сделать возможным воспроизведение голоса. За эту задачу во второй половине XIX века взялись лучшие умы Старого и Нового света, и в этой заочной гонке победил американец Томас Алва Эдисон.

Однако здесь нельзя не вспомнить француза Шарля Кро, который также был человеком талантливым и разносторонне одаренным. Он занимался литературой, автоматически телеграфом, проблемами цветной фотографии и даже « возможными связями с планетами». 30 апреля 1877 года Кро подал во Французскую Академию наук описание аппарата для записи и воспроизведения речи - « палефона». Француз предлагал использовать не только «валик», но и «диск со спиральной записью». Только вот спонсоров для своего изобретения Кро не нашёл.

Совсем по-другому развивалась события по ту сторону океана. Сам Эдисон так описывал тот момент, когда его посетила поистине гениальная мысль: «Однажды, когда я ещё работал над улучшением телефона, я как- то запел над диафрагмой телефона, к которой была припаяна стальная игла. Благодаря дрожанию пластинки игла уколола мне палец, и это заставило меня задуматься. Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи, почему бы пластинке не заговорить».

По своему обыкновению, Эдисон не стал медлить, а приступил к созданию невиданного дотоле устройства. В том же 1877 году, когда Шарль Кро описал свой « палефон», Эдисон отдал своему механику Джону Крузи чертёж довольно простого устройства, сборку которого он оценил в 18 долларов. Однако собранный аппарат стал первой в мире «говорящей машиной» - Эдисон громко пропел в рожок популярную английскую детскую песенку «У Мэри был барашек», а устройство воспроизвело «услышанное», хотя и с большими помехами.

Принцип действия фонографа, так окрестил Эдисон своё детище, базировался на передаче звуковых колебаний голоса на поверхность вращающегося цилиндра, покрытого оловянной фольгой. Колебания наносились острием стальной иглы, один конец которой был соединён со стальной мембраной, улавливающей звуки. Цилиндр необходимо было вращать вручную с частотой один оборот в секунду.

Работа с фонографом началась 18 июля 1877 года, так записано в книге лабораторных записей Эдисона. 24 декабря была подана патентная заявка, а 19 февраля 1878 года Эдисон получил патент под № 200521.

1.2. От фонографа к виниловой пластинке

Сказать, что фонограф произвёл международный фурор - значит не сказать ничего. Однако конструкция фонографа не позволяла получить качественного воспроизведения, хотя сам Эдисон многие годы после создания первого фонографа вносил в устройство усовершенствования. Возможно, Эдисону нужно было сосредоточиться на создании иных аппаратов звукозаписи, ибо фонограф был тупиковой ветвью в развитии индустрии записи/ воспроизведения звука. Однако Эдисон слишком любил свой фонограф за его уникальность, потому присутствием в нашей жизни более удобных аудионосителей мы обязаны американскому изобретателю немецкого происхождения - Эмилю Берлинеру, безмерно раздвинувшему горизонты звукозаписи. Конечно, Берлинер не изобрёл современные CD, но именно он в 1887 году получил патент на изобретение граммофона, в котором в качестве аудионосителя использовались пластинки.

В настоящее время под понятием «граммофонная пластинка» понимают «диск из синтетических материалов, на поверхности которого по спирали расположены канавки (дорожки) с записью звука, воспроизводимого с помощью предназначенного для этой цели аппаратов - граммофонов, электрофонов и др.»

Берлинер перебрался в США в 1870 году, где, между прочим, получил работу в телефонной компании Александра Белла и запатентовал угольный микрофон. Хорошо знакомый с устройством и фонографа, и граммофона, он, тем не менее, обращается к идее использования диска, которая, как мы уже знаем, была «успешно» похоронена Французской Академией наук. В аппарате, названном граммофоном, Берлинер использовал стеклянный диск, покрытый сажей, на который осуществлялась поперечная запись. 26 сентября 1887 года Берлинер получил на граммофон патент, а 16 мая следующего года продемонстрировал устройство во Франклиновском институте Филадельфии.

Очень скоро Берлинер отказывается от диска с сажей и прибегает к методу кислотного травления. Диск теперь брался цинковый, покрытый тонким слоем воска. Запись процарапывалась иридиевым острием, после чего диск подвергали травлению 25% хромовой кислоте. Менее чем через полчаса появлялись канавки глубиной около 0,1 мм, затем диск отмывали от кислоты и использовали по назначению.

Заслуга Берлинера состояла также и в том, что он осознал необходимость копирования записи с оригинала (матрицы). Возможность тиражирования аудиозаписей - краеугольный камень всей современной звукозаписывающей индустрии. В этом направление Берлинер работал очень упорно. Сначала, в 1888 году, он создаёт первую грампластинку- копию из целлулоида Хиата, которая ныне находится в Национальной библиотеке Вашигтона. Но целлулоидные диски плохо хранились и быстро изнашивались, потому Берлинер пробует другие материалы, в частности, стекло, бакелит и эбонит. В 1896 году Берлинер применяет в пластинке смесь шеллака, шпата и сажи. Шеллачную массу и процесс прессования грампластинок для Берлинера разработал Луи Розенталь из Франкфурта. На сей раз качество удовлетворило изобретателя, и подобная шеллачная масса использовалась для создания грампластинок до 1946 года.

Поразительно, но шеллак являлся застывшей смолой органического происхождения, в образовании которой принимают участие насекомые семейства лаковых червецов. Но даже шеллачная масса была далека от совершенства: грампластинки из неё получались тяжёлыми. Хрупкими и толстыми.

Одновременно с этим Берлинер усердно трудился над совершенствованием граммофонов, понимая, что необходимо увеличивать число любителей грамзаписи и, тем самым, рынок сбыта. В 1897 году Берлинер и Элдридж Джонсон открыли в США первую в мире фабрику по производству грампластинок и граммофонов - «Viktor Talkind Machine Co.». Затем, в Великобритании, Берлинер создаёт компанию «E. Berliner s Gramophone Co.» Уже к началу 1902 года компании предприимчивого изобретателя реализовали свыше четырёх миллионов грампластинок!

Прогресс не обошёл и Россию - в 1902 году на оборудовании фирмы Берлинера было сделано восемь первых записей легендарного русского певца Фёдора Шаляпина.

Однако и граммофон не избежал коренной модернизации - в 1907 году служащий французской фирмы « Патэ» Гильон Кеммлер решил размещать громоздкий рупор внутри граммофона. Новые аппараты стали называться « патефонами» (по названию фирмы - производителя) и заметно облегчали свою переноску. Впоследствии (начиная с 50- х годов xx века) патефоны были вытеснены более совершенными электропроигрывателями, на которых проигрывались лёгкие и практичные виниловые диски.

Виниловые пластинки изготавливались из полимерного материала винилит ( в СССР - из полихлорвинила). Скорость проигрывания снизилась с 78 до 33 1/3 оборотов в минуту, а длительность звучания - до получаса для одной стороны. Данный стандарт стал самым популярным, хотя широкое хождение имели пластинки других форматов, в частности, со скоростью вращения 45 оборотов в минуту (так называемые сорокопятки).

3.1. Современные звукозаписывающие устройства

Возможность преобразования акустических колебаний в электромагнитные была доказана Оберлином Смитом, изложившем принцип магнитной записи на стальную проволку в 1888 году. Здесь также не обошлось без Томаса Эдисона, ибо на эксперименты с магнитной записью Смита вдохновило посещение знаменитой лаборатории Эдисона.

Но только в 1896 году датский инженер Вальдемар Поульсен сумел создать работоспособное устройство, названное телеграфон. В качестве носителя выступала стальная проволка. Патент на телеграфон был выдан Поульсену в 1898 году.

Основополагающий принцип аналоговой записи звука путём намагничивания носителя с тех пор остался неизменным. На записывающую головку, вдоль которой на постоянной скорости проходит носитель ( позднее им стала более удобная лента), подаётся сигнал с усилителя, в итоге носитель намагничивается в соответствии со звуковым сигналом. При воспроизведении носитель проходит уже вдоль воспроизводящей головки, индуцируя в ней слабый электрический сигнал, который, поступает в динамик.

Магнитная плёнка была запатентована в Германии Фрицем Пфлейром в середине 20-х годов прошлого века. Поначалу лента изготавливалась на бумажной основе, а впоследствии - на полимерной. В середине 30- x годов xx века немецкая фирма BASF наладила серийный выпуск магнитофонной ленты, создавшейся из порошка карбонильного железа либо из магнетита на диацетатной основе.

Примерно в то же время фирма AEG запустила в производство студийный аппарат магнитной записи для радиовещания. Устройство « магнетафон», в русском языке оно преобразовалось в « магнитофон».

Принцип «высококачественного подмагничивания» (когда в записываемый сигнал добавляется высокочастная составляющая) предложил в 1940 году немецкие инженеры Браунмюль и Вебер - это дало значительное улучшение качества звука.

Бобинные магнитофоны стали использоваться с 30- x годов прошлого века. В конце 50-x появились картриджи, но всё же наибольшую популярность снискали компактные и удобные кассетные магнитофоны. Первый « кассетник» был создан голландской фирмой Philips в 1961 году. Пиком развития магнитофонов стоит считать появление плееров Sony марки «Walkman» в 1979 году. Эти маленькие устройства без возможности записи произвели фурор, ибо теперь любимую музыку можно было слушать на ходу, занимаясь спортом и т.п. Кроме того, человек с плеером не мешал окружающим, ибо слушал аудиозаписи в наушниках. Позднее появились плееры с возможностью записи.

Стремительное развитие в конце 70-x годов xx века компьютерных технологий привело к появлению возможности хранения и считывая любой информации в цифровом виде с соответствующих носителей. И здесь развитие уже цифровой аудиозаписи пошло двумя путями. Вначале появился и получил широчайшее распространение компакт- диск. Позднее, с появлением вместительных жёстких дисков, в массы пошли программы- плееры, которые воспроизводили сжатые аудиозаписи. В итоге, развитие флэш- технологий в начале XXI века привело к тому, что уже компакт-диски ( имеется в виду формат Audio-CD) оказались под угрозой забвения, как это произошло с пластинками и кассетами.

Однако вернёмся в 1979 год, когда компании Philips и Sony «сообразили» на двоих производство лазерных дисков. Sony, кстати, привнесла свой метод кодирования сигнала - PCM который использовался в цифровых магнитофонах Последние обозначились аббревиатурой DAT и применялись для профессиональной студийной звукозаписи. Массовое производство компакт-дисков стартовало в 1982 году в ФРГ.

Постепенно оптические диски перестают быть исключительно носителями аудиозаписей. Появляются CD- ROM, а затем CD-R и CD-RW, где уже можно было хранить любую цифровую информацию. На CD- R её можно было записывать однократно, а на CD-RW - записывать и многократно перезаписывать с помощью соответствующих приводов.

Информация на компакт-диске записывается в виде спиральной дорожки из «пиитов», выдавлённых на поликарбонатной подложке. Считывание/запись данных осущевляется с помощью лазерного луча.

Алгоритмы сжатия информации помогли существенно уменьшить размер цифровых аудиофайлов без особых потерь для человеческого слухового восприятия. Наибольшее распространение получил формат MPЗ, и теперь MPЗ плеерами именуют все компактные проигрыватели цифровой музыки, хотя они, безусловно, поддерживают и другие форматы, в частности, тоже довольно популярны WMA и OGG.

Формат MPЗ также поддерживается любыми современными моделями музыкальных центров и DVD- плееров. В нём применён алгоритм сжатия с потерями, которые несущественны для восприятия ухом человека. Размер MPЗ- файла со средним битрейтом 128 кбит/с по размеру примерно равен 1/10 от оригинального файла формата Audio-CD.

Формат MPЗ был разработан рабочей группой института Фраунгофера, руководимый Карлханцем Бранденбургом в сотрудничестве с AT&T Bell Lads и Thomson.

В основу MPЗ положили экспериментальный кодек ASPEC. Программа LЗEnc стала первым кодировщиком в формат MPЗ, а первым программным MPЗ - плеером Winplay.

Возможность закачки на компьютер либо плеер очень большого количества цифровых треков, их быстрая сортировка, удаление и повторная запись сделали сжатую цифровую музыку массовым явлением, бороться с которым не под силу даже гигантам звуковой индустрии, не первый год терпящим убытки от падения спроса на Audio-CD. И всё же. Несмотря на то, что бобины и кассеты уже стали достоянием прошлого, будущее оптических дисков как носителей выглядит крайне перспективным. Да, в корне изменились технологии, но диски и сегодня, как и более ста лет назад, крутятся для того, чтобы порадовать людей очередным музыкальным творением. Принцип спиральной записи отлично действует и поныне.

Глава II. Практическая часть

2.1. Изготовление приспособления для записи звука

Для изготовления приспособления для записи звука вам понадобиться: консервная банка, ключ («открывалка»), тонкая бумага, клей, толстая проволока, узкая полоска жести с заостренным кончиком, полоска стекла, свеча, спички.

Ход работы:

1. взять консервную банку без крышки, и вырезать ключом донышко (фото 1);

2. из тонкой бумаги вырезать кружок и приклеить его вместо донышка (фото 2);

3. после высыхания клея, вспрыснуть бумагу водой;

4. в стенках банки пробить гвоздем две дырочки и вставить в отверстия толстую проволоку в виде буквы «П» (фото 3, 4);

5. когда бумажное донышко, смоченное водой, высохнет и натянется, как на барабане, капнуть канцелярского клея на середину бумаги, быстро приставить к этой капле узкую полоску жести с заостренным кончиком, похожую на согнутую иголку, и оставить до полного высыхания (фото 5.);

6. зажечь свечу и над пламене водить полоску стекла, до тех пор, пока стекло не почернеет от сажи.

Приспособление для записи звука на закопченном стекле изготовить непросто, зато результат, которого вы достигнете, оправдает все усилия (фото 6).

Мембрану из кусочка бумаги к металлической банке можно приклеить с помощью канцелярского клея. Вместо обычной консервной банки можно взять баночку из картона или просто склеить ее картона или толстой бумаги. Игла, точнее узкая полоска жести, приклеивается к мембране канцелярским клеем и небольшими дополнительными бумажками. Очень важно, чтобы мембрана еще до приклеивания иглы была хорошо натянута, для этого ее надо спрыснуть водой и дать высохнуть.

Игле, для того чтобы она точно следовала колебаниям мембраны, надо придать форму, которая показана на рисунке.

Чтобы запись прошла успешно, давление иглы на стекло должно быть минимальным. Чтобы этого добиться, нужно уравновесить банку, прикрепляя к противоположному ее краю кусочки пластилина.

Итак, «аппарат» готов к записи звука!

2.2. Запись звука

Для записи звука придется довольно громка кричать. Знаем, что частота колебаний примерно составляет 600 колебаний в секунду. Это значит, что если двигать стеклянную полоску со скоростью 600мм/сек, то длина одной волны в записи составит 1 мм. Хотя 600 мм/сек - это небольшая скорость, на одной дорожке мы не успеем, конечно, записать ничего, кроме короткого крика. Если у вас сохранился граммофон или патефон (с механическим воспроизведением звука), то можно сделать следующее: установить иглу на последнюю, неспиральную дорожку пластинки и громко крикнуть в трубу граммофона или в широкое отверстие на верхней стороне ящика патефона. Вслед за этим вы услышите слабый писк - запись звука вашего голоса на пластинку.

Запись звука:

1. на стол положить стекло закопченной стороной вверх;

2. поставить приспособления для записи звука так, чтобы жестяная иголка касалась своим кончиком закопченного стекла;

3. один человек начинает громко кричать слово в устройство, а другой быстро тянуть полоску стекла.

4. поднять полоску стекла и повернуть ее к свету.

На закопченном стекле заостренная металлическая полоска должна процарапать прозрачную линию. Сначала линия должна быть прямая, а начиная с середины стать волнистой (от крика). Почему? Ответ прост, от крика бумага задрожала, и жестяная иголка задрожала, и линия получилась с извилинами.

В процессе выполнения данной работы, мы получили следующие результаты (фото 7, таблица 1):

Фото 7

Таблица 1

Неужели именно от этого поет пластинка? Чтобы ответить на данный вопрос, мы посмотрели на пластинку через увеличительной стекло (фото 8).

Фото 8

Мы увидели мелкие прямые или с извилинами канавки, очень похожие на те, что оставила жестяная полоска на закопченном стекле. Неужели именно благодаря этим «канавкам» мы слышим песни, сказки, музыку, пение птиц и многое другое? Проведем небольшой эксперимент.

Ход работы:

1. сделать из бумаги рупор;

2. в бумажный рупор воткнуть в кончик швейную иглу;

3. надеть пластинку на карандаш;

4. один человек крутит пластинку, а другой держит рупор.

Опыт с проигрыванием пластинки очень прост. Важно только не забывать, что подобным образом можно без вреда проигрывать обычные, недолгоиграющие пластинки. Долгоиграющие пластинки легко повреждаются швейной иглой или булавкой. Кроме того, ширина звуковой канавки долгоиграющей пластинки мала, и швейная игла устанавливается сразу на две канавки.

Чтобы рупор легко и свободно следовал вместе с иглой по звуковой дорожке, надо его держать за самый краешек вверху.

Если пластинку вращать на карандаше, то очень трудно добиться равномерного вращения и звук «плавает». Этот же эксперимент можно проделать, вращая пластинку на диске проигрывателя, но воспроизводя звук по-прежнему иглой с рупором (фото 9).

Фото 9

Равномерно крутить пластинку очень трудно, крутится она, то быстрее, то медленнее, и от этого голоса звучат очень смешно - то тоненько, то басом.

Как видим, наши эксперименты позволили нам найти ответ на вопрос «Почему поет пластинка»? Благодаря прямым или извилистым «канавкам», то есть звуку, записанному на поверхности виниловой пластинки.

Заключение

«…-Да, Миша, тебя музыка убаюкала, и ты здесь порядочно вздремнул. Расскажи же нам по крайней мере что тебе приснилось!

- Да видите, папенька, - сказал Миша, протирая глазки, - мне все хотелось узнать, отчего музыка в табакерке играет; вот я принялся на нее прилежно смотреть и разбирать, что в ней движется и отчего движется; думал, думал и стал уже добираться, как вдруг, смотрю, дверка в табакерку растворилась… Тут Миша рассказал весь свой сон по порядку…»

В нашем случае, это был не сон. Данная работа позволила нам получить реальный ответ на вопрос «Почему поет пластинка?» Мы с помощью экспериментов доказали, что даже при использовании самодельного прибора для записи звука возможно «увидеть» свой голос. Конечно, мы понимаем, что по этой теме еще очень много загадок, требующих от нас дальнейших открытий.

В заключении хочется вновь привести отрывок из сказки В.Ф.Одоевского «Городок в табакерке» «…Ну, теперь вижу, - сказал папенька, - что ты в самом деле почти понял, отчего музыка в табакерке играет; но ты это еще лучше поймешь, когда будешь учиться механике».

Литература

1. Большая Советская энциклопедия. В 30 томах. Т.19./ Гл.ред. А.П.Прохоров.-М.: «Советская Энциклопедия» , 1978.- 648 с.

2. Большая Советская энциклопедия. В 30 томах. Т.29./ Гл.ред. А.П.Прохоров.-М.: «Советская Энциклопедия» , 1978.- 640 с.

3. За горами, за лесами…: Сказки рус. писателей первой половины XIX в.: Для сред. шк. возраста/ Сост., авт. предисл. и коммент. В.А.Грихин; Худож. Р.Ж.Авотин.-М.: Просвещение, 1989.-351 с.

4. Сикорук Л.Л. Физика для малышей.- М.: Педагогика, 1979.-168 с.

Интернет-ресурсы

1. www.3dnews.ru/multimedia/istoriya_zvukozapisi

2. www.orpheusmusic.ru/publ/83</</span>

3. http: // slovari.yandex. ru