В 1898 году датчанин Вальдемар Поульсен продемонстрировал устройство для магнитной записи звука. На тот момент уже существовали фонографы конструкции Томаса Эдисона, на которых умещались десятки секунд записи речи. Для записи звука на фонографе игла наносит звуковую дорожку на сменном барабане. С этой же звуковой дорожки иглой снимают звук.

Телеграфон Поульсена внешне похож: у него тоже есть вертикальный барабан, но из стальной проволоки. На записывающую головку подаётся электрический сигнал, носитель движется с постоянной скоростью около головки и на нём остаётся намагниченность, соответствующая сигналу. Для проигрывания нужна головка воспроизведения, которая проходит и регистрирует изменения магнитного поля проволоки, а затем преобразует их в электрический сигнал. В 1900 году на проволоке остался голос императора Австрии Франца Иосифа I — на сегодня одна из старейших доживших до наших дней магнитных аудиозаписей. В последующем телеграфоны продавались как устройства записи речи для быта, для развлечения и в качестве диктофона.

Конечно, устройство из позапрошлого века обладало своими особенностями. К примеру, у изобретения Поульсена усилителя сигнала не было, поэтому звук нужно было слушать в наушниках. Качество записи было лишь незначительно выше, чем у механических фонографов. Но принципы функционирования телеграфона остались ровно теми же, что и у устройств куда сложнее его. Эти устройства научились записывать звук высокого качества, данные и даже видео. Для этого инженерам пришлось решить не один десяток проблем.

Первые линейные попытки

В 1928 году Фриц Пфлеймер изобрёл новый тип носителя. На длинную полоску бумаги они нанёс порошок оксида железа Fe₂O₃ — это вряд ли могло напомнить тёмно-коричневую плёнку аудиокассет. Магнитная лента обрела свои очертания в результате дальнейшей работы немецкой компании электроники AEG и химического гиганта BASF. Хотя всё это происходило до Второй мировой, за пределы Германии новинка вышла лишь в качестве трофейных образцов. До этого были обрывочные сведения, вызванные режимом секретности.

Союзники получали в своё распоряжение немецкие «магнетофоны» и быстро улучшали технологии аудиозаписи, добавляли возможности стереозвука и повышали общее качество технологии. О преимуществах магнитной записи звука они догадывались давно: немецкие радиопередачи, повторно транслируемые в записи, качеством почти никак не отличались от своих оригинальных исполнений.


AEG Magnetophon Tonschreiber B с немецкой радиостанции, собран после 1942.

Студии звукозаписи, которые до этого всё ещё писали на механические мастер-диски, быстро оценили преимущества новинки. Двадцать лет, 1945 по 1965 года, стандартом в студиях была лента. Наступила магнитная эра. Можно было записывать треки длиннее, чем раньше, комбинировать записи нескольких разных людей. Магнитная лента позволяла собрать запись каждого из инструментов в их самом удачном качестве в единую форму. У звуковиков в работе появилась пластичность, которая была доступна разве что в монтаже кино.

На магнитную ленту пытались записывать и видеосигнал. На тот момент киноплёнка была единственным носителем видео. Даже для телевидения сигнал писали на киноплёнку в специальных установках-кинорегистраторах. Аппараты, по сути, были камерой, телевизором и специальной системой синхронизации скачкового механизма. Запись телесигнала была нужна даже не для далёких потомков, а для ретрансляции телесигнала в других часовых поясах. К 1954 году телеиндустрия потребляла плёнки больше, чем все студии Голливуда.

Логично попробовать приспособить новый перезаписываемый носитель под видео — в чём-то оно довольно похоже на аудиосигнал. Одно различие мешало. Полоса частот у аналогового телесигнала куда шире, чем у звука — 5—6 мегагерц и выше против различаемых человеческим звуком 20 килогерц.

Если пустить ленту на обычной скорости аудиозаписи и попытаться записать телесигнал, то ничего хорошего не получится. Записывающая головка создаёт меняющееся магнитное поле, и частицы пыли намагничиваются соответствующим образом. Лента протягивается на постоянной скорости, затем намагничивается следующая крошечная полоска частиц. Но если магнитное поле меняется слишком быстро, то частицы будут намагничены в случайном направлении.

Пропускная способность магнитной ленты связана со скоростью: чем выше частота сигнала, тем выше должна быть скорость ленты. То есть «в лоб» проблему можно решить, пропуская ленту быстрее. В этом направлении работали первые попытки записать телевизионный сигнал на магнитную ленту.



Одной из таких попыток была машина Vision Electronic Recording Apparatus (VERA), разрабатываемая «Би-Би-Си» с 1952 года. Опасная стальная лента наматывалась на 21-дюймовые (53,5 см) барабаны. Она проходила более 5 метров в секунду (200 дюймов). Для безопасности вся машина была заключена в специальный корпус на случай, если что-то разлетится при работе. Как и многие специализированные установки того времени, машина выглядела как большой стенд с множеством оборудования. При этом VERA могла записывать всего 15 минут 405-строчного телесигнала.

Чем-то похожим занималась американская RCA. К 1953 году была достигнута запись цветного и чёрно-белого телевидения на, соответственно, полудюймовую (12,7 мм) и четвертьдюймовую (?6 мм) плёнку. Для цветного сигнала на плёнку писали пять параллельных дорожек: красная, голубая, зелёная составляющая, синхронизация и звук. Для чёрно-белой нужно было лишь две дорожки: одноцветная картинка и звук. Скорость ленты составляла более 9 метров (360 дюймов) в секунду.


В 1958 году после лет доработки аппарат VERA демонстрируют на телевидении. На тот момент установка уже устарела: американская Ampex в 1956 году показала коммерчески доступный видеомагнитофон, который тратил куда меньше магнитной ленты. Для этого нашли другой способ записи.

Поперечно-строчная запись

Понятно, что для записи видео на магнитную плёнку нужно движение, но без неосуществимо быстрой промотки. Для этого головки записи разместили на барабане, быстро вращающемся перпендикулярно направлению движения ленты.



Таким образом головки оставляют на ленте последовательность поперечных параллельных строчек с сигналом в частотной модуляции. Так можно использовать почти всю ширину, оставляя на боках немного места для вспомогательной информации. В результате магнитную ленту можно пропускать с адекватной скоростью, а головки движутся достаточно быстро для записи информации.

Для воспроизведения с плёнки нужна синхронизация, метки которой пишутся на этой же ленте обычными, невращающимися головками. Обычные головки пишут аудиодорожку. На практике запись осуществлялась на двухдюймовую (50,8 мм) ленту формата Quadruplex (Квадраплекс). Как следует из названия, на вращающемся барабане размещались четыре головки. Барабан вращался со скоростью 14 440 (NTSC) или 15 000 (PAL) оборотов в минуту. На одной бобине умещалось 90 минут видеозаписи.



Подобную технологию записи изобрели в относительно небольшой на тот момент американской компании Ampex, основанной эмигрантом российского происхождения Александром Матвеевичем Понятовым. VRX-1000 стал первым коммерчески успешным видеомагнитофоном. Его разработка началась ещё в октябре 1951, а готовый вариант был представлен лишь в 1956 году.


Одна из первых демонстрацией выглядела как запись всех присутствующих на плёнку в течение примерно двух минут, перемотка и демонстрация на экране телевизора картинки. Во время проигрывания повисла абсолютная тишина, затем начались бурные овации.

VRX-1000 Mark IV стоил 50 000 долларов (порядка 450 тысяч $ сегодня), каждая бобина разработанного Ampex формата Quadruplex обходилась в 300 долларов (?2700 $ в 2016). При этом плёнка стиралась уже через 30 использований. Очевидно, что первыми покупателями были крупные телестудии.

Наклонно-строчная запись

Поперечно-строчная видеозапись имела серьёзные недостатки. К примеру, воспроизводить видео замедленно или сделать стоп-кадр было невозможно. Каждая из видеодорожек представляла из себя лишь часть картинки. Для NSTC каждый кадр требовал 16 дорожек, для PAL — 20. Лишь при воспроизведении с нормальной скоростью получалась различимая картинка. Кстати, если у четырёх головок на барабане были малейшие различия, они проявлялись на картинке. Монтаж стандарта Q вызывал трудности: была нужна точная синхронизация. Ленту монтировали так же, как и обычную киноплёнку: её разрезали и склеивали. Лишь позже появились специальные аппараты для монтажа.


Учёбный фильм «Би-Би-Си» о видеомонтаже на магнитофоне с двухдюймовой лентой.

Системы с наклонно-строчной записью были лишены этих проблем. Как и следует из названия, в них вращающийся барабан с головками формирует строчки на ленте под наклоном. Если обернуть вращающийся барабан лентой почти полностью, длинная строчка будет вмещать целый кадр. При остановке движения ленты он будет продолжать считываться, давая эффект стоп-кадра. Если проматывать вперёд или назад, то на экране тоже будет картинка.


Сравнение систем с поперечно-строчной и наклонно-строчной записью.

Тот же эффект можно достичь, если обернуть лентой лишь половину барабана, но использовать две головки — всё так же один оборот барабана будет означать считывание или запись одного кадра. В дальнейшем число головок только увеличивалось для добавления высококачественного звука или для уменьшения размера барабана.


Портативный видеомагнитофон Sony BVH-500 для магнитной ленты формата C шириной 1 дюйм и его нормальный шум работы с открытой крышкой. В левом нижнем углу заметен крупный барабан со считывающими головками.

И у этого метода записи были свои проблемы. Магнитная лента иногда незначительно растягивается, скорость вращения отдельных элементов варьируется, меняется угол работы барабана относительно дорожек ленты, а иногда магнитофон и вовсе начинает жевать ленту. Магнитофоны требовали высокой точности исполнения и, в ответственных ситуациях, дублирования.

Бытовая доступность

Для контакта видеоголовок с двухдюймовой лентой в устройствах поперечно-строчной записи нужен вакуумный прижим, а газовые подшипники требуют компрессор. Представить себе огромную шумящую установку в быту обычного человека сложно. Поэтому для бытовых видеомагнитофонов использовали только наклонно-строчную запись.


Ampex VR-2000. Поддержка цвета и перемотки путём записи видео на специальный жёсткий диск HS-100 массой 2,3 кг частотой вращения 60 (NTSC) или 50 (PAL) оборотов в минуту. На диск можно было записать 30 (установка для NTSC) или 36 (для PAL) секунд видео. Затем видео можно было ещё раз воспроизвести в обычной скорости, в замедленном виде или вообще остановить.

Кроме этих проблем обывателю вряд ли захочется возиться с магнитной лентой. Поэтому нет ничего удивительного в том, что популярность получили кассетные системы, где в режиме нормального функционирования пользователь никогда не касается ленты. Магнитофоны сами оборачивают ленту около головок.


Sony CV-2000 на полудюймовую ленту, один из первых видеомагнитофонов для домашнего использования. Заметна та сложность, которую вызывает обращение с лентой.

В семидесятых обычный человек впервые мог выбрать, что хочет смотреть он, а не довольствоваться доступным только в кино и по телевидению. Впервые появились возможности для нелицензионного копирования и записи показываемого по ТВ. Появились первые форматы видеокассет: квадратная коробочка VCR, вставляемая в N1500 фирмы Philips и быстро почивший Cartrivision.

К середине семидесятых на передний план вышли разработанный Sony формат Betamax и VHS от JVC. За этим последовала обширная война форматов, конкурентное противостояние двух проприетарных способов записи видео за звание общепризнанного. Каждая из кассет обладала своими преимуществами и недостатками. Betamax давал незначительно лучший формат картинки, но на обычном телевизоре разница с VHS практически не ощущалась. На VHS можно было записывать куда больше видео: 120, 240 минут или даже больше против часа и более у Betamax.



При всех достоинствах Betamax покупателей чаще всего интересовала доступность. В итоге большую долю рынка получил тот формат, который уже на момент релиза позволял записать почти любой фильм, поддерживался многими производителям по лицензии и был дешевле для своего покупателя. Betamax до конца существования так и оставался нишевым продуктом. До начала двухтысячных в гостиной будут править видеокассеты VHS.

Часть из них попадала за «железный занавес». Порядок Советского Союза накладывал множество интересных ограничений на жизнь обычных граждан. К примеру, доступ к копировальным аппаратам документов был строго ограничен. Неудивительно, что изначально и к «видео» относились с настороженностью, переходящей в преследование.


Видеомагнитофон «Электроника ВМ-12», символ эпохи, выпускался с 1984 по 1995 гг.

Массовое попадание в страну видеокассет формата VHS оставило в воспоминаниях о концах восьмидесятых послевкусие эпохи кино в пиратском переводе. Вряд ли это было бы возможно, если бы фильмы на Западе распространяли только на каком-нибудь некопируемом LaserDisc.

Угасание

С середины девяностых годов телестудии начали уходить с магнитной ленты. Её место заняла цифровая запись. Сложный видеомонтаж, создание спецэффектов, перезапись без потери качества — всего этого лента предоставить не могла. Старые системы несовместимы с телевидением высокой чёткости, которое сегодня используется повсеместно. Не помогли даже цифровые форматы магнитной плёнки и стандарты кассет высокой чёткости. Сегодня видео для профессиональных целей пишут и хранят в цифровой форме на твердотельных накопителях, иногда жёстких дисках.

В быту видеомагнитофоны продержались на несколько лет дольше. Аудиокассеты ушли под натиском CD, видео на магнитной плёнке уступило место DVD. Позднее за место под солнцем начали бороться HD-DVD и Blu-ray, каждый из которых давал картинку ещё лучше. Но это уже совсем другая война форматов. На тот момент судьба громоздких кассет с множеством хрупких движущихся частей и лентой, которую нужно перематывать для достижения нужного момента, мало кого интересовала. Дешёвый доступ в Сеть привёл к тому, что видео часто уже не покупают на носителях и даже не качают, а смотрят в онлайне по запросу.

Видеокассеты остались только в фильмах ужасов — VHS сегодня больше не выпускают. Умирает не только формат, но и записи на нём — они живут 10—20 лет. Размагничивается лента, разлагается порошок на ней, рассыпаются пластиковые кассеты.

По материалам LabGuy's World, h2g2 и AmericanHeritage.com.