UK-patentti nro 394325 " Parannukset äänen siirto-, äänitys- ja äänentoistojärjestelmiin ja niihin liittyvät " - perustava [1] [2] [3] [4] [ 5] [6] Alan Blumleinin työ stereonauhoitus ja äänen toisto , kirjoitettu vuonna 1931 ja julkaistu vuonna 1933. Teksti, joka on olemassa vain patentin ja sitä selittävän muistion muodossa, sisältää esityksen stereofonian psykoakustisesta teoriasta , ohjelman käytännön vaiheista stereofonian tuomiseksi äänielokuviin ja äänitysteollisuuteen sekä kuvauksen Blumleinin keksimät tekniikat, joista tärkeimmät ovat stereosignaalin kokonais- ja erokomponenttien matriisikäsittely ( MS-matrix ) ja kaksikomponenttinen stereotallennusjärjestelmä 45/45 [ . Vaatimukset sisältävät ennennäkemättömän 70 väitettä [7] [8] [9] .
Vuosina 1933-1935 Blumlein rakensi kokeellisia stereotallennus- ja toistopolkuja ja nauhoitti kaksi sarjaa stereofonogrammeja - mekaaniselle ja optiselle medialle. Keksijän ideat olivat aikaansa edellä neljänneksellä vuosisadalla: stereolevyjen teollinen tuotanto toteutui vasta 1950-luvun jälkipuoliskolla, kun patentti oli jo umpeutunut. Blumleinin 45/45-tallennusjärjestelmästä tuli stereofonisen äänityksen maailmanstandardi, ja itse keksijä sai postuumisen tunnustuksen "stereofonian keksijäksi" [10] , tarkemmin sanottuna pitkään soitelluksi stereofoniseksi levyksi, joka on äänitysteollisuuden pääformaatti 1960-1980-luvut [11] .
Vuonna 1881 Clément Ader esitteli Pariisin sähkönäyttelyssä " teatteripuhelimen ", käytännöllisen järjestelmän äänen suoraan siirtoon puhelinlinjojen kautta [13] [14] . Pariisin oopperan näyttämölle asennetut hiilimikrofonit moduloivat sähkövirtoja puhelinlinjoissa ja herättivät äänivärähtelyä tilaajien puhelinkapseleissa [ 14 ] . Sattumalta, kokeillessaan kahta rinnakkaista lähetyslinjaa, Ader löysi stereoefektin . Stereofonista lähetysjärjestelmää, jossa kuuntelijan kumpikin korva havaitsee signaalin vain toisesta kahdesta stereokanavasta, kutsuttiin binauraliseksi (Aderin julkaisuissa - French audition binauriculaire ) [15] . Binauraalinen "teatterifoni" ei löytänyt kysyntää huonon äänenlaadun ja kahden puhelinlinjan (vasemmalle ja oikealle stereokanavalle) vuoksi; kaupalliset "teatterifoniverkot", jotka toimivat menestyksekkäästi Ranskassa , Isossa-Britanniassa , Italiassa ja Unkarissa [14] 1920-luvun loppuun asti, olivat monofonisia [13] [14] [16] .
1900-luvun alussa John Strutt (Lord Rayleigh) muotoili teorian ihmisen spatiaalisesta äänen havainnosta [17] . Kaksitekijäisessä Rayleigh-mallissa matalataajuisten äänten lokalisaatio määräytyi ensisijaisesti vasemman ja oikean korvan tallentamien signaalien vaiheiden eron perusteella ja korkeataajuisten äänien paikallistamisen määräytyi niiden välisen eron perusteella. tasot (amplitudit) [18] . Rayleigh-malli on yleisesti voimassa 2000-luvulla; kolmas mekanismi lisätään ajallisiin (vaihe) ja amplitudeihin interauraalisiin eroihin - vasemman ja oikean signaalin spektrien erojen analyysi [19] . Ensimmäisen maailmansodan aikana binauraalisen kuulon kysymyksiä tutkittiin laivaston ilmapuolustuksen , vastapattereiden ja kaikuluotaimen tehtävien yhteydessä [13] . Samaan aikaan ilmestyi triodeihin perustuvia elektronisia vahvistimia , jotka mahdollistivat äänen toistamisen kaiuttimien kautta . Ensimmäiset kokeet binauraalisen signaalin toistolla (tuohon aikaan se oli vain suorana lähetyksenä) kaiuttimien kautta päättyivät epäonnistumiseen: kuulokkeista selvästi tuntuva stereoefekti heikkeni tai puuttui kokonaan toistettaessa. kaiuttimien kautta [13] .
Vuosina 1930 ja 1931 suurimpien amerikkalaisten ja brittiläisten yritysten suunnittelijat tarttuivat tämän ongelman ratkaisuun [16] . Stereofonian parantaminen ei tuonut välitöntä käytännön hyötyä: äänitekniikan pääasiakas - elokuvateatteri - oli tyytyväinen 1920-luvun lopun saavutuksiin [20] ; elokuvateatteriverkkojen tekninen uudelleenjärjestely suuren laman olosuhteissa oli mahdotonta [21] [22] . Yritykset, jotka pyrkivät kasvattamaan patenttipakettejaan ja niiden kautta omaa vaikutusvaltaansa alalla, jatkoivat kuitenkin tutkimusta ja tukivat keksijöitä [20] . Arthur Keller ja Harvey Fletcher Bell Labsista ( USA ) ja Alan Blumlein brittiläisestä Columbia Graphophone -yhtiöstä [13] [16] olivat ensimmäisiä, jotka saavuttivat konkreettisia tuloksia toisistaan riippumatta .
Fletcher noudattaa Bell Labsin strategiaa parantaakseen perinteistä puhelinviestintää ja otti binauraalisen toiston kuulokkeiden kautta; sen tarkoituksena oli välittää kaukaa äänikuvien tarkka "akustinen kopio" [23] . Fletcherin lähetysinstallaatiot loivat korkealaatuisia volumetrisiä "kopioita" alkuperäisistä stereokohtauksista kuuntelijan kuulokkeisiin, mutta ne eivät sovellu elokuvateatterisalien kuunteluun kaiuttimilla [24] . Keller puolestaan keskittyi huoneiden äänittämiseen . Sijoitettuaan mikrofonijonon lavalle, hän yritti rekisteröidä laajan "akustisen rintaman" [12] [25] . Mikrofoneista saadut vahvistetut signaalit syötettiin kaukaisessa auditoriossa oleviin kaiuttimiin, jotka simuloivat konserttisalin "akustista eturintamaa" [12] [25] . Kellerin pienin toimiva stereojärjestelmä koostui kolmesta kanavasta (vasen, keski ja oikea); se toisti melko tarkasti stereokohtauksen leveyden ja osittain sen syvyyden, mutta vain kuuntelijoille keskikanavan akselilla [12] . Yritykset tulla toimeen vain kahdella kanavalla päättyivät jälleen epäonnistumiseen: stereokohtaus hajosi kahdeksi eristetyksi äänilähteeksi [26] .
Blumlein kieltäytyi sekä luomasta uudelleen "akustisia rintamoja" että kopioimasta äänikenttää tarkasti [27] . Binauraalista signaalia nauhoitettaessa mikrofonien ei pitäisi siepata "akustista rintamaa", vaan signaaleja, jotka konsertissa kuuntelija tai kuvauspaikalla oleva kameramies kuulee [26] . Kahden mikrofonin välisen etäisyyden tulee olla yhtä suuri kuin henkilön korvien välinen etäisyys [26] [16] . Kun ääntä toistetaan kaiuttimilla, on mahdotonta luoda kopiota, mutta on mahdollista pettää ihmisen kuulo uskottavalla illuusiolla alkuperäisestä. Tätä varten Blumlein uskoi, että tallennettujen signaalien vaihe- ja amplitudisuhteita tulisi tarkoituksella vääristää [16] .
14. joulukuuta 1931 Blumlein talletti hakemuksen alustavan tekstin patenttivirastoon [28] [29] . Tekstin lopullinen versio hyväksyttiin 10. marraskuuta 1932, ja se sai brittiläisen patentin statuksen 14. kesäkuuta 1933 [30] . Patentin nro 394325 ensimmäinen virallinen julkaisu sisälsi 22 sivua tekstiä ja 11 kuvaa kahdella sivulla [28] ; vuoden 1958 amerikkalaisen aikakauslehden uusintajulkaisussa patentti on yhdeksän sivua pitkä [31] . Vaatimukset sisälsivät aikansa ennennäkemättömän [7] [9] 70 [7] (tai muiden arvioiden mukaan "yli 70" [8] ) pistettä - kymmenen kertaa enemmän kuin tyypillinen 1930-luvun patentti [9] . .
EMI:n arkistoissa on säilynyt kaksi Blumleinin myöhempää käsikirjoitusta, jotka selittävät hänen patenttinsa pääsäännöt. 4. heinäkuuta 1932 [32] Blumlein laati 18-sivuisen yksityiskohtaisen yhteenvedon patentista [33] . Oletettavasti tämä teksti oli luonnos EMIn teknologiajohtajalle Isaac Schoenbergille osoitetusta muistiosta [33] . Itse Schönbergille lähetetty ja hänen lukema muistiinpano oli päivätty 21. heinäkuuta 1932 ja koostui vain kahdeksasta koneella kirjoitetusta arkista [33] .
Blumleinin päätavoitteena oli tuoda tilaääni elokuviin; tämän vahvistavat sekä muutamien todistajien muistot että itse patentin teksti [34] [35] . On todennäköistä, että Blumlein aloitti teoreettisen tutkimuksensa vasta maaliskuussa 1931 [34] ; näiden patenttihakemusta edeltäneiden tutkimusten kulkua ei tunneta luotettavasti [13] . Blumlein ei pitänyt työpäiväkirjoja [36] eikä julkaissut tieteellisiä tai suosittuja artikkeleita [37] [38] ; ensimmäinen dokumentaarinen todiste hänen työstään stereofonian parissa - käsikirjoitus, jossa hahmotellaan "sekoittamisen" periaatetta - on päivätty 25. syyskuuta 1931 [36] . Käytännön kokeilut vuonna 1931 olivat mahdottomia puhtaasti organisatorisista syistä [33] : maaliskuussa Columbia Graphophone ja sen kilpailija Gramophone Company alkoivat sulautua uudeksi yritykseksi - EMI :ksi ; marraskuussa laboratorio, jossa Blumlein työskenteli, muutti EMI:n uuteen tuotantolaitokseen Hayesiin 8] .
Sanat "stereo", "stereofoninen", "stereofoninen" puuttuvat patentista ja käsikirjoituksista: Blumlein käytti yksinomaan termiä "binauraalinen ääni" [39] . Patentin tekstissä ei mainita yhtään Blumleinin edeltäjien työtä, sen lisäksi, että on saatu käytännön kokemusta vedenalaisesta suuntailmaisusta [ 40 ] . 1950- ja 1980-luvuilla amerikkalaiset kriitikot ehdottivat, että Blumlein, joka työskenteli Western Electricin Lontoon haaratoimistossa vuosina 1924-1928 , saattoi olla tietoinen Kellerin ja Fletcherin työn edistymisestä, mutta todisteita lainaamisesta ei löytynyt [41] . ] [27] . Varmasti tiedetään vain, että Blumlein käytti kokeellisella stereopolullaan mikrofoneja ja Western Electric -äänitallentimien yksiköitä. Kysymys prioriteetista stereofonisten ideoiden kehittämisessä ei ole ratkaisua, kysymystä suunnitteluratkaisujen lainaamisesta ei ole koskaan nostettu esille - ne osoittautuivat liian erilaisiksi [41] . Tällaisella lainauksella ei ollut käytännön merkitystä: stereoäänen kaupallistaminen oli liian kaukaisen tulevaisuuden kysymys [41] . Keksijät molemmin puolin Atlanttia työskentelivät kirjaimellisesti "hyllyllä"; heidän ideansa toteutuivat vasta neljännesvuosisadan kuluttua [41] .
Keksijä Blumlein oli vaatimaton ja vaatimaton mies; hän tuskin ymmärsi oman kykynsä laajuutta ja tämän tai toisen keksinnön merkitystä [28] . Tilanne oli toinen patentin nro 394325 [28] kohdalla . Sen sisältämien ideoiden määrä ja niiden mahdollinen käytännön merkitys olivat niin suuria, että Blumlein piti tarpeellisena esitellä väitteet esittelyllä stereofonian psykoakustisista perusteista [28] . Blumleinin patentin johdantokappaleissa esittämä tilallinen äänen havaintomalli noudattaa Rayleighin kaksitekijämallia useilla parannuksilla [30] [26] :
Rayleigh'n mukaan korkea- ja matalataajuisten alueiden välinen raja ylitti 1,5 ... 3 kHz:n alueella [18] . Blumlein selvensi, että tämä raja on itse asiassa laaja, usean oktaavin taajuuskaista, jossa molemmat lokalisointimekanismit toimivat - sekä amplitudi että vaihe [43] [26] . Amplitudimekanismi alkaa näkyä yli 700 Hz:n taajuuksilla; tämän merkin alapuolella kuuntelija keskittyy yksinomaan vaihe-eroon [43] [26] . Juuri matalilla taajuuksilla, Blumlein uskoi, että stereovaikutelma katoaa, kun binauraalinen äänitys toistetaan kaiuttimilla [43] [26] .
Suurin syy menetykseen oli silloisten mikrofonien leveä suuntakuvio . 1920-luvun lopun studiomikrofonit olivat harvinaisia poikkeuksia lukuun ottamatta painemikrofoneja [26] . Tällaisen mikrofonin kalvo havaitsee akustisia värähtelyjä vain yhdellä, ulkoisella sivulla, kun taas suuntausominaisuus vaihtelee suunnittelusta riippuen kardioidista pyöreään [44] . Blumlein osoitti matemaattisesti, että ympärisuuntaisilla painemikrofoneilla tallennetut tiedot vasemman ja oikean kanavan vaihe-eroista säilyvät kuulokkeilla toistettaessa, mutta katoavat, kun niitä toistetaan kaiuttimista [26] . Vasemman ja oikean kaiuttimen lähettämien ääniaaltojen lisääminen ei ainoastaan poista tietoa niiden amplitudien alkuperäisestä erosta, vaan myös väistämättä vääristää ja tasoittaa kahden signaalin alkuvaiheen siirtymää [43] .
Vaihevääristymän kompensoimiseksi, Blumlein kirjoitti, pitäisi vahvistaa matalataajuisten signaalien amplitudien alkueroa. Jos alkuamplitudi- ja vaihe-erot osoittavat, että virtuaalinen äänilähde sijaitsee kuuntelijan vasemmalla puolella, vasemman kanavan signaalia tulee vahvistaa ja oikean kanavan signaalia vaimentaa ja päinvastoin. Alkuperäisen stereosignaalin tällaisen manipuloinnin tekniikka on patentin nro 394325 [43] [45] perusta . Blumleinin mukaan signaalin suurtaajuisten komponenttien manipulointi ei ollut toivottavaa [46] . Heidän havaintomekanismiaan ei vielä tutkittu, ja keksijä vältti huolellisesti tunkeutumista korkeataajuiselle alueelle [46] .
Perinteinen stereoäänen käsitys, joka kehittyi vuosikymmeniä Blumleinin kuoleman jälkeen , pitää stereosignaalia kahden itsenäisen kanavan, vasemman ja oikean yhdistelmänä [47] . Blumlein ehdotti erilaista lähestymistapaa: stereosignaali koostuu monofonisesta signaalista, joka on yhteinen vasemmalle ja oikealle kanavalle ( M , englannin kielestä keski - "keski") ja erosignaalista, joka määrittää äänikuvien spatiaalisen lokalisoinnin ( S , Englantilainen puoli - "side") [48] . Signaalit M ja S muodostetaan vasemman ( L ) ja oikean ( R ) kanavan ensiösignaaleista lisäämällä ja vähentämällä jännitteitä:
M = 0,7017 ( L + R ) S = 0,7017 ( L - R ),ja ne voidaan muuntaa häviöttömästi takaisin vasemman ja oikean kanavan signaaleiksi:
L = 0,7017 ( M + S ) R = 0,7017 ( M - S ) [49] .Nämä muunnokset toteuttava elektroninen summain-vähentäjä on saanut englanninkielisessä kirjallisuudessa nimen MS-matrix (MS matrix, MS array) . Tekijän Blumlein -versiossa tämä oli täysin käännettävä piiri kahdella laajakaistamuuntajalla ; puolijohdepiireissä käytetään yksisuuntaisia ryhmiä vastuksissa ja operaatiovahvistimissa . Skaalauskerroin 0,7017 vastaa tulo- ja lähtösignaalien tehojen yhtäläisyyden ehtoa (L 2 +R 2 = M 2 +S 2 ); käytännön laitteissa se voi saada muita arvoja [49] .
Blumleinin patentissa 394325 ehdottama yksinkertaisin muoto MS-signaalin käsittelystä on stereokohtauksen virtuaalisen leveyden manipulointi . Stereokohtauksen kaventamiseksi erosignaalia S tulee vaimentaa ; S :n heikentäminen nollaan tuhoaa paikkatiedon täysin [49] . Stereokohtauksen laajentamiseksi erosignaalia S tulee vahvistaa. Paras vaihtoehto on vahvistaa vain matalataajuisia komponentteja S (jopa 700 Hz), mikä mahdollistaa stereokohtauksen leveyden laajentamisen 1,6–2,5-kertaiseksi [49] .
Prosessoitaessa samanamplitudisia harmonisia signaaleja , mikä on tyypillistä painemikrofoneilla tallennetuille matalataajuisille binauraalisille signaaleille, signaalit M ja S ovat kvadratuuria: S on vaihesiirretty suhteessa M :ään +90° tai -90° [50] . Positiivinen vaihesiirto osoittaa äänilähteen sijainnin vasemmalla, negatiivinen vaihesiirto osoittaa sijaintia oikealla. Yksinkertainen erosignaalin S vahvistus lisää kanavien välistä alkuvaihe-eroa, mutta ei pysty siirtämään energiaa kanavien välillä : trigonometrisen identiteetin ansiosta myös "uusilla" stereokanavilla on samat amplitudit [50] .
Kuitenkin, kuten Blumlein alun perin osoitti, matriisikäsittelyllä on myös mahdollista ohjata lähtöstereosignaalien amplitudeja [50] . Tätä varten on välttämätöntä ja riittävää siirtää erosignaalia vielä 90° [50] . Uusi, siirretty, erosignaali S" tulee joko olemaan samassa vaiheessa signaalin M kanssa (vasemmalle lokalisoidut signaalit) tai epävaiheinen sen kanssa (oikealle lokalisoidut signaalit) [50] . oikeat kanavat monofonisesta signaalista M ja siirtyneestä erosta S" tapahtuu energian siirto vasemmalle tai oikealle kanavalle vastakkaisen kanavan täydelliseen heikkenemiseen asti [50] . Tämä operaatio nimettiin englanninkielisessä kirjallisuudessa Blumlein shuffling (" Blumlein shuffling "), ja sen toteuttava solmu on Blumlein shuffler (" Blumlein shuffler ") [50] . "Sekoituslaitteen" laitteistototeutus ensimmäisen kertaluokan passiivisilla suodattimilla on kuvattu patentissa vain kaavamaisesti; sen yksityiskohtaisesta kuvauksesta tuli myöhemmin patentin nro 429022 (lokakuu 1933) aihe [51] .
Patentissa Blumlein huomautti, että "sekoitus" on hyödyllinen vain painemikrofonien yhteydessä [50] . Nauhamikrofonit (painegradienttimikrofonit [44] , nopeusmikrofonipatentin [53] tekstissä ) kaksisuuntaisella kahdeksaskuvioisella kuviolla pystyvät tallentamaan matalataajuisen signaalin vaihe-, mutta myös amplitudi-erot. Tällaisten mikrofonien tallentamaa stereosignaalia ei tarvitse "sekoittaa" [54] .
Blumlein ehdotti kolmea tapaa käyttää nauhamikrofoneja stereonauhoitukseen. Kaikki kolme konfiguraatiota kuuluvat yhdistettyjen stereomikrofonien luokkaan: kahden kanavan kapselit sijaitsevat samalla pystyakselilla, mahdollisimman lähellä toisiaan [53] .
Vuonna 1931 studionauhoitukseen soveltuvia nauhamikrofoneja ei vielä ollut olemassa [58] . Stereomikrofonien kanssa työskentelytekniikat, jotka englanninkielisessä ympäristössä saivat nimen "Blumlein-tekniikka" ( englanniksi Blumlein-mikrofonitekniikka ), testattiin myöhemmin ja patentoitiin vuosina 1934-1935 [58] [51] .
Ennen kuin Blumlein jätti patenttihakemuksen 394325, stereoäänen mekaaniseen tallentamiseen oli kaksi vaihtoehtoista järjestelmää. Jo vuonna 1910 ehdotettiin "0/90-järjestelmää", joka yhdistää kaksi itsenäistä äänitettä yhdeksi uraksi [59] . Tämän uran yhden kanavan tallennus suoritettiin syvämenetelmällä ("0"), toinen - poikittaismenetelmällä ("90"). 1920-luvun lopulla John Baird käytti tätä periaatetta mekaanisen television ääni- ja videosignaalien tallentamiseen . Stereoäänen tallentamiseen "0/90-järjestelmä" soveltui huonosti syvän ja poikittaiskanavan välisen väistämättömän epäsuhtaisuuden vuoksi [60] .
Split-groove-järjestelmässä tallennus suoritettiin kahdella leikkurilla, jotka leikkaavat synkronisesti kaksi rinnakkaista uraa, ja toisto suoritettiin kahdella poimijalla. 12. maaliskuuta 1932 Fletcher äänitti tällä tavalla Leopold Stokowskin johtaman Philadelphia Orchestran esityksen - maailman ensimmäisen stereofonisen levyn [29] . Fletcher-järjestelmä ja Kellerin (1935) ja Cookin (1952) myöhemmät järjestelmät olivat erittäin vaativia kahden kanavan virityksen tarkkuudelle eivätkä sovellu massatuotantoon [61] [62] .
Patentissa 394325 Blumlein ehdotti erilaista ratkaisua: leikkurin värähtelyn kaksi keskenään kohtisuoraa komponenttia, jotka leikkaavat yhden stereouran, tulisi suunnata 45° ja −45° kulmissa levyn pintaan [63] [59 ] ] . Vasemman ja oikean kanavan sähköiset signaalit, jotka virittävät leikkurikäyttöjä, on kytkettävä siten, että stereouran poikittaisvärähtelyt vastaavat kahden kanavan kokonaissignaalia ( M ) ja sen syvät värähtelyt ero ( S ) [63] . Tällä kanavanvaihdolla stereoäänitys on taaksepäin yhteensopiva yleisimmän poikittaisjärjestelmän monofonisten mikrofonien kanssa [63] .
Vaihtoehtoisessa "45/45-järjestelmän" versiossa leikkurikäytöt, jotka ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin "0/90-järjestelmä", olisi pitänyt syöttää kokonaissignaalilla (poikittaiskäytölle) ja differentiaalille (syvälle). drive) MS-matriisin kanavat [60] . Blumlein uskoi, että tällainen konfiguraatio yksinkertaistaa asemien taajuusalueen vaatimuksia: stereoefektin täydelliseen havaitsemiseen riittää, että syvyystallennuksen koodatun erosignaalin taajuusalueen yläraja on vain 3 kHz [64 ] . Poikittaistallennuksella koodatun kokonaissignaalin taajuusalueen tulisi olla 10 kHz [64] .
Noin samaan aikaan Blumleinin kanssa ja hänestä riippumatta Keller ja hänen kirjoittajansa Aired Rafuz [41] keksivät oman versionsa 45/45-järjestelmästä . Kuitenkin johtuen Bell Labsin lakimiesten hitaudesta, jotka lykkäsivät "turhan" keksinnön toteuttamista, ja Yhdysvaltain patenttilain erityispiirteiden vuoksi Kellerin ja Rafuzin hakemus saapui Yhdysvaltain patenttivirastoon vasta 20. kesäkuuta 1936. - viisi ja puoli vuotta Blumleinin [41] [65] soveltamisen jälkeen . Keller itse sai hänen sanojensa mukaan tietää Blumleinin työstä vasta 1950-luvulla [65] .
"Gramofoni"-levyjen aikakaudella 78 rpm:llä alkuperäiset levyt leikattiin ns. vahoille - paksuille (3-4 cm) uudelleenkäytettäville levyille vahamaisesta koostumuksesta [66] , joka perustuu yleensä otsokeriittiin [67] . . Vahoista ei ollut juurikaan hyötyä korkealaatuisessa tallennuksessa, jopa monofonisessa, ja ne heikkenivät väistämättä sekä jokaisen toiston että tallennuksen aikana [66] [68] . Vahaa ei voitu arkistoida myöhempää uudelleenpainotusta varten. Ensimmäisen ja ainoan replikoinnin jälkeen vahaalkuperäiskappaletta käytettiin uudelleentallennukseen, ja siihen tallennettu alkuperäinen katosi jäljettömästi [66] . Ainoa arkistointimuoto oli massatuotetut sellakkalevyt , jotka olivat laadultaan huomattavasti huonompia kuin kadonneet vahaalkuperäiskappaleet [66] [69] .
Keller ehdotti, että vastaleikatun vahan pinta suojataan levittämällä ohuin kultakerros ; Fletcher ja Stokowski nauhoittivat ensimmäisen tätä tekniikkaa käyttävän levyn 1. joulukuuta 1931 [29] [68] . Tämä Berliozin "Roomalaisen karnevaalin" fragmenttien monofoninen äänitys on historian ensimmäinen esimerkki korkealaatuisesta äänen tallentamisesta [29] . Patentissa nro 394325 Blumlein ennakoi teknologian tulevaa kehitystä nimeämällä selluloosatriasetaatin ensisijaiseksi materiaaliksi alkuperäisten tallentamiseen [70] . Tämä ohuena kerroksena alumiinipohjalle levitetty materiaali korvasi vahan sodanjälkeisinä vuosina [66] .
Vuonna 1935 Blumlein testasi useita uusia sävellyksiä sarjalevyjen leimaamiseen, mutta mikään niistä ei osoittanut huomattavaa etua perinteiseen sellakkakoostumukseen verrattuna [71] . Ratkaisu ongelmaan, polyvinyylikloridiin ("vinyyli") perustuva synteettinen hartsi , oli jo olemassa, ja sitä käytettiin äänitteiden lähettämiseen Yhdysvaltain lähetysverkoissa; uusi materiaali oli liian kallista massamarkkinoille [72] . "Vinyylin" sarjatuotanto aloitettiin Yhdysvalloissa sotilasvuonna 1943 vastauksena luonnollisen sellakin puutteeseen, ja se rajoittui propagandaäänitteisiin, jotka jaettiin joukkojen kesken [72] ; Siviilimassatuotanto tuli mahdolliseksi vasta 1940-luvun lopulla [73] .
21. heinäkuuta 1932 Blumlein lähetti EMI:n tekniselle johtajalle Isaac Schoenbergille teknisen muistion , jossa hahmoteltiin stereofonian periaatteet, toivoen saavansa luvan täysimittaiseen kehitystyöhön. Schoenberg luottaa Blumleinin insinöörin intuitioon, ja antoi hänelle luvan rakentaa kokeellinen stereotallennuspolku - stereomikrofoni, "shuffler", tallennin ja mikrofoni [33] . Ehkä kokenut johtaja halusi vain välttää arvokkaiden työntekijöiden pakkoseisokkeja [33] . Kesällä 1932 Blumleinin ryhmä ei ollut täynnä työtä: EMI-monofonisen polun kehitys ja virheenkorjaus saatiin päätökseen, Schönbergin megaprojekti kansallisen televisiolähetysjärjestelmän luomiseksi ei ollut vielä alkanut [33] . Schönberg, joka sai ensimmäisen kerran tietää Blumleinin ajatuksista kesällä 1931 [36] , ei vielä tajunnut niiden mittakaavaa - he olivat niin aikaansa edellä [28] . Asiat eivät olleet paremmin Blumleinin kanssa työskennelleiden EMI-insinöörien ja suunnittelijoiden keskuudessa. Kollegat eivät ymmärtäneet hänen ehdotustensa ydintä; keksijä itse asiassa päätyi eristyksissä, yksin ideoidensa kanssa [28] .
Ensimmäiset käytännön kokeet tehtiin kuusi kuukautta myöhemmin, tammikuussa 1933 [74] . Helmikuussa Blumlein rakensi "shufflerin" prototyypin, maaliskuussa aloitettiin valmiin äänentallennuspolun testit mekaanista tallennusta varten. Ensimmäiset kokeet päättyivät epäonnistumiseen käytettyjen laitteiden epätäydellisyyden vuoksi [75] . Siitä huolimatta heinäkuuhun 1933 mennessä Blumleinin ryhmä oli saavuttanut tyydyttävän äänenlaadun ja testannut vähintään kolmea erilaista stereomagneettisen mikrofonin konfiguraatiota [75] . Joulukuun alussa 1933 Blumlein sai päätökseen stereonauhurin virheenkorjauksen ja teki ensimmäiset stereonauhoitukset 45/45-järjestelmällä [75] [76] . "Studio" oli suuri auditorio EMI-rakennuksessa, ja "instrumentit" olivat Blumleinin ja hänen kollegoidensa äänet ja jalanjäljet heidän kävellessä vasemmalle ja oikealle tyhjän auditorion poikki [76] [25] . 16. joulukuuta 1933 Blumlein tallensi ensimmäisen kerran varman, kiistattoman stereoefektin ( englanniksi definite binaural effect ) [77] .
Tämän ajanjakson tallenteet vakuuttivat Schönbergin stereofonian idean elinkelpoisuudesta; hänen ohjauksessaan Blumlein sai käyttöönsä uusimman äänitysstudion "Abby Road" [78] . Koelaitteisto sijoitettiin samaan huoneeseen, jossa The Beatles äänitti kolmekymmentä vuotta myöhemmin [78] . 11.–13. tammikuuta 1934 Blumlein teki stereonauhoituksia piano- ja kamarimusiikista ja 19. tammikuuta stereonauhoituksia Mozartin 41. sinfoniasta Lontoon sinfoniaorkesterin esittämänä Thomas Beechamin johtamana [78] [25] . Blumleinin itsensä mukaan näiden äänitteiden stereovaikutelman laatu vaihteli "tuskin havaittavasta" ( eng. marginaalinen ) "ei huonoon" ( eng. not bad ) [79] . Orkesterin korkealaatuinen stereonauhoitus osoittautui paljon vaikeammaksi kuin yksittäisten äänien ja instrumenttien äänitys [79] . Tämä ongelma ratkesi osittain toukokuuhun 1934 mennessä, kun Blumleinin stereomikrofonin virheenkorjaus [79] . Tähän mennessä keksijä itse keskittyi Schönbergin käskystä television teemaan; Abbey Roadin insinöörit [79] [80] hienosääsivät Blumleinin mikrofonin ja hänen muut ratkaisunsa studioäänitysten alalla ja Blumlein patentoi ne vuonna 1935 (UK-patentti nro 456444) [80] .
Alkuvuodesta 1935 [84] EMI-insinööri Cecil Brown rakensi Blumleinin puolesta ensimmäisen tyyppisen elokuvakameran synkronisella stereoäänitallennuksella yhdeksi säädettävän leveyden optiseksi raidaksi [80] . Vasen ja oikea generoivat raidat tallennettiin vasemman ja oikean kanavan yksipuolisilla modulaattoreilla ; kahden generaattorin välinen raidan kokonaisleveys koodasi monofonisen kokonaissignaalin S [80] . Järjestelmä oli täysin taaksepäin yhteensopiva tavallisten mono-elokuvaprojektoreiden [80] (sekä myöhempien Dolby Stereo -asennuksien [29] ) kanssa. Kameran hienosäätö ja virheenkorjaus kesti kuusi kuukautta; säilyneet elokuvat stereoäänellä kuvattiin kesäkuun lopussa ja heinäkuussa 1935 [85] .
Ensimmäinen näistä elokuvista, "Trains in Hayes", viiden minuutin dokumenttikuvaus rautatieasemalta monikerroksisen tehtaan katolta, oli myös teknisesti menestynein [81] [ 86] . Nauhalle tallennettiin useita eri tapoja stereonauhoittaa samaa luonnollista kohtausta (ohikulkevaa junaa): sen tekijät kokeilivat erityyppisten mikrofonien järjestelyä yrittäen saavuttaa stereokohtauksen suurimman subjektiivisen syvyyden ja leveyden [81] . Mikrofonin ylikuormituksen aiheuttamasta ilmeisestä epälineaarisesta vääristymisestä huolimatta "Trains in Hayes" osoittaa lähes täydellisen stereovaikutelman [81] .
Trainsin jälkeen Blumlein teki vielä viisi testinauhaa ja yritti sitten tehdä lyhytelokuvan esitelläkseen stereofonian mahdollisuuksia elävien äänilähteiden lokalisoinnissa [87] . Tyhjä EMI-työpaja muutettiin täysimittaiseksi elokuvastudioksi [87] . Näytelmän toiminta - komediasketsi - tapahtui kuuden metrin baaritiskillä [87] . Kamera oli kiinteä, ja äänikuvat - näyttelijöiden äänet ja "orkesterin" ääni (se "äänitettiin" tavallisella gramofonilla ) - päinvastoin, siirrettiin ohjaajan tahdosta lavaa pitkin ja yli [87] . Kaksi otetta , jotka kumpikin kestivät noin 4 minuuttia, kuvattiin 26. heinäkuuta 1935 ja editoitiin elo-syyskuun aikana [87] .
Onnistuneet kokeet, kuten Blumlein näytti, osoittivat käytännön mahdollisuuden tuoda stereofonia elokuviin [88] . EMI:n edustajat tutkivat markkinoiden mielipiteitä ja toivoivat vakavasti saavansa useita kokeellisia stereoinstallaatioita elokuvateatteriverkostoon, mutta asiat eivät menneet neuvotteluja pidemmälle [88] . Louis Sterling , yrityksen toimitusjohtaja , oli vakuuttunut siitä, että stereoäänen käyttöönotto elokuvassa voisi tapahtua aikaisintaan kuin siirtyminen värifilmiin [88] ; musiikkiteollisuudessa meluisa sellakka olisi pitänyt korvata hiljaisilla LP -levyillä , joita ei vielä ollut olemassa [88] . Schönberg ymmärsi, että vakavassa talouskriisissä näiden teknologioiden luominen on mahdotonta; vuoden 1935 lopussa hän sulki Blumleinin stereoprojektin lupaamattomana [71] . Keksijä, joka oli tuolloin ottanut Alexandra Palacen televisiokeskuksen pääsuunnittelijan virkaan , keskittyi täysin television ongelmiin [88] .
Vuonna 1938 Blumlein palasi stereoäänen aiheeseen sotilaallisen tilauksen yhteydessä ilmapuolustuksen äänisuuntamittareiden valmistamiseksi . Näiden laitteiden toiminta oli täysin riippuvainen kuulon tarkkuudesta ja käyttäjän taidoista [89] . Blumlein, hyödyntäen kokemustaan stereofoniosta, täydensi Mark VII:ta kaksikoordinaatisella "sekoittimella", joka muunsi vastaanotetun signaalin vaihe-erot niiden amplitudien eroiksi [90] . Tällä tavalla käsitelty signaali visualisoitiin helposti oskilloskooppiputkien näytöillä , mikä osoitti kohteen atsimuutin ja korkeuden [90] . Blumlein-indikaattori otettiin välittömästi laajamittaiseen tuotantoon, ja ilmapuolustusyksiköt käyttivät sitä massiivisesti toisen maailmansodan alkuvaiheissa aina täysin tutka -ilma-aluksen palonhallintajärjestelmien käyttöönottoon asti [91] .
Muutama viikko ennen sodan puhkeamista Blumlein sovelsi samoja stereofonian periaatteita ilmassa oleviin ennakkovaroitustutkoihin [92] [93] . Toisin kuin akustinen ilmaisin, joka käsitteli äänisignaaleja suoraan, Blumlein-tutkan ilmaisin käsitteli amplitudimoduloidun korkeataajuisen signaalin havaitut verhokäyrät - käyttämällä samaa "sekoitusmekanismia" [93] . Kirjekuoren käsittelymenetelmästä tuli patentin nro 581920 (heinäkuu 1939) kohde; kokeellisen tutka-aseman testaus aloitettiin vuoden 1939 lopulla [94] .
Ison-Britannian lain mukaan patentinhaltijan EMI :n yksinoikeudet olivat voimassa kuusitoista vuotta hakemuksen jättämisestä ja ne päättyivät vuonna 1947 [95] [96] . Tuona vuonna EMI haki suojan pidentämistä toisen maailmansodan vuoksi, ja patenttivirasto jatkoi sitä 13. joulukuuta 1953 asti [95] [97] [98] .
Vuoteen 1953 mennessä musiikkimarkkinat sodanjälkeisessä Euroopassa olivat tiukasti jaloillaan; EMI:n ja Deccan [96] [99] duopoli vakiinnutti asemansa Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisille markkinoille . "Formaattisota" viimeisimmillä LP-markkinoilla oli päättymässä; Pitkän toiston tallennuksen maailmanstandardi - RIAA-käyrä - hyväksyttiin Yhdysvalloissa vuonna 1954 ja Iso-Britannia tunnusti vuonna 1955 [100] [101] . Vuonna 1953 EMI aloitti valmistelut siirtyäkseen stereofoniseen äänitykseen; Ohjelmapäällikkö Philip Vanderlin , arvioituaan kaikki vaihtoehdot, valitsi 45/45 Blumlein-järjestelmän [97] .
Stereofonisten alkuperäisten levyjen leikkaaminen ja levyjen monistaminen ei aiheuttanut teknisiä ongelmia; suurin ongelma, kuten Blumleinin aikana, oli paikkatietojen säilyminen orkesterimusiikkia äänitettäessä [97] . Suunnittelijat, äänisuunnittelijat ja muusikot ympäri maailmaa alkoivat etsiä optimaalista tekniikkaa käyttämällä uusinta tallennustyökalua - kaksiraitaista studionauhuria . 21.-22. helmikuuta 1954 amerikkalainen yritys RCA suoritti Bostonissa ensimmäisen onnistuneen orkesterin ja kuoron stereonauhoituksen (" The Demnation of Faust ", kapellimestari Charles Munsch ) [102] . Huhtikuussa 1954 EMI aloitti testinauhoituksia Abbey Road Studiosilla käyttämällä Bluemlein stereo XY stereomikrofonia [102] . Toukokuussa 1954 Arthur Heddy of Decca teki ensimmäisen stereonauhoituksen Genevessä kolmen mikrofonin Decca tree [102] . Heddy tai kukaan muu yhtiössä ei tiennyt Blumleinin patentista; sen olemassaolo paljastui vasta vuonna 1955, kun Deccalta evättiin patentti omalle stereotallennusjärjestelmälleen [103] [39] .
EMI, joka oli varovainen kilpailijan toiminnasta, jatkoi omaa työtään stereofonian parissa [103] . Yrityksen johto uskoi, että stereolevyjen massatuotanto oli mahdollista vasta stereoäänen tallennustekniikoiden virheenkorjauksen jälkeen [39] . Tämän lähestymistavan seurauksena julkaistiin vuonna 1957 Blumleinin oppilaiden Vanderlinin, Clarkin ja Duttonin [97] [39] [104] kehittämät patentoidun Stereosonic- järjestelmän magneettiset albumit . Stereosonic- studion tallennuspolussa käytettiin XY-nauhamikrofoneja ja "Blumlein-sekoittimia" stereolavan leveyden tasaamiseen matalilla ja korkeilla taajuuksilla [105] [104] . Uusi tekniikka ei ollut hyvin yhteensopiva sen ajan äänityskäytännön kanssa; kalliille nauhoille ei löytynyt kysyntää markkinoilla, ja niiden valmistus lopetettiin pian [104] . Muut eurooppalaiset valmistajat, toisin kuin EMI, olivat valmiita julkaisemaan stereolevyjä välittömästi. 28. marraskuuta 1957 Heddyn aloitteesta koolle kutsutussa teollisuuskokouksessa hyväksyttiin 45/45-järjestelmä eurooppalaiseksi standardiksi [106] . Heddy lensi välittömästi Yhdysvaltoihin vakuuttaakseen amerikkalaiset liittymään standardiin [106] . Kuten kävi ilmi, Yhdysvalloissa Westrexin patentoima oma versio 45/45-järjestelmästä oli jo valmis sarjatuotantoon - sen kehittäjät eivät myöskään tienneet Blumlein-patentin olemassaolosta ja heistä odotetaan tulevan yksinomaisia omistajia. patentoidun standardin [63] [106] .
25. maaliskuuta 1958 Recording Industry Association of America (RIAA) tunnusti Westrex 45/45 -järjestelmän stereofonisen tallennuksen kansalliseksi standardiksi [29] [107] . Blumleinin nimeä ei mainittu; RIAA:n julkaisuissa järjestelmä esiteltiin Westrexin kehityksenä [22] . Tämä aiheutti kritiikkiä brittiläisten insinöörien keskuudessa; jopa perinteisesti konservatiivinen Gramophone -lehti murtautui vihaiseen pääkirjoitukseen siitä, että amerikkalaiset "eivät löytäneet Eurooppaa" ja samalla unohtaneet Fletcherin, Kellerin ja Rafuzin sotaa edeltäneen työn [29] . Brittien painostuksesta American Society of Sound Engineers tunnusti Blumleinin prioriteetin; huhtikuussa 1958 patentin koko teksti – tuolloin poikkeuksellisen harvinainen [107] – julkaistiin uudelleen Journal of the Audio Engineers' Societyssa [107] . Stereofonian käsitteestä - niin epämääräisesti sovellettu kaikkiin monofonisiin äänityksiin, joiden tarkoituksena oli välittää "surround-efekti" - on tullut synonyymi kaksikanavaiselle binauraaliselle tallennukselle ja universaalille tavaramerkille [108] [39] ; 45/45-järjestelmän stereofonisesta levystä tuli avoin standardi , joka ei sisällä rojalteja . Aluksi sen käyttö rajoittui klassisen musiikin äänityksiin ; 1960-luvun länsimaisia populaarimusiikkimarkkinoita hallitsivat edelleen monofoniset äänitykset, jotka oli suunniteltu soitettaviksi halvoilla levysoittimilla ja radioilla [ 109] . 1960-luvun loppuun asti kalliiden stereo- ja halpojen monolevyjen välillä oli myös huomattava hintaero [109] .
Blumlein stereomikrofonit - kaikissa kolmessa ehdotetussa versiossa - ovat yleistyneet akustisen musiikin äänityksessä. XY-konfiguraatiota käytetään laajimmin kaksisuuntaisissa mikrofoneissa, joissa on kosinipoimintakuviot [105] . Trigonometrisen identiteetin vuoksi tällaisen stereomikrofonin tallentama teho ei riipu suunnasta äänilähteeseen [105] . Etuneljänneksessä XY -mikrofoni tallentaa stereokohtauksen tasaisesti ilman purskeita tai herkkyyshäviöitä [105] . Tällaista tallennetta toistettaessa virtuaaliset äänilähteet täyttävät koko vasemman ja oikean kanavan kaiuttimen välisen tilan [105] . XY-mikrofonit poimivat kaikuäänet vasemmalta, oikealta ja takaa hyvin pitäen äänityksen "läsnäolon" [110] . MS-stereomikrofonit, jotka käyttävät kaksisuuntaista mikrofonia erokanavassa ja kardioidimikrofonia summakanavassa, vastaavat sähköisesti XY-mikrofoneja, mutta ovat vähemmän herkkiä jälkikaikuäänille ja ovat erittäin yhteensopivia monofonisten polkujen kanssa [55] . Näistä syistä MS-stereomikrofonit olivat kysyttyjä pääasiassa radiossa, televisiossa ja elokuvissa [55] . Kolmas blumlein-konfiguraatio - XY mielivaltaisesti valitulla "kellokulmalla" - osoittautui välttämättömäksi stereomikrofonien luomisessa kapseleille, joissa on kardioidikuvio [ 52] . Normaalissa XY-kulmassa 90° nämä mikrofonit pakkaavat stereokohtauksen yli; sen normaali leveys saavutetaan vain 120…135° kulmissa [52] .
Stereosignaalinkäsittelyn matriisiperiaatteesta on tullut normi studiokäytännössä, mutta "Blumlein-sekoitus" osoittautui vaatimattomaksi [104] . Vuonna 1985 Richard Kaufman, Michael Gerzon ja David Griesinger ehdottivat toisistaan riippumatta omia tekniikoitaan binauraalisten tallenteiden käsittelyyn sekoitusperiaatteella [104] , mutta 1900-luvun loppuun asti nämä ajatukset tekivät. ei muunneta käytännöllisiksi sarjalaitteiksi [111] .
Kuten 1990-luvun tutkimus osoitti, "Blumlein shufflingilla" on suora biomekaaninen analogi hyönteisten maailmassa - parasitoidikärpäsen Ormia ochracea kuuloelimiin . Naaraskärpäset etsivät saalistaan - laulavia sirkat - yöllä, tukeutuen vain kuuloon. Perhon oma stereopohja (tympanien kalvojen välinen etäisyys ) on liian pieni määrittämään luotettavasti äänilähteen suuntaa. Apuun tulee elastisten nivelsiteiden järjestelmä, joka muuttaa vasemman ja oikean kuulokanavan pienet vaihe-erot merkittäviksi amplitudieroiksi, täsmälleen Blumleinin [112] ajatuksen mukaisesti . 2000-luvulla kehitetään aktiivisesti subminiatuurisia mikroelektromekaanisia kuulolaitteiden stereomikrofoneja , jotka toistavat Ormia ochracean kuuloelinten laitetta . Kehittäjien mukaan tällaiset mikrofonit voivat parantaa merkittävästi äänilähteiden suunnan havaitsemista ja samalla lisätä vahvistetun puheen ymmärrettävyyttä ympäristön melun taustalla [113] .