فونوغراف

Edison cylinder phonograph ca. 1899

Thomas Edison and his early phonograph

A late 20th-century phonograph console and record

الفونوگراف Phonograph أو گراموفون Gramophone هو جهاز ينتج أصواتًا سجلت على أسطوانات سمعية. وتعرف أجهزة الفونوغراف أيضًا باسم الغراموفونات أو الحاكيات. وينتشر استعمالها لتسجيل الموسيقى للسمع والرقص. وينصت الناس أيضًا إلى أسطوانات الفونوغراف الخاصة بالتمثيليات الدرامية والقراءات الشعرية والمحاضرات. وتستخدم الكثير من محطات الإذاعة أجهزة فونوغراف ذات جودة عالية لتشغيل أسطوانات للإرسال الإذاعي على الأثير.

هناك نوعان من الفونوغراف يعتمد كل منهما على نظام مختلف لتسجيل الصوت وبثه. ويعمل الطراز الأقدم والأكثر شيوعًا من الفونوغرافات بطريقة التسجيل التّماثلي. وفي هذه الطريقة يتم تخزين ما يماثل موجات الصوت الأصلي في شكل موجات مغلولة في مجارٍ حلزونية على سطح قرص بلاستيك. وبينما يدور القرص على الفونوغراف تركب إبرة تسمى السن على المجرى وتعمل الموجات في المجرى على هز السن. وبعد ذلك يتم تحويل هذه الاهتزازات إلى إشارات كهربائية يمكن تحويلها مرة أخرى إلى صوت بوساطة مكبرات صوت.

أما النوع الآخر للفونوغراف فيعتمد على تسجيلات أنتجت بطريقة التسجيل الضوئي الرقمي وتعرف عادة بالأقراص المدمجة، وفيها تخزن معلومات الصوت بشفرة رقمية عن طريق حفر رقيقة على القرص. ثم تستخدم حزمة مركزة من الضوء يتم توليدها بجهاز يسمى الليزر. وعند انعكاس هذه الحزمة من القرص الدوار تقطع الحُفَر الرقيقة حزمة الليزر إلى نبضات من الضوء. بعد ذلك تتحول هذه النبضات إلى إشارات كهربية يتم حل شفرتها وتكبيرها قبل أن تصل إلى مكبرات الصوت.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

أجزاء فونوغراف عادي

Stylus for jukebox using shellac 78 rpm records, 1940s

A Polish made Unitra turntable atop an Electromures receiver, circa 1979.

حاكي الصوت المجسم (أقصى اليسار) ينتج قناتي صوت من مسار تسجيل واحد. يمتطي السن مجرى التسجيل. وتوضح صورة المسارات المكبرة (على اليسار)، الموجات المحدثة لاهتزاز السن. وتحول الخزانة الاهتزازات إلى مجموعتين من الإشارات الكهربائية. ويقوي مضخم الصوت الإشارات وتحولها مكبرات الصوت إلى صوت.

الأجزاء الرئيسية لفونوغراف عادي هي:

مدورة الأسطوانات،
نظام التشغيل،
السن (الإبرة)،
الخزانة،
ذراع النغمة،
مضخم الصوت. وتختلف عن أجزاء حاكي القرص المدمج إلى حد ما.

مدورة الأسطوانات

طبق معدني مسطح مغطى بالمطاط أو اللباد توضع عليه الأسطوانة. وتعمل معظم مدورات الأسطوانات على 33 و 45 دورة في الدقيقـة "د/ق" وبعضهــا يعمــل أيضـًا عـلى 78 د/ق.

نظام التشغيل

يقوم نظام التشغيل بإدارة مدورة الأسطوانات. ومعظم الفونوغرافات مجهزة بمشغِّل بالسير أو بمشغل مباشر.

يتكون مشغل السير من سير مرن من المطاط ممتد من عجلة أسفل مدورة الأسطوانات إلى بكرة مدرجة. والبكرة مثبتة في عمود محرك كهربائي، ولها قطران منفصلان. وتظل سرعة المحرك ثابتة، ويتم تغيير سرعة مدورة الأسطوانات برفع وخفض آلية شبيهة بالشوكة. وهذا ينتج عنه تعشيق السير بأقطار البكرة المختلفة.

وفي نظام التشغيل المباشر، تكون مدورة الأسطوانات مركبة مباشرة على عمود المحرك. وسرعة المحرك القابلة للتغيير هي التي تحدد سرعة مدورة الأسطوانات. ويجري التحكم في سرعة المحرك بوساطة جهاز يسمى مذبذب الكوارتز البلوري.

وتركز العدسات الشعاع على قرص دائر. يخزن الصوت على قرص بشفرة رقمية (عددية)، والشفرة على شكل نقرات دقيقة، لتعكس الضوء بدرجات مختلفة من الشدة. يرسل المنشور الضوء المنعكس إلى كاشف الشعاع الذي يحول الأنماط الضوئية إلى إشارات كهربائية. السن. قطعة من الماس أو مادة صلبة جدًا ومشكَّلة على هيئة مخروط. وهي معلَّقة من أحد أطراف شريط فلزي مرن، والطرف الآخر من الشريط الفلزي متصل بالخزانة.

وتهتز السن أثناء استقرارها على مجرى الأسطوانة. وفي فونوغراف الصوت المجسم (الاستريو) تتجاوب السن مع مجموعتين منفصلتين من الموجات واحدة على كل جانب من المجرى. وهاتان المجموعتان من الأمواج تناظران قناتي الصوت المجسم.

الخزانة

تستقبل اهتزازات من السن وتحولها إلى طاقة كهربائية. وبعض الخزانات قضبان خزفية أو بلورية تولد جهوداً ضعيفة عند ثنيها. وتعمل الحركة الجانبية للإبرة في مجرى الأسطوانة على ثني هذه القضبان فتدفعها إلى توليد إشارات كهربائية تناظر الموجات في المجرى. ومن أنواع الخزانات الشائعة تلك التي تولّد جهودًا عندما تحرّك الإبرة ملفًا كهربائيًا في مجال مغنطيسي أو تحرك مغنطيسًا بالقرب من ملف. تحول خزانة الصوت المجسم اهتزازات الإبرة إلى مجموعتين منفصلتين من إشارات كهربائية، واحدة لقناة الصوت اليمنى والأخرى لليسرى.

ذراع النغمة

معروفة أيضًا بذراع الالتقاط وهي تمسك الخزانة والسن. وبعض الفونوغرافات مجهزة بذراع نغمة خطية تتبعية تتحرك في خط مستقيم عبر الأسطوانة. لكن في معظم الفونوغرافات تكون ذراع النغمة مركبة على محور ارتكاز. ويسمح محور الارتكاز للسن بامتطاء مجرى الأسطوانة في قوس عبر القرص. ويتم التحكم في ضغط السن بوساطة ثقل عند طرف محور الارتكاز لذراع النغمة. ويسبب الضغط الزائد صوتًا قليل الجودة ويزيد من تآكل الأسطوانة. وإذا كان هناك ضغط منخفض جدًا فسوف تقفز الإبرة عبر الأسطوانة.

مضخم الصوت

تحمل أسلاك على امتداد ذراع النغمة إشارات كهربائية من الخزانة إلى مضخم الصوت الذي يغذي قدرة الإشارات الضعيفة من الخزانة بحيث تصل إلى مكبرات الصوت بقوة مناسبة. وتقوم مكبرات الصوت بتحويل الإشارات الكهربائية إلى موجات صوتية.

كيف تتم صناعة أسطوانات الفونوغراف

معظم الأسطوانات المصنوعة في هذه الأيام أقراص بلاستيكية رقيقة بقطر 18 أو 30 سم. وتدار الأسطوانة 18 سم بسرعة 45 د/ق وتستمر بضع دقائق في إعطاء صوت من كل جانب. وتدار الأسطوانة 30 سم طويلة التشغيل (ط/ش) على 1/3 33 د/ق لمدة حوالي 30 دقيقة من الصوت لكل جانب. وللاطلاع على وصف للأقراص المدمجة وتصنيعها. وترديد الصوت

الخطوات الرئيسية في تصنيع الفونوغراف (أسطوانة الحاكي) هي: 1- إعداد الشريط الرئيسي، 2- تحرير الشريط الرئيسي، 3- نقل التسجيل على قرص، 4- تجهيز قوالب الأسطوانة، 5- إنتاج النُّسخ النهائية.

إعداد الشريط الرئيسي. يبدأ إنتاج معظم الأسطوانات بإعداد تسجيل رئيسي على شريط في استديو تسجيل صوتي عازل للصوت أو قاعة موسيقية. مثل هذه التسجيلات يتم عملها باستخدام مسجلات شريط يمكنها تسجيل 8 أو 16 أو 24 أو 32 قناة منفصلة، أو مسارات.

ولإنتاج الشريط الرئيسي، يجري تسجيل آلات مختلفة أو مجموعة من الآلات على مسارات منفردة أثناء التسجيل. ومن الممكن التحكم في أنماط مختلفة من جودة الصوت بصفة منفردة لكل مسار. وبالإضافة إلى ذلك يمكن تسجيل كل مسار وإعادة إدارته مرة أخرى على حدة أو بالارتباط بمسارات أخرى. فمثلاً، إذا وقع أحد الموسيقيين في خطأ، فمن الممكن تسجيل المسار الخاص به مرة أخرى على انفراد بدون الحاجة إلى أن يكرِّر الموسيقيون الآخرون عزفهم. فيؤدي الموسيقي دوره ببساطة مرة أخرى أثناء إنصاته بالسماعات للمسارات المسجلة للموسيقيين الآخرين.

تحرير الشريط الرئيسي

يتم عادة تسجيل عدد من المقطوعات ـ تسجيلات منفردة ـ من لحن موسيقي في وصلة تسجيل. ومن الممكن عدم قبول مقطوعة منفردة كلية. وفي هذه الحالات يتم اختيار ما كان أحسن أداء من كل جزء من الموسيقى من بين المقطوعات المختلفة. بعد ذلك يحرِّر مهندس التسجيل الأجزاء إلكترونيًا. وينتج عن هذا التحرير إنتاج شريط أصلي جديد بأجزاء من مقطوعات مختلفة كأنها قد سجلت في حفلة موسيقية واحدة. وقد يكون الشريط الرئيسي الجديد ما زال مكونًا من مسارات منفصلة متعددة. وفي مثل هذه الحالات، يمكن استعمال طريقة تُعرف باسم الخلط السُّفلي لربط المسارات من أجل تخفيض عددها إلى الاثنتين اللازمتين للقرص الصوتي المجسّم.

نقل التسجيل على قرص

الخطوة التالية في صناعة أسطوانة الفونوغراف هي إنتاج اللك الأساسي. والطلاء قرص ألومنيوم مغطى بالأسيتات أو البلاستيك أو اللك، أو خليط من هذه المواد. ويتضمن إنتاج الطلاء الأساسي إدارة آلة تسمى مخرطة حفر الأسطوانة. تتم تغذية إشارات من الشريط الأصلى إلى رأس الحفر على المخرطة لنقل هذه الإشارات إلى الطلاء. وتحفر إبرة قطع على رأس الحفر مسارات متموجة على شكل العدد 7 تتجه حلزونيًا نحو مركز القرص. وتتصل هذه الإبرة بملفين كهربائيين، كل منهما بجوار مغنطيس كهربائي.

ولعمل طلاء صوتي مجسم تمغنط إشارات كهربائية مناظرة للقناة اليمنى تمغنط ملفًا واحدًا. والإشارات المناظرة للقناة اليُسرى تمغنط الملف الآخر.

وتسمح الأصوات العالية للإبرة بحفر عميق لأجزاء واسعة من المسار. وتحفر الأصوات المنخفضة أجزاء ضيقة ضحلة. وإذا حدث أن حفر جزء من المسار قريبًا جداً من الجزء المحفور أثناء الدورة السابقة من الطلاء فإنه ينتج عن ذلك صوت رديء الجودة. ويمكن التغلب على هذه المشكلة باستعمال حاسوب لتحليل الإشارات من الشريط الأصلي أثناء حفر الطلاء. ويعمل الحاسوب على إرشاد مخرطة حفر الأسطوانة والإبرة بحيث يتم حفر التفافات المسار ليكون بعضها أقرب ما يمكن لبعض، بدون إحداث تداخل بين الأجزاء المتجاورة من المسار. وحفر إلتفافات المسار بحيث تكون أقرب ما يمكن من بعضها تسمح للقرص باحتواء أقصى كمية من الصوت المسجل لكل جانب.

تجهيز قوالب الأسطوانة

بعد الخطوات السابقة يتم عمل أصل معدني من أصل الطلاء بعملية تعرف بالطلاء الكهربي. انظر: الطلاء بالكهرباء. في هذه العملية يغطى سطح أصل الطلاء بطبقة من النيكل. وعند فصل طبقة النيكل من الطلاء، تعمل على تكوين الأصل المعدني ـ نسخة سالبة لها نتوءات ـ حيث تكون للطلاء مجار.

وينتج عن طلاء الأصل المعدني تكوين أم ـ نسخة موجبة من الطلاء. ويتم طلاء الأم نفسها عدة مرات بالتتابع لإنتاج نسخ سالبة عديدة تسمى ختامات وتستعمل الختامات في صناعة الأقراص البلاستيكية الجاهزة.

صنع النسخ الجاهزة. يتم تركيب كباستي أسطوانات على المكبس الهيدروليكي ـ واحدة لكل وجه من القرص. وتوضع قطعة عجين من البلاستيك تسمى قطعة البسكويت بين الكباستين ويضغط عليها في المكبس فتنطبع عليها مجاري التسجيل من كلتا الكباستين.

بعد الطبع على البلاستيك، يعمل ماء بارد منساب خلال الكباس على تجفيف القرص. ويتم عندئذ رفع القرص من الكباس. وتستغرق عملية الكبس حوالى دقيقة أو أقل.

تسجيل وترديد الصوت رقميًا

تعطي الأقراص (الأسطوانات) المدمجة، التي تم تسويقها في أوائل الثمانينيات من القرن العشرين صوتًا أجود من الناتج عن أسطوانات الفونوغراف العادي. الخطوة الأولى في إنتاج قرص مدمج هي عمل شريط أصلي رقمي ومثل هذا الشريط ينتج بإحدى عينات من الصوت بمعدل 44,100 مرة في الثانية، وتحويلها إلى شفرة رقمية وتسجيل الشفرة الرقمية بعد ذلك على الشريط الأصلي.

أحيانًا تستخدم الأشرطة الأصلية الرقمية لإنتاج أسطوانات الفونوغراف العادية. لكن عندما يستخدَم الشريط الأصلي الرقمي لإنتاج القرص المدمج، وتتم تغذية ليزر قوي بإشارة الشريط. تحفر نبضات ضوء الليزر القوية بلايين الحفر المجهرية في سطح القرص الخام الدائر.

يستعمل القرص الأصلي في عمل كباس أسطوانات، يطبع الكباس نقرات على جانب واحد من قرص خام بلاستيك. بعد ختم قرص البلاستيك يتم طلاؤه بالألومنيوم وتغطيته بطبقة حافظة من البلاستيك الرائق.

يبلغ قطر الأقراص حوالي 12سم ولها وجه واحد للتسجيل من الممكن تشغيله لمدة ساعة بمواد مسجلة. ينتج الليزر في فونوغراف الأسطوانة المدمجة حزمة ضعيفة من الضوء المركز تتابع المسار الحلزوني للنقر من مركز إلى حافة الأسطوانة.

عندما ينعكس شعاع الليزر من القرص الدّائر تعمل النقرات على تكسير الشعاع إلى إطار من النبضات الضوئية. وتتحول هذه النبضات الضوئية بعد ذلك إلى إشارات كهربائية. تُحل شفرة هذه الإشارات وتكبر بوسائل إلكترونية قبل إرسالها إلى مكبرات الصوت.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

نبذة تاريخية

Phonograph cabinet built with Edison cement, 1912. The clockwork portion of the phonograph is concealed in the base beneath the statue; the amplifying horn is the shell in behind the human figure.

قام الفرنسي ليون سكوت بتركيب أول جهاز يستغل اهتزازات قلم على اقراص ورقية لتسجيل الصوت، ولكن ذلك حينها كان دون التفكير باعادة تشغيل الأصوات المسجلة. كان الجهاز يعرف حينها بالفونوتوغراف ويهدف لدراسة خصائص الصوت، الا ان المتخرع لم يتنبه إلى انه عمليا قد سجل الصوت. تم استعادة تسجيل قديم من عام 1860 حديثا باستخدام تقنيات الحاسوب.

في عام 1877م اخترع الأمريكي توماس أديسون أول جهاز تسجيل صوتي عملي. وقد تمكن جهاز أديسون من تسجيل صوت على أسطوانة معدنية صغيرة ملفوفة داخل رقيقة من الصفيح، ثم أعاد ترديد الصوت مرة ثانية. وكانت الأسطوانة تدور على محور. وفوق الأسطوانة وضعت إبرة ملحقة بحاجز غشائي لقرص هزاز. وعند تكلّم أي شخص في جهاز يوضع بين الشفتين تنتشر الموجات الصوتية وتجعل الغشاء والإبرة يهتزان. وكانت هذه الاهتزازات تمكن الإبرة من عمل نقرات رقيقة على الأسطوانة الدائرة. ولاستعادة الصوت، يتم وضع إبرة ملحقة بحاجز غشائي على الأسطوانة. وأثناء دوران الأسطوانة، تسبب النقرات على الرقيقة في إهتزاز الإبرة والحاجز الغشائي. وهذه الاهتزازات تُحدث أصواتًا تشابه تقريبًا الصوت الأصلي.

في عام 1885م أدخل العالمان الأمريكيان تشيشَيستر بيل وتشارلز تينر تحسينًا على اختراع أديسون بالتسجيل على أسطوانات ورق مقوى مغطى بالشمع، فأنتجت مادة التسجيل الجديدة صوتًا أحسن.

وفي عام 1887م اخترع المهاجر الألماني إميل برلينر بالولايات المتحدة الفونوغراف واستخدم أقراص صمغ اللك بدلاً من الأسطوانات وكان لهذه الأقراص صوت أجود وامتازت بطول احتمالها وإمكانية إنتاجها بالجملة بسهولة أكثر من الطريقة الممكنة بالأسطوانات.

وظهرت أول التسجيلات الكهربائية للفونوغراف في عام 1925م، وبدأ المنتجون تصنيع الفونوغرافات بمحركات كهربائية ومضخمات صوت حسنت من جودة الصوت المسجل.

وحتى عام 1948م كانت كل تسجيلات الأقراص مصنوعة من خليط من الصلصال وصمغ اللّك وكانت تعمل على 78 د/ق. وفي ذلك العام، تم تسويق أسطوانة طويلة التشغيل (ط/ش) ذات 1/3 33 د/ق. وقد تم تطويرها في أمريكا في معامل محطة إذاعة كولومبيا تحت إشراف المهندس الأمريكي بيتر جولد مارك. واستوعبت أسطوانة (ط / ش) كمية أكبر من الصوت المسجل، وكانت أكثر احتمالاً بالنسبة للقرص 78 د/ق. وفي عام 1949م قدمت شركة المذياع الأمريكية (المسماة الآن شركة آر. سي. إيه) قرص 45 د/ق لتنافس (ط / ش). تسببت الاهتمامات المتزايدة في مدى دقة جهاز إلكتروني في استقبال الأصوات المرسلة ونقلها في ظهور أجهزة فونوغراف تسجيل الصوت الإستريو والأسطوانات عام 1958م. فيما سبق كانت الأسطوانات وأجهزة الفونوغراف ذات صوت واحد أو وحيدة الصوت. وكانت مثل هذه الأجهزة والأسطوانات تُعطي أصواتًا من قناة واحدة فقط. وفي أواخر الستينيات من القرن العشرين كانت جميع أجهزة الفونوغراف الجديدة والأسطوانات تُعطي صوتاً مجسمًا تقريبًا.

وأثناء السبعينيات طور المهندس الكهربائي الأمريكي توماس ستوكهام تسجيلاً رقميًا. وظهرت الأقراص المدمجة وأجهزة فونوغراف الأسطوانة المدمجة بالأسواق عام 1983