Wiktoria Groelich (a), Jan Grzybicki (b), Bogusław Ziębowicz(c), Anna Ziębowicz(d)
a) Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Device Engineering, Silesian University of Technology, Roosevelta 40, 41-800 Zabrze, Poland;
email: wg301436@student.polsl.pl, Science and Culture Student Research Club
b) Cafted System, ul. Centralna 299, 43-187, Orzesze, j.grzybicki@gmail.com
c) Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A , 44-100 Gliwice, Poland;
email: boguslaw.ziebowicz@polsl.pl
d) Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Device Engineering, Silesian University of Technology, Roosevelta 40, 41-800 Zabrze, Poland;
email: anna.ziebowicz@polsl.pl
Streszczenie: Płyta szelakowa była podstawowym nośnikiem dźwięku od końca XIX wieku aż do połowy XX wieku. Zanim rozpowszechniły się płyty winylowe, to właśnie krążki szelakowe umożliwiły masową dystrybucję muzyki rozrywkowej, klasycznej, nagrań operowych, przemówień oraz audycji rozrywkowych. Ich rozwój był ściśle związany z wynalezieniem gramofonu oraz postępem technologii zapisu i reprodukcji dźwięku.
Słowa kluczowe: płyta gramofonowa, szelak, zapis dźwięku, historia, materiał
1. WSTĘP
Płyta szelakowa stanowiła najważniejszy nośnik zapisu dźwięku od schyłku XIX wieku do połowy XX stulecia. Jeszcze przed popularyzacją płyt winylowych krążki wykonywane z szelaku umożliwiały szerokie rozpowszechnianie muzyki, wystąpień publicznych znanych osób oraz programów rozrywkowych. Ich upowszechnienie odegrało istotną rolę w rozwoju przemysłu fonograficznego i przyczyniło się do zmiany sposobu odbioru kultury muzycznej oraz przekazu słownego. Powstanie i rozwój płyt szelakowych były bezpośrednio związane z wynalezieniem gramofonu oraz udoskonalaniem metod rejestracji i odtwarzania dźwięku. Dzięki nowym rozwiązaniom technologicznym możliwe stało się wielokrotne odtwarzanie nagrań, co znacząco wpłynęło na rozwój rynku muzycznego oraz popularyzację fonografii wśród społeczeństwa. Nośnik ten przez wiele dekad pozostawał dominującą formą zapisu audio, mimo ograniczeń wynikających z jego kruchości i niewielkiej pojemności nagraniowej. [1, 2]
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie historii szelaku jako materiału stosowanego w fonografii przed erą polichlorku winylu oraz analiza obrazów mikroskopowych płyty szelakowej sprzed stu lat wykonanych przy użyciu mikroskopu skaningowego elektronowego.
2. POCZĄTKI REJESTRACJI DŹWIĘKU
Za początek historii fonografii uznaje się rok 1877, kiedy Thomas Edison skonstruował fonograf zapisujący dźwięk na cylindrach pokrytych cynową folią. Urządzenie umożliwiało zarówno nagrywanie, jak i odtwarzanie głosu. Był to pierwszy w historii aparat zdolny do mechanicznej reprodukcji dźwięku (Rys. 1). Przełom nastąpił jednak dzięki pracom Emilea Berlinera, który w 1887 roku opatentował gramofon wykorzystujący płaski dysk zamiast cylindra. Rozwiązanie to okazało się znacznie praktyczniejsze w produkcji seryjnej, ponieważ matryce do produkcji płyt umożliwiały łatwe tłoczenie wielu identycznych egzemplarzy nagrania. Konstrukcja Berlinera stała się podstawą nowoczesnych płyt gramofonowych, w tym szelakowych (Rys. 1). [3, 4]
a)
b)
c)
d)
Rysunek 1. Rysunek z patentu: a) Thomasa Edisona – fonograf [5], b) Emila Berlinera – gramofon [6] a) Thomasa Edisona – fonograf. Zdjęcie Thomasa Edisona i jego wynalazku: c). [https://pl.wikipedia.org] Zdjęcie Emila Berlinera i jego wynalazku: d). [https://pl.wikipedia.org]
3. NARODZINY PŁYTY SZELAKOWEJ
Pierwsze płyty gramofonowe wykonywano z różnych mieszanek materiałów, lecz na początku XX wieku standardem stała się masa szelakowa. Szelak jest naturalną żywicą produkowaną przez owady Kerria lacca (Rys. 2). Jest to gatunek czerwca (owada z nadrodziny Coccoidea) należący do rodziny Kerriidae. Jest on jednym z najważniejszych gospodarczo gatunków owadów lakowych, ponieważ stanowi główne źródło naturalnej żywicy zwanej lakiem. Po oczyszczeniu i rafinacji żywica ta wykorzystywana jest do produkcji szelaku oraz innych produktów stosowanych m.in. w przemyśle drzewnym, spożywczym i farmaceutycznym. Gatunek ten występuje naturalnie w Azji południowej i południowo-wschodniej, zwłaszcza na obszarze Indii i Tajlandii. [7]
a)
b)
Rysunek 2. a) widok ogólny owada Kerria lacca, b) widok charakterystycznych skupisk owadów i ich żywicznej wydzieliny (laki) pokrywającej gałązki drzew. [https://pl.wikipedia.org]
Płyty szelakowe były ciężkie, kruche i podatne na pękanie, jednak miały dużą odporność na ścieranie. Standardowo obracały się z prędkością 78 obrotów na minutę (78 rpm), dlatego często określa się je mianem „siedemdziesiątek ósemek”. Około 1915 roku format 78 rpm stał się międzynarodowym standardem. Typowa płyta 10-calowa mogła pomieścić około 3–4 minut nagrania na stronę.
4. ROZWÓJ PRZEMYSŁU FONOGRAFICZNEGO
Na początku XX wieku przemysł płytowy rozwijał się niezwykle dynamicznie. Powstały wielkie wytwórnie, takie jak Columbia Records, Victor Talking Machine Company czy Deutsche Grammophon. Gramofon i płyta szelakowa stały się pierwszym masowym medium muzycznym w historii. W latach 1910–1920 sprzedaż gramofonów gwałtownie wzrosła. Muzyka przestała być dostępna wyłącznie podczas koncertów — można jej było słuchać w domu. Rozwój rynku płyt zbiegł się z popularyzacją muzyki rozrywkowej, między innymi ragtime’u, bluesa i jazzu. W latach 20. XX wieku nastąpiło przejście z nagrań akustycznych na elektryczne. Zastosowanie mikrofonów i wzmacniaczy znacząco poprawiło jakość rejestrowanego dźwięku. Od tego momentu płyty szelakowe mogły wierniej oddawać brzmienie orkiestr i głosu ludzkiego. [1-4]
5. TECHNOLOGIA PRODUKCJI
Charakterystyczną cechą płyt szelakowych były szerokie rowki, znacznie większe niż w późniejszych płytach winylowych typu LP. Szerokość rowka w płytach szelakowych wynosiła zazwyczaj około 100–150 µm, dlatego określa się je mianem nagrań standard groove lub 78 rpm groove (Rys. 3). Wymagały one stosowania grubych stalowych igieł o większej średnicy, najczęściej około 65–100 µm oraz specjalnych gramofonów mechanicznych, od końca lat 20. XX wieku zasilanych silnikiem elektrycznym. W porównaniu z późniejszymi płytami winylowymi jakość dźwięku była ograniczona, a poziom szumów stosunkowo wysoki.
Proces produkcji płyt szelakowych należał do najbardziej zaawansowanych technologicznie przedsięwzięć przemysłu fonograficznego pierwszej połowy XX wieku. Wytwarzanie jednej płyty wymagało połączenia technologii mechanicznej, chemicznej i elektrochemicznej.
Pierwszym etapem produkcji było wykonanie nagrania wzorcowego – dysk woskowy. W epoce nagrań akustycznych muzycy grali przed dużą tubą akustyczną połączoną z membraną i rylcem. Drgania dźwięku były mechanicznie przenoszone na obracający się dysk woskowy, w którym ryto spiralny rowek odpowiadający zapisowi dźwięku. Po połowie lat 20. XX wieku zaczęto stosować mikrofony i wzmacniacze elektryczne, co pozwoliło uzyskać znacznie dokładniejszy zapis. Nagrany dysk woskowy był bardzo delikatny, dlatego nie nadawał się bezpośrednio do tłoczenia. Pokrywano go cienką warstwą grafitu lub srebra, a następnie poddawano procesowi galwanizacji. W kąpieli elektrochemicznej osadzała się warstwa metalu — zwykle niklu lub miedzi — tworząc negatyw nagrania zwany „ojcem” (father). Z niego wykonywano kolejne kopie robocze: „matkę” (mother) i stemple tłoczące. Taki system umożliwiał seryjną produkcję tysięcy egzemplarzy bez niszczenia oryginalnego nagrania. Płyty nie były wykonywane z czystego szelaku. Masa produkcyjna zawierała: szelak naturalny, pył łupkowy lub wapienny, sadzę, włókna bawełniane, dodatki utwardzające. Takie połączenie materiałów zwiększało twardość i odporność na ścieranie płyt, choć jednocześnie powodowało ich dużą kruchość. Typowa płyta szelakowa mogła łatwo pęknąć po upuszczeniu. Materiał był jednak stosunkowo odporny na wysoką temperaturę i intensywne użytkowanie. Masa szelakowa była podgrzewana do postaci plastycznej, a następnie umieszczana pomiędzy dwiema metalowymi matrycami w prasie hydraulicznej. Pod wysokim ciśnieniem tłoczono rowki wraz z papierowymi etykietami znajdującymi się po obu stronach płyty. Cały proces trwał zwykle mniej niż minutę. Po wyjęciu z prasy nadmiar materiału przycinano mechanicznie. Gotowa płyta przechodziła kontrolę jakości, po czym trafiała do papierowych kopert i do dystrybucji. W dużych fabrykach produkowano tysiące egzemplarzy dziennie. Technologia płyt szelakowych miała kilka istotnych ograniczeń: szerokie rowki ograniczały długość nagrania, wysoki poziom szumów własnych utrudniał wierne odtwarzanie cichych dźwięków, płyty szybko zużywały się przy użyciu stalowych igieł, kruchość materiału powodowała częste uszkodzenia podczas transportu. Mimo tych wad technologia dominowała na rynku przez ponad 50 lat i stworzyła fundament współczesnego przemysłu muzycznego. [1, 4, 8]
Na rysunku 3 przedstawiono obrazy mikroskopowe płyty szelakowej wyprodukowanej w wytwórni Columbia Records w połowie lat 20. XX wieku wykonane za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego firmy ZEISS Supra 25 w powiększeniach 100x, 250x oraz 1000x. Na podstawie badań mikroskopowych stwierdzono, że średnia szerokość rowka płyty gramofonowej wynosi 162,32 µm. Przełom płyty po pęknięciu jest przełomem typowo kruchym. Na widoku z góry oraz z boku widać wyraźne pasma zużycia oraz zanieczyszczenia powierzchniowe w postaci drobin kurzu.
6. SCHYŁEK ERY SZELAKU
Po II wojnie światowej rozpoczęła się rewolucja technologiczna w fonografii. W 1948 roku Columbia Records zaprezentowała płytę długogrającą LP (long play) wykonaną z polichlorku winylu i odtwarzaną z prędkością 33⅓ rpm. Wkrótce firma RCA Corporation wprowadziła format 45 rpm SP (single play). Polichlorek winylu okazał się materiałem zdecydowanie lepszym od szelaku. Był lżejszy, bardziej elastyczny i mniej kruchy oraz umożliwiał zapis znacznie dłuższych nagrań (około 25 minut na jednej stronie płyty) przy zdecydowanie lepszej jakości dźwięku wynikającej między innymi z mniejszej ziarnistości materiału. [1-4]
Produkcja płyt szelakowych zaczęła szybko zanikać w latach 50. XX wieku, choć w niektórych krajach utrzymywała się jeszcze w latach 60. Wraz z popularyzacją płyt winylowych „78-ki” stały się formatem historycznym i kolekcjonerskim.
a)
b)
c)
d)
e)
Rysunek 3. Płyta szelakowa: a) widok ogólny z góry, powiększenie 100x, b) widok ogólny z góry, powiększenie 250x, c) wynik analizy szerokości rowka, powiększenie 260x, d) widok z boku z widocznym przełomem po pęknięciu płyty, powiększenie 250x, e) widok przełomu (rodzaj przełomu – kruchy), powiększenie 1000x.
Na rysunku 4 przedstawiono album płyt szelakowych zawierających V Symfonię c-moll op. 67 Ludwiga van Beethovena wytworzonych w latach 20. XX wieku przez wytwórnie Columbia Records. Symfonia zawiera się na czterech krążkach. Aby odtworzyć całą symfonię słuchacz musiał osiem razy zmieniać stronę płyty. Było to bardzo kłopotliwe i wymagało poszukiwań nowych rozwiązań technicznych.
a)
b)
Rysunek 4.Widok albumu płyt szelakowych zawierających V Symfonię c-moll op. 67 Ludwiga van Beethovena wytworzonych w latach 20. XX wieku przez wytwórnie Columbia Records: a) okładka, b) płyta szelakowa z labelem (etykietą).
7. ZNACZENIE KULTUROWE
Płyta szelakowa odegrała fundamentalną rolę w rozwoju kultury masowej. Umożliwiła narodziny przemysłu muzycznego, popularyzację gwiazd estrady oraz globalną dystrybucję muzyki. Dzięki niej po raz pierwszy możliwe było wielokrotne odtwarzanie tego samego wykonania w dowolnym miejscu i czasie. Dla współczesnych kolekcjonerów płyty szelakowe stanowią cenne źródło dokumentacji historycznej. Zachowały się na nich nagrania artystów z początku XX wieku, w tym wczesne wykonania muzyki, m.in. klasycznej, jazzu, bluesa oraz ragtime’u.
BIBLIOGRAFIA
1. Gavin Williams, Format Friction: Perspectives on the Shellac Disc, University of Chicago Press, 2024.
2. Elodie A. Roy, Shellac in Visual and Sonic Culture: Unsettled Matter, Amsterdam University Press, 2023.
3. Andre Millard, America on Record: A History of Recorded Sound, Cambridge University Press, 2005.
4. Oliver Read, Walter L. Welch, From Tin Foil to Stereo: Evolution of the Phonograph, Howard W. Sams & Co., 1976.
5. U.S. National Archives. (1880). Drawing for a Phonograph (Patent No. 227,679)
6. Berliner, E. (1887). Gramophone: specification forming part of Letters Patent No. 372,786, dated November 8, 1887. United States Patent Office.
7. https://www.britannica.com/topic/shellac
8. David L. Morton, Sound Recording: The Life Story of a Technology,
Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2006
