Помоги проекту - поделись книгой:
Угольный микрофон послужил началом стремительной коммерциализации телефона. Как уже было сказано, первые телефонные системы имели электромагнитный приемник. Компании ВТС и ASTC объединились, что дало компании Белла приоритет на североамериканском рынке телефонии и прибыль около трех с половиной миллионов долларов. Увидев в таком объединении для себя ущерб, Эдисон потребовал и получил компенсацию в 6000 долларов в год на период действия своего патента, то есть на 17 лет. Тем не менее в 1878 году компания Белла подала на него в суд за нарушение патентных прав на их электромагнитный приемник в Англии.
Изобретатель взялся за усовершенствование альтернативного типа приемника и за улучшение приема телефонных сообщений с помощью системы усиления звука, которая позволяла бы слышать его в телефоне с такой же громкостью, как оригинальную речь. Эдисон использовал принцип, уже примененный им при конструировании меловых реле,— электромотограф: сила трения металла о мел, который становится проводником при пропитке нужным составом, обратно пропорциональна пропускаемому между ними току. Его конструкция увидела свет в 1879. году, это был меловой приемник.
РИС. 7
Эдисон разместил внутри приемника вращающийся меловой цилиндр: по его поверхности скользила подпружиненная игла, связанная с мембраной (см. рисунок 7). Мел пропитывался раствором, состав которого мог сильно различаться, хотя чаще всего использовался раствор бромистого или йодистого калия. Реакция в растворе, начинавшаяся под действием тока, влияла на силу трения между иглой и мелом. Данные изменения передавались на мембрану, что порождало звук. В первых моделях слушателю приходилось крутить барабан маленькой ручкой все время разговора, но это неудобство было устранено в следующих моделях с помощью часового механизма. Меловой приемник получил известность как «электромотографический приемник», или просто «мотограф». Однако сам Эдисон любил называть его «музыкальным телефоном», потому что, отличаясь большими размерами, прибор имел достаточную мощность, чтобы позволить аудитории слышать музыку, улавливаемую угольным микрофоном, как в нынешних музыкальных динамиках. Как бы то ни было, в Англии коммерческие агенты продавали его под названием «громкоговорящий телефон».
Комбинация мелового приемника и угольного микрофона в «громкоговорящем телефоне» Эдисона привела к тому, что на английском рынке он обошел продукцию Белла. Тем не менее в 1881 году «Белл Телефон Компани» и «Эдисон Телефон Компани» (компания изобретателя, учрежденная для продажи телефона в Европе) слились, и меловой приемник вышел из употребления, потому что был очень дорогим и сложным устройством и в конечном счете его разработка была вызвана не техническими причинами, а сложностями с патентными правами.
В конце концов функциональная модель телефона, завоевавшая мир, представляла собой смешанное устройство, объединяющее угольный микрофон Эдисона и улучшенную версию приемника Меуччи, патентом на который владел Белл. Поскольку эта схема сочетала патентные права всех сторон, претендующих на первенство в телефонии, она не могла быть реализована, пока не закончились патентные войны первых лет, и две компании не пришли к согласию.
С наступлением 1880-х годов Томас Альва Эдисон достиг возраста 30 лет и благодаря как своим успехам, так и неудачам (большинство из которых в результате закончилось в его пользу), стяжал себе славу «волшебника из Менло-Парка». Его лаборатория напряженно работала над десятками проектов одновременно, так что команда Эдисона не только добивалась поставленных целей, но и попутно делала множество открытий, в известном смысле случайных. Естественно, Эдисон направлял все усилия на разработку практически применимых продуктов, хотя парадоксальным образом они стали поводом и мотивацией, приведшим к его наиболее оригинальному изобретению. Во время работы над улучшением телефона системы Белла он вместе с командой открыл способ записи речи. Первой идеей Эдисона при этом было создать машину, которая выполняла бы роль телефонной секретарши и записывала речевые сообщения, впоследствии прослушиваемые. Изначальная концепция прибора, названная им «фонографом», являлась результатом ошибки, но она стала первым шагом в новый мир — в эру записи и воспроизведения звуков.
ГЛАВА 4
Рождение индустрии развлечений: фонограф
Фонограф был первым большим оригинальным изобретением Эдисона, самым ценным из его творений. Именно с него начался миф о «волшебнике» технологий. Однако первая модель этого прибора в коммерческом смысле оказалась провальной: она осталась на уровне любопытной технической диковинки и ярмарочного аттракциона. Потребовались десять лет и появление жесткой конкуренции, чтобы Эдисон принялся за совершенствование фонографа и довел свое изобретение до того легендарного коммерческого успеха, о котором он мечтал.
Можно подумать, что идея фонографа возникла из изучения методов записи звуков, но на самом деле все было наоборот: процесс воспроизведения звука предшествовал идее его записи. Концепция фонографа начала оформляться у Эдисона после наблюдений, сделанных его командой в ходе разработки телеграфных устройств, и более всего телефона. Для изготовления последнего они должны были глубоко исследовать свойства мембраны, воспроизводящей звуковые волны, и ознакомиться с научным опытом в области акустики, накопленным в Европе к середине века. Благодаря этому аккумулированному знанию Эдисон смог сделать первые наброски чертежей прототипа, который впоследствии продемонстрировал удивительную эффективность и простоту.
Между 1872 и 1874 годами, в последний период своей работы над автоматическим телеграфом, Эдисон и его сотрудники занимались различными усовершенствованиями этой системы, которые в результате не нашли применения. Эдисон потратил много времени и денег на поиски способа печатать телеграфные сообщения непосредственно обычным латинским алфавитом, стремясь избежать сложного процесса зашифровки их азбукой Морзе и последующей расшифровки. Хотя его усилия и не достигли поставленной цели, они позволили ему сделать очень интересное наблюдение. В системе Эдисона буквы были обозначены рельефными точками и тире на бумажной ленте, проходившей над рычагом, и эти рельефные выступы замыкали электрический контакт, посылая сигналы по линии. Изобретатель и его сотрудники заметили, что когда лента проходит с определенной скоростью над контактом, рычаг начинает вибрировать, издавая звук определенной высоты, воспринимаемый как музыкальная нота. Зная о предыдущих акустических экспериментах, Эдисон начал размышлять, возможно ли отпечатать на бумажной ленте образ звуковых волн, чтобы затем он каким-то образом воздействовал на электрический контур.
Томас Альва Эдисон
С другой стороны, исследуя способы автоматической телеграфной передачи, которые превосходили бы перфорированную бумажную ленту, команда Эдисона опробовала систему, где сообщения вырезались на бумажном круге, помещенном на вращающийся диск. На диске была проделана бороздка спиральной формы — на нее клали бумажный круг. Рычаг, на конце которого был расположен электромагнит и маленький резец, прижимался к диску так, что резец прорезал на бумажном круге сигналы, поступавшие на электромагнит. Затем круг помещали на похожую машину, где резец поменьше повторял записанные сигналы. Подобная система позволяла передавать несколько сотен слов в минуту.
Следующая деталь пазла появилась в 1877 году во время опытов, которые команда Эдисона производила уже в Менло- Парке для изучения поведения мембраны в ходе усовершенствования телефона Белла. Эдисон спроектировал маленькую автоматическую систему: если громким голосом говорить в раструб, колебания мембраны с помощью небольшого рычага двигали колесико, постоянно вращавшее валик. Этот валик был связан с помощью провода с игрушкой из папье-маше, изображавшей человечка с пилой у бревна. Колебания мембраны приводили в движение человечка, и он пилил бревно. При изготовлении этой игрушки Эдисон объединил все вышеописанные пункты: он начал разрабатывать идею, что регистрация движения мембраны может помочь в воспроизведении воздействовавшего на нее человеческого голоса. Впервые он пришел к мысли, что запись можно осуществить с помощью вырезания или гравировки на подложке так, чтобы вибрации, производимые при прохождении по ней подвижной поверхности, копировали колебания мембраны.
Акустика — как важный элемент коммуникации — интересовала ученых в течение всего XIX века. Многие из них исследовали свойства звука и пытались воспроизвести все тона и оттенки человеческой речи, что требовало использования весьма сложных механизмов. Наиболее важный вклад в данной области был сделан немецким физиком Германом фон Гельмгольцем (1821-1894), чьи исследования акустики представляли собой первый шаг по пути к воспроизведению звука.
Гельмгольц изготовил прибор для анализа сочетания тонов, составляющих естественные сложные звуки. «Резонатор Гельмгольца» представлял собой устройство для акустического поглощения, которое устраняло широкий ряд частот, позволяя услышать отдельно звук определенной частоты. Резонатор состоял из ряда пустых шаров различного размера, которые сначала изготовляли из стекла, а затем из меди, с двумя горлышками: перед одним из них помещали источник звука, а рядом с другим находился слушатель. Каждая сфера, или полость, выделяла одну конкретную частоту, так что весь прибор целиком позволял изучать отдельно разные частоты, составляющие звук. То же явление можно наблюдать, дуя перпендикулярно горлышку бутылки: звук входящего в бутылку воздуха составлен из широкого ряда частот, но резонирует она, издавая звук одной конкретной частоты, который тем ниже, чем больше объем бутылки.
Затем немецкий исследователь сделал следующий шаг: он изобрел машину, производящую эффект, обратный резонатору. «Синтезатор Гельмгольца» (см. рисунок 1) создавал сложные звуки, напоминавшие разные музыкальные инструменты или человеческий голос. Он состоял из ряда камертонов, располагающихся соответственно своим частотам. У каждого из камертонов имелся резонатор в виде барабана с регулируемым отверстием. Два электромагнита заставляли колебаться каждый камертон соответственно компонентам имитируемого звука. Эту конструкцию можно считать первым электронным синтезатором в истории. Фактически сам термин «синтезатор» был введен Гельмгольцем, который назвал так свое устройство, потому что с его помощью происходил синтез ряда простых звуков в один сложный, в то время как его резонаторы осуществляли анализ — разделение звука.
Большинство своих акустических экспериментов Гельмгольц провел между 1855 и 1858 годами. В 1857 году он представил большую часть своей работы на конференции в Боннском университете. В ней участвовал и молодой Иоганн Филипп Рейс, на которого доклад Гельмгольца произвел глубокое впечатление, после чего он решил посвятить себя исследованиям в данной области. Гельмгольц полностью не публиковал результаты своих долголетних изысканий вплоть до 1863 года. Он сделал это в книге, которая называлась «Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки», оказавшей огромное влияние на музыковедение и последующие акустические исследования.
Пока Гельмгольц занимался своими опытами, во Франции рождалось первое устройство, способное регистрировать звук: фоноавтограф. Оно не записывало звуки в современном смысле этого слова, однако делало их видимыми, рисуя их. Основой служила зачерненная бумага, которая, естественно, затем не могла воспроизвести звук. Изобретатель прибора, француз Эдуард Леон Скотт де Мартинвилль (1817-1879), запатентовал его в 1857 году с намерением повторить со звуком результат (и успех), достигнутый несколько ранее с фотографией. Однако его творение не нашло пути на рынок развлечений, но было оценено как лабораторный прибор, облегчающий акустические исследования: его использовали для определения частоты и музыкального тона, а также для изучения свойств звуковых колебаний.
РИС. 1
РИС. 2
Чтобы разработать свой прибор (см. рисунок 2), Скотт де Мартинвилль стал изучать механические средства записи голоса и заинтересовался анатомией человеческих органов слуха. Взяв за образец работу человеческого уха, он заменил барабанную перепонку эластичной мембраной, а слуховые косточки — набором рычагов, двигающих специальный стилос. Звуковые волны собирались воронкой и направлялись на мембрану, колебания которой фиксировались стилосом на поверхности покрытой сажей бумаги, обернутой вокруг вращающегося рукояткой цилиндра.
И только после появления фонографа стало понятно, что рисунки, сделанные фоноавтографом, действительно представляют собой изображения звуковых волн, которые, если иметь соответственную аппаратуру, можно снова превратить в звук. В 2008 году группа историков оцифровала эти самые старые «фоноавтограммы» и смогла воспроизвести их. Таким образом, французская народная песенка А и clair de la lune («В свете луны»), спетая некоей девушкой 9 апреля 1860 года, за 17 лет до первой звукозаписи Эдисона, теперь является самой старой известной записью человеческого голоса.
Хотя Эдисон был захвачен работой над телефоном, он раз за разом возвращался к идее записи и воспроизведения звука.
РИС. 3
РИС. 4
Впоследствии, всю оставшуюся жизнь, он признавался, что именно фонограф стал его главным изобретением, которому он посвятил всего себя и в успех которого он вложил все свои надежды и энтузиазм. На этом Эдисон всегда настаивал.
К концу 1877 года у изобретателя уже сформировались основные принципы, с помощью которых можно было сложить все куски этого пазла, так что он представил проект небольшой и очень простой машины своему сотруднику Джону Крузи. На иглу передавались движения мембраны, но записывались они не на диске, как в экспериментах по автоматической телеграфии, а на тонком листе олова (очень мягкого металла), обернутом вокруг цилиндра, как в аппарате Скотта де Мартинвилля. Идея состояла в том, чтобы изготовить прототип и посмотреть, как он будет работать.
Говорят, что когда Крузи закончил прототип, он испытал его, записав на оловянном листе первые строки детской считалки Mary had a little lamb («У Мэри был барашек»). Когда иглу поставили на воспроизведение и аппарат проиграл запись, все застыли от изумления, услышав ясный человеческий голос, читавший стишок. Изобретение прекрасно заработало с первой попытки благодаря применению основных принципов акустической теории.
Фонограф (см. рисунок 3) использовал систему аналоговой механической записи, то есть когда звуковые волны превращаются в механические колебания с помощью акустическо-механического преобразователя. Первый созданный прототип содержал разные механизмы для записи (см. рисунок 4) и для воспроизведения (см. рисунок 5), которые в следующих моделях были объединены.
Устройство приводилось в движение вручную вращением рукоятки, при этом валик вращался вокруг своей оси и передвигался вдоль нее (см. рисунок 4: 1). Записываемый говорил в акустический раструб, и звуковые волны вызывали вибрацию мембраны (2). Вокруг цилиндра был обернут оловянный лист, на который воздействовала игла, связанная с центром металлической мембраны, прорезавшая на этом листе спиральную дорожку (3). Рисунок этой дорожки представлял собой цепочку маленьких зазубрин, воспроизводивших вибрирующий эффект звуковых волн.
Воспроизведение (см. рисунок 5) было столь же простым. Проигрывающая игла ставилась в начало записи, нарезанной на валике, и затем валик приводили в движение, вращая рукоятку (1). Игла двигалась вдоль дорожки, следуя всем ее неровностям (2). Движения иглы в дорожке цилиндра производили колебания мембраны, которые усиливались коническим акустическим раструбом.
Полностью представляя себе, какое впечатление может оказать его изобретение на широкую публику, Эдисон не стал тянуть с демонстрацией. Уже через несколько часов после изготовления первого рабочего прототипа он представил его журналистам, так что на следующий день заметками о фонографе были полны все газеты. Эдисон отправился в путешествие, чтобы показать миру все более совершенные модели своего прибора. Демонстрации собирали толпы народа, изумленные простотой механизма и принципа его работы. Во время посещения Вашингтона для демонстрации фонографа в Конгрессе США президент Резерфорд Хейз (1822-1893) пригласил изобретателя в Белый Дом, чтобы он показал прибор и там.
Привлеченные ожидаемым успехом фонографа, различные предприниматели и финансисты кинулись к Эдисону с заманчивыми предложениями по его производству. Однако, хотя изобретатель имел далеко идущие планы на свое творение, правда заключалась в том, что в своей первоначальной форме весь потенциал фонографа ограничивался получением прибыли от театрального эффекта и изумления публики. Компания «Эдисон Спикинг Фонограф», основанная с целями производства, продажи и предоставления в аренду фонографов, в конце концов ограничилась почти исключительно их поставкой в качестве аттракциона на мероприятиях все ниже и ниже рангом, вплоть до деревенских ярмарок.
РИС. 6
Самой известной моделью на пике «фонографомании» являлась одна из усовершенствованных версий прототипа (см. рисунок 6). Устройства для записи и воспроизведения были объединены и состояли из одного акустического раструба, одной мембраны и одной иглы, так что требовалось просто слегка передвинуть раструб в вертикальное положение, чтобы получить резонатор для прослушивания записанного звука. На оси рукоятки появился маховик, чтобы легче удавалось поддерживать постоянную скорость вращения.
Своим успехом прибор в большей степени был обязан рекламной кампании, чем своим качествам, так как из-за многочисленных механических дефектов его практическое использование представлялось весьма проблематичным. Поскольку валик вращался вручную, требовалось поддерживать его вращение с постоянной скоростью, пока кто-то говорил в раструб для записи. Скорость записи плавала в довольно широком диапазоне даже если рукоятку крутил все время один и тот же человек. Как следствие, возможность записывать и проигрывать музыку в удовлетворительном качестве была очень ограниченной. Да и способ записи на оловянный лист не стал наилучшим выбором из-за хрупкости материала. Если эта фольга неплотно прилегала к цилиндру, она немедленно рвалась, а такое случалось часто, ведь для того, чтобы вставить ее нужным образом в продольную щель на цилиндре и закрепить там фиксатором, требовалась немалая сноровка. Кроме того, оловянная фольга (слишком мягкий материал) затиралась уже после нескольких прослушиваний. Поскольку было невозможно снять ее и быстро заменить новой без риска порвать, пользователи обычно прослушивали запись сразу после того, как она была сделана, поэтому она очень быстро стиралась.
Эдисон думал о грандиозном будущем своего изобретения, которое вовсе не ограничивалось бы простым научным интересом к нему и представлениями с его участием. Ему казалось, что главной областью применения фонографа станет мир бизнеса, где им будут пользоваться для написания писем и для диктовки без помощи стенографистки. В мире образования оно потребуется для записи лекций и обучения произношению, в академическом мире — для сохранения языка путем точной консервации произношения. Кроме того, Эдисон предвидел и широкое его использование для развлечения, например для прослушивания музыки, создания игрушек, сохранения семейных записей или для того, чтобы дать возможность слепым слушать звуковые книги. Кроме того, он был уверен, что сможет применить свое изобретение в часовом механизме, который будет сообщать владельцу время, или в сочетании с телефонном для записи разговора.
Однако для того чтобы задействовать фонограф во всех вышеперечисленных областях, необходимо было развить и усовершенствовать его, что требовало немалых затрат времени и денег. Кроме всего прочего, публика стала уже понемногу уставать от этой новинки, а практические недостатки прибора оказались слишком значительными для того, чтобы надеяться на коммерческий успех. Эдисон был полностью убежден в своих способностях и собирался работать дальше, но как раз в описываемый период он добился серьезного прорыва в разработке электрического освещения — еще неизведанной территории, ждущей своего завоевателя, — и мудро решил посвятить ему все свои силы. Он только что получил подряд на устройство городской электросети Нью-Йорка.
Эдисон позирует рядом с одной из первых моделей фонографа, относящейся к 1878 году (слева). Хотя первоначально прибор не имел ожидаемых качеств, десять лет спустя Эдисон представил свой улучшенный фонограф (внизу), с которым он наконец добился коммерческого успеха.
Почти десять лет фонограф Эдисона оставался в своем первоначальном состоянии, в основном присутствуя в виде иллюстрации в текстах о механизме, который может записывать звуки. Однако коммерческий потенциал подобного устройства не остался без внимания.
В 1879 году тесть Александра Грэхема Белла, управляющий и инвестор «Эдисон Спикинг Фонограф Компани», глубоко разочарованный коммерческим провалом изобретения, смог заинтересовать шотландского изобретателя идеей разработки звукозаписывающего устройства, которое превосходило бы оригинал. Белл принялся за работу вместе со своими товарищами по Лаборатории Вольта, расположенной в Вашингтоне, — химиком Чичистером Беллом (1848-1924) и инженером Чарльзом Самнером Тейнтером (1854-1940). Уже в 1881 году они изготовили машину для записи и воспроизведения звука, превосходившую фонограф. Однако заявку на патент они подали только в 1885 году. Изобретатели несколько лет совершенствовали свою модель, и в итоге она довольно сильно отличалась от системы Эдисона.
Томас Альва Эдисон
«Графофон» вышел на рынок в качестве продукции «Вольта Графофон Компани» в 1886 году. Его главным отличием от фонографа, помимо некоторых деталей внутреннего устройства, являлось то, что дорожка нарезалась на восковых валиках, а не на оловянной фольге; цилиндр же вращался с помощью механической системы вместо простой рукоятки. Восковые валики были более прочными и намного более простыми в обращении. Кроме того, они позволяли делать записи гораздо большей длительности и более высокого качества. С другой стороны, первые модели приводились в движение ножным приводом и часовым механизмом, которые впоследствии заменили электромотором. От этого устройства происходит «диктофон», оказавшийся коммерчески очень выгодным для акционеров.
РИС. 7
Наконец, начиная с 1887 года, у Эдисона появилось время, чтобы с новой энергией приняться за работу над изобретением, которое он сам называл своим любимым творением. Рассердившись на появление его «жалкой копии», какой он считал графофон, он поставил себе цель устранить все дефекты этой модели и победить конкурентов в борьбе за господство на рынке. Со своей обычной одержимостью он работал над фонографом до 1890 года, сумев превратить этот аппарат в успешный коммерческий продукт, как он и мечтал когда-то.
Обновленный фонограф (см. рисунок 7) основывался на первоначальной идее. Довольно быстро было замечено, что использование одной иглы и для записи, и для воспроизведения плохо сказывается на его работе, потому что нарезка дорожки требует очень твердого инструмента, а для удовлетворительного и многократного воспроизведения необходима игла, которая оказывает как можно меньшее давление. После множества экспериментов Эдисон выбрал иглу для записи, представляющую собой стилос в форме маленькой стамески, или скальпеля с лезвием кривой формы. Игла для воспроизведения, напротив, имела головку в форме мелкого шарика. Стилос осуществлял запись в виде ряда канавок с закругленными бортами переменной глубины и ширины, по которым круглая головка иглы могла следовать без соскальзывания. Позднее иглы стали изготовлять из сапфира (очень твердого и не подверженного окислению камня), потому что он хорошо сохраняет форму, а значит, и способность воспроизводить звук.
От идеи записи на бумаге отказались, будь то фольгированная бумага, парафинированная или вощеная. Вместо нее Эдисон ввел цельную деталь: цилиндр с поверхностью для записи, покрытой веществом, похожим на воск. Такие цилиндрические блоки легко снимались и многократно проигрывались — хотя и они в конце концов изнашивались. И наоборот, можно было стирать дорожку специальным инструментом, входившим в механизм фонографа, чтобы получить гладкую поверхность и вновь сделать на ней запись, как на древних восковых табличках. Поскольку стенки валика были толщиной около 6 мм, а глубина дорожки — только 0,03 мм, записи можно было производить много раз.
Важнейшей технической задачей стало отрегулировать записывающую иглу так, чтобы она проникала в воск на минимальную глубину, а иглу воспроизведения — чтобы она cледовала по дорожке, оказывая на нее минимальное давление. Прибор, с одной стороны, имел проблемы с приспособлением к размеру валика, так как атмосферные изменения приводили к его деформации, а с другой — с тем, чтобы поверхность валика всегда была идеально ровной, поэтому при ее выравнивании следовало соблюдать величайшую точность. Справиться с данной задачей в конце концов помогло остроумное решение: связать иглы записи и воспроизведения с мембраной через кусочек резины — на нее не влияют очень быстрые колебания от звуковых волн, но она сглаживает неровности или изменения поверхности цилиндра. Величина этого куска была подобрана так, чтобы игла записи погружалась в материал на заданную глубину, а игла воспроизведения сохраняла нужное расстояние от поверхности.
Поделиться книгой: