Поистине светлая идея. Эдисон. Электрическое освещение - [25]
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
Схема фоноавтографа. ВС: раструб, открытый со стороны С. с: металлическое кольцо с мембраной и стилусом b и с регулятором контакта а. d: рукоятка для вращения цилиндра (А), вокруг которого обернута зачерненная сажей бумага.
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.
Звуковая волна представляет собой механическую волну продольного типа, в которой колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны. Она распространяется в упругой и непрерывной среде, такой как воздух, создавая местную разницу в давлениях и плотности, и имеет сферическую периодическую или полупериодическую форму. Изменения давления, влажности или температуры среды приводят к смещению составляющих ее молекул, так что каждая молекула передает колебания соседним с ней, вызывая по цепочке их смещение. Поэтому звуковые волны для распространения нуждаются в материальной среде, такой как воздух, вода или твердое тело, поскольку именно такая среда производит и поддерживает распространение звуковых волн вместе с областями сжатия и расширения среды, вызванными соответственно концентрацией или рассеянием частиц, которые составляют среду. Следовательно, быстрее всего звуковые волны распространяются в твердых телах, и медленнее всего — в воздухе, и естественно, они не могут распространяться в вакууме. Это распространение движения молекул среды производит в слуховых органах человека ощущение, которое называют звуком. Известно, что человеческий слух может воспринимать звуковые волны с частотами от 20 до 20000 Гц. Частотой волны называется количество колебаний в единицу времени. Единица измерения частоты в Международной системе единиц — 1 герц (Гц).
Хотя Эдисон был захвачен работой над телефоном, он раз за разом возвращался к идее записи и воспроизведения звука.
РИС. 3
РИС. 4
Схема работы фонографа. А: рукоятка. В: ось привода. С: картонный цилиндр, обернутый оловянным листом. D: стилос. Е: мембрана. F: акустические раструбы записи и воспроизведения. Звуковые волны улавливаются акустическим раструбом и заставляют колебаться мембрану, и связанная с ней игла нарезает дорожку.
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.
