На заре звукозаписи

С чего начинается история звукозаписи? Может быть, с того момента, когда древний философ, задумавшись над тайнами природы, наивно предположил, что звук можно сохранить, плотно закупорив его в сосуд, а затем по своему желанию извлечь оттуда, вынув пробку? Или с далекого 1589 года, когда физик Порта пришел к выводу, что «звук не исчезает бесследно»? А может быть, с 1761 года, когда знаменитый математик Леонард Эйлер, предвосхищая появление «говорящих машин», заметил: «Было бы, пожалуй, одним из крупнейших открытий, если бы удалось построить машину, которая могла бы подражать всем звукам и словам со всеми их оттенками; задача эта не кажется мне невозможной».

Попытки «сохранить звук» и привели, в сущности, к изобретению нот. Однако мысль о создании «говорящей машины», о которой говорил Эйлер, не давала покоя изобретателям.

Первое упоминание в литературе о механизме, воспроизводящем звук человеческого голоса, относится к XIII веку, когда просвещенный епископ Альберт Великий сконструировал «механическую служанку». По свидетельству его ученика, богослова и философа Фомы Аквинского, служанка ходила, открывала и закрывала дверь, обмахивалась веером и, главное, могла произносить простые фразы. Имеются свидетельства того, что один из крупнейших ученых XIII века Роджер Бэкон также интересовался идеей создания говорящих механизмов.

Интерес к говорящим машинам со временем возрос настолько, что в 1779 году Петербургская академия наук даже объявила конкурс на создание механизма, способного воспроизводить гласные звуки. Особенно удачным оказалось приспособление, разработанное и изготовленное петербургским академиком Кратценштейном. Его прибор совершенно отчетливо издавал пять гласных звуков: а, е, и, о, у.

Лиха беда начало. Вскоре один за другим появляются приборы и механизмы, «произносящие» не только отдельные звуки, но даже целые фразы («механический музыкант» Жака Вокансона, «говорящая кукла» Фабера и др.), всевозможные музыкальные шкатулки и табакерки, а также появившиеся позже механические органы и шарманки, без устали воспроизводившие закодированные в них мелодии. Не меняясь в своей основе, эти механизмы со временем все более усложнялись и совершенствовались. Некоторые из них, как например «оркестрион Мозер и Блессинг», с помощью сменных валов могли исполнять целые отрывки из опер.

Одновременно широкое распространение получили приспособления, механическим путем извлекавшие звуки из музыкальных инструментов. Это различные пианолы, фонолы, механические таперы и т. д.

Вершиной развития механизмов такого типа можно назвать автоматическое пианино «Вельте-Миньон». Этот прибор уже в некоторой степени является звукозаписывающим и звуковоспроизводящим.

Идея автоматического пианино довольно проста. В процессе игры на фортепиано специальное приспособление, связанное с клавишами, пробивает на равномерно движущейся бумажной ленте отверстия.

Затем эта лента вновь протягивается с той же скоростью через механизм, но при этом возникает обратная связь: отверстия в ленте приводят в движение молоточки, которые, в свою очередь, заставляют звучать струны фортепиано точно в той же последовательности, как сыграл музыкант при записи. Такая бумажная лента, удивительнейшим образом напоминающая перфоленту современной ЭВМ, называлась привычным словом «ноты». Поэтому не следует удивляться, встретив на страницах старого журнала такое объявление:

«Механическое пианино, прекрасный и практичный инструмент, можно играть посредством верчения ручки и как на обыкновенном пианино. Цена 550, 700 и 800 р. Ноты по 1 р. 25 к. за метр».

На лентах (рулонах) «Вельте-Миньон» записывались многие выдающиеся музыканты того времени: Эдвард Григ, Александр Скрябин, Клод Дебюсси, Камиль Сен-Санс, Морис Равель, Ферруччо Бузони и др.

Благодаря сохранившимся до наших дней бумажным рулонам автоматического пианино, мы сейчас можем услышать неповторимую игру некоторых выдающихся композиторов и музыкантов прошлого (как зарубежных, так и русских) даже в стереофоническом воспроизведении. Фирма «Этерна» (ГДР) записала воспроизводимые со старых бумажных рулонов звуки на современные стереофонические пластинки.

И все же, при всех достоинствах звуковоспроизводящих механизмов описанного выше типа, им присущ один общий недостаток: они не в состоянии записать и воспроизвести звук человеческого голоса.

Настоящая история звукозаписи в полноценном понимании этого слова начинается с 1807 года, когда английский ученый Томас Юнг впервые описал способ записи колебаний камертона на закопченной поверхности вращающегося цилиндра (здесь цилиндр — прародитель валика фонографа). А в 1842 году физик В. Вертгейм впервые записал колебания камертона на поверхности вращающегося плоского диска, который, несомненно, можно назвать далеким предком граммофонной пластинки.

Шарль Кро

Следующим существенным этапом явилось изобретение в 1857 году французским наборщиком Леоном Скоттом так называемого «фоноавтографа», в котором колеблющаяся под воздействием звука мембрана вызывала колебания страусового пера, оставляющего своим кончиком извилистый след на поверхности закопченного цилиндра. Вращаясь, цилиндр перемещался вдоль продольной оси, благодаря чему линия следа приобретала вид спирали. Извилины этой спирали и несли в себе запись колебаний мембраны, то есть звука.

Несколько позже изобретатель Рудольф Кениг усовершенствовал аппарат Л. Скотта, заменив эллипсоид (в котором размещалась мембрана) на обыкновенный рупор, что было, несомненно, шагом вперед.

Так шаг за шагом пытливый ум экспериментаторов привел к созданию настоящего звукозаписывающего аппарата. Оставалось лишь заставить эту машину воспроизводить записанный звук, то есть сделать запись обратимой.

Мысль об обратимости записи впервые высказал Шарль Кро. Он указал также и способ, при помощи которого можно практически осуществить его идею. Но кто такой Кро?

В 1842 году во французском местечке Фабрезан в семье скромного учителя родился мальчик, которого назвали Гортензий Эмиль Шарль. С раннего детства Шарль проявил недюжинные способности: в одиннадцать знал санскрит, в четырнадцать окончил школу, а в восемнадцать уже преподавал в Институте глухонемых. Работа в институте и натолкнула Кро на мысль заняться детальным изучением слухового восприятия человека. Свою первую работу в этой области он так и назвал: «Общая механическая теория восприятия мысли». Изучая природу звука, Шарль Кро хотел построить аппарат, помогающий глухонемым общаться друг с другом. Глубокое понимание физики звука и привело его в конце концов к изобретению способа записи и воспроизведения звука.

Свою гениальную догадку Кро изложил в письме, переданном им Французской академии наук 30 апреля 1877 года. Однако этот интересный документ пролежал без движения до конца года и был оглашен на заседании Академии лишь 3 декабря.

Вот текст письма [2]:

«Процесс записи и воспроизведения явлений, воспринимаемых слухом.

В основном мой способ состоит в получении следа переменного движения вибрирующей мембраны так, чтобы можно было воспользоваться этим же самым следом для воспроизведения ее первоначальных вибраций с сохранением их взаиМ00тношений по длительности и интенсивности, с помощью той же мембраны или другой, приспособленной к передаче звуков и шумов, определенных этой серией колебаний.

Задача состоит, следовательно, в том, чтобы преобразовать такие весьма деликатные следы, как штрихи, получаемые от скольжения тонкого острия по вычерненной сажей поверхности, в рельефные или углубленные кривые, обладающие такой прочностью, чтобы они могли вести подвижной штифтик, передающий свои движения звучащей мембране.

Легкий штифтик укрепляется в центре вибрирующей мембраны; он заканчивается острием (металлической проволочкой, гусиным пером и т. п.), которое упирается в вычерненную сажей поверхность диска, совершающего одновременно два движения — вращательное и прямолинейно-поступательное. При спокойном состоянии мембраны острие прочертит на диске простую спираль, когда же мембрана вибрирует, то спираль вычерчивается зигзагами, которые в точности изображают все колебания мембраны как по времени, так и по интенсивности.

Полученная таким образом модулированная и просвечивающая спираль посредством хорошо ныне известного фотографического процесса переводится в форме выпуклой или углубленной такого же вида и размеров линии на какое-либо прочное вещество (например, сталь).

Полученную таким образом поверхность кладут в аппарат, сообщающий ей вращательное и поступательное движение той же самой скорости и характера, какие имела поверхность при записи. Металлическое острие, если линия углубленная (или штифтик с выемкой, если она выпуклая), удерживается пружинкой на линии следа; при этом несущая острие державка укреплена в центре мембраны, способной издавать звуки. При таких условиях мембрана придет в колебание, но уже не от действия воздушных вибраций, а в силу движения острия, направляемого линией следа, побуждающего мембрану к совершению вибраций, по продолжительности и интенсивности подобных тем, каким подвергалась мембрана при записи.

В спирали одинаковым промежуткам времени отвечают возрастающие или уменьшающиеся длины пути. В этом нет ничего дурного, если используют только периферическую часть вращающегося круга для очень плотной спирали; однако при этом пропадает центральная поверхность.

Во всяком случае предпочтительна запись по винтовой линии на цилиндре, и я стараюсь сейчас найти практическое решение этой задачи».

Как видим, в этом письме есть все: и объяснение физической сущности звукозаписи, и устройство мембраны, и конструкция граммофонной иглы, и способ изготовления граммофонной пластинки, и даже экономическое сравнение плоского звуконосителя (грампластинка) с цилиндрическим (фоновалик). К сожалению, Французская академия наук не сумела разглядеть в этом описании гениальное изобретение и не придала ему никакого значения.

В октябре 1877 года, еще до вскрытия письма в Академии, в одном из французских журналов появилась статья некоего Леблана, в которой подробно описывалось сделанное Шарлем Кро изобретение. В статье сообщалось, что новый прибор, так называемый «фонограф», предполагается продемонстрировать в 1878 году на большой международной выставке в Париже. Несколько позднее два французских физика — Наполи и Марсель Депре, используя описание Леблана, пытались построить фонограф. Но эта попытка была настолько неудачной, что они поспешили объявить задачу невыполнимой вообще, а впоследствии отказывались верить в реальность фонографа, построенного Эдисоном. Сам же Шарль Кро так и не довел свое изобретение до реального технического воплощения и даже не взял на него патент.

В это же самое время в Соединенных Штатах Америки жил и работал человек, которому суждено было войти в историю развития техники благодаря множеству сделанных им изобретений. Простой перечень этих изобретений и усовершенствований мог бы составить целую книгу. Даже некоторые из них уже позволяли называть его величайшим изобретателем, но он настойчиво продолжал работать, постоянно конструируя и совершенствуя все новые и новые приборы, механизмы и приспособления. Таков уж был характер этого человека. Звали его Томас Алва Эдисон.

Эдисон был первым, кому практически удалось осуществить то, о чем издавна мечтали лучшие умы человечества — построить прибор, который мог записывать и воспроизводить голос человека. Этот прибор, названный фонографом, явился логическим следствием его многолетней изобретательской деятельности.

Не раз высказывалась мысль: а не заимствовал ли Эдисон идею своего фонографа у Шарля Кро? Чтобы правильно ответить на этот вопрос, следует проследить путь, который привел Эдисона к изобретению фонографа.

Прежде всего разберемся в датах. Письмо Шарля Кро, адресованное Французской академии наук, датировано 30-м апреля, но впервые оглашено лишь 3 декабря 1877 года. Даже если учесть октябрьскую публикацию Леблана, то все равно выходит, что Эдисон никак не мог воспользоваться идеями Кро, так как свою собственную идею записи звука на движущейся телеграфной ленте он запатентовал еще 30 июля 1877 года, а первый чертеж с принципиальной схемой фонографа передал своему помощнику мастеру Джону Крузи 12 августа того же года.

Изобретатель фонографа Томас Алва Эдисон в своем кабинете у диктофона собственной конструкции

Но дело, конечно, не только в датах. Один из бывших сотрудников Эдисона — Э. Джонсон в своем докладе на заседании Союза американских фабрикантов электрического освещения совершенно ясно подтвердил самостоятельный ход рассуждений изобретателя:

«…Эдисон однажды заметил, прижав слегка свой палец к мембране телефона и почувствовав вибрацию:

— Слушайте, Джонсон, а что, если я укреплю иглу в середине мембраны и при этом употреблю в дело такой острый штифт, как в старом телеграфе Морзе, затем подложу туда ленту из бумаги или какого-либо другого материала, легко воспринимающего давление? Разве тогда вибрации мембраны не передадутся на бумаге?

Будучи сам старым телеграфным техником, я тотчас увидел цену этого, как мне тогда казалось, не очень мудрого замечания и сказал:

— Ну да, однако какая польза от этого?

— Теперь, — сказал Эдисон, — если мы опять подложим бумагу под кончик иглы и применим сюда небольшую натяжку, игла сама будет идти по зигзагам, произведенным прежним давлением, а с нею и мембрана, при этом совершенно так же, как и при первом ее сотрясении?

— Это правда, — сказал я, — но что же делать-то с этим?

— Тогда мы получим передатчик для телефона, — возразил Эдисон. — Если я говорю в телефон и мой голос производит вибрации на мембране приемного телефона, инструмент обязательно напечатает оттиск на бумаге. Затем последнюю можно опять вложить под иглу и все вибрации будут произведены опять. Таким образом можно во много раз увеличить расстояние, необходимое для телефона, и отпечатанные на бумаге слова могут быть повторяемы автоматически. Другими словами я хочу создать передатчик для телефона, представляющий собою точную копию телеграфного, употребляемого в обиходе».

Этот довольно неудачный перевод статьи из американского журнала «The Electrical World» от 22 февраля 1890 года был напечатан в журнале «Официальные известия акционерного общества „Граммофон“» № 4 за март 1909 года.

Как видим, Эдисон не задавался целью изобрести звукозапись вообще, он лишь решал чисто практическую задачу увеличения дальности телефонных передач. Таким образом очевидно, что американский изобретатель пришел к решению вопроса звукозаписи своим собственным путем.

Невольно вспоминается крылатая фраза: все гениальное просто. Но в том-то все и дело, что нужно быть гением, чтобы подметить эту простоту!

Первая в мире действующая модель фонографа, изготовленная Джоном Крузи, имела вид латунного цилиндра с нарезанной на его поверхности спиральной канавкой. Цилиндр был насажен на длинный винт и при вращении мог перемещаться вдоль продольной оси. Сверху на неподвижном штативе крепилась металлическая мембрана с припаянной к ней притупленной стальной иглой. Цилиндр был обернут листом мягкой оловянной фольги.

Когда Эдисон с помощью специальной ручки начал вращать цилиндр, игла стала вычерчивать на фольге спиральную бороздку. Затем он пропел над мембраной несколько слов из популярной в то время детской песенки «Marie had a little lamb» («У Мэри был маленький ягненок»). Тогда конец иглы запечатлел колебания мембраны на фольге в виде разных по глубине и протяженности штрихов. А через минуту, поставив цилиндр в исходное положение и вновь вращая ручку, Эдисон отчетливо услышал свой голос. Так родилась первая, по-настоящему «говорящая машина».

И в заключение скажем, что имя Л. Скотта, изобретателя фоноавтографа (почти фонографа) оказалось незаслуженно забытым, именем Шарля Кро названа Французская музыкальная академия, а приоритет изобретения звукозаписи всецело принадлежит Томасу Эдисону.