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.

Если устройство не выполняет возложенной на него задачи, это не значит, что оно бесполезное.

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.

ПРЕДШЕСТВЕННИКИ: ЛАБОРАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ

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.