Как появился граммофон, его устройство и эволюция

Кто изобрел первый граммофон?

Ранние попытки спроектировать прибор для записи и воспроизведения музыки начались в 1877 году. В этом году Томас Эдисон изобрел фонограф из оловянной фольги, в которой воспроизводились записанные звуки из круглых цилиндров. К сожалению, качество звука на фонографе было плохим, и каждая запись могла воспроизводиться только один раз.

За фонографом Эдисона последовал графофон Александра Грэма Белла . Графифон использовал восковые цилиндры,на которые можно было записывать звуковые фрагменты много раз. Тем не менее, каждый цилиндр должен был записываться отдельно, делая массовое воспроизведение одной и той же мелодии невозможным с графофоном.

Граммофон – колыбель звукозаписи

Среди замечательных технических достижений XIX века далеко не последнее место занимает изобретение звукозаписи. Впервые устройство, позволяющее записывать звук, было создано в 1857 году Леоном Скоттом.

Принцип действия его фоноавтографа был очень прост: игла, которой передавались колебания звуковой диафрагмы, вычерчивала кривую на поверхности вращавшегося цилиндра, покрытого слоем сажи. Звуковые волны в этом приборе получали как бы зримый образ, но не более того — понятно, что воспроизвести записанный на саже звук было невозможно.

Следующий важный шаг на этом пути был сделан знаменитым американским изобретателем Эдисоном.

В 1877 году Эдисон создал первую «говорящую машину» — фонограф, позволявшую производить не только запись, но и воспроизведение звука. О своем изобретении Эдисон рассказывал так: «Однажды, когда я еще работал над улучшением телефонного аппарата, я как-то запел над диафрагмой телефона, к которой была припаяна стальная игла. Благодаря дрожанию пластинок игла уколола мне палец, и это заставило меня задуматься.

Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи, отчего бы пластинке не заговорить? Я попробовал сначала пропустить обыкновенную телеграфную ленту под острием телефонной диафрагмы и заметил, что получилась какая-то азбука, а потом, когда я заставил ленту с записью вновь пройти под иглой, мне послышалось, правда, очень слабо: „Алло, алло“.

Тогда я решил построить прибор, который работал бы отчетливо, и дал указание моим помощникам, рассказав, что я придумал. Они надо мной посмеялись».

Принцип фонографа был в общих чертах тот же, что у телефона. Звуковые волны с помощью говорной трубы приводились к пластинке из очень тонкого стекла или слюды и резцом, прикрепленным к ней, записывались на быстро вращающийся вал, покрытый оловянной фольгой. На фольге получались следы, форма которых соответствовала колебаниям пластины и, следовательно, падающим на нее звуковым волнам.

Этой полосой листового олова можно было пользоваться для получения на том же приборе тех же звуков. При равномерном вращении полосы резец, прикрепленный к пластинке проходил вдоль сделанной им ранее борозды. Вследствие этого пластинка приводилась резцом в те же самые колебания, которые она прежде сама передавала ему под действием голоса и звукового инструмента и начинала звучать подобно мембране телефона. Таким образом фонограф воспроизводил всякий разговор, пение и свист.

Первые приборы Эдисона, созданные в 1877 г., были еще очень несовершенны. Они хрипели, гнусавили, чрезмерно усиливали некоторые звуки, совсем не воспроизводили других, и вообще, больше напоминали попугаев, чем репродукторы человеческой речи.

Другой их недостаток состоял в том, что звук можно было различить, лишь приложив ухо к диафрагме. Это происходило во многом из-за того, что валик двигался недостаточно ровно по поверхности, которую не могли сделать совершенно гладкой. Игла, переходя из одного углубления в другое, испытывала собственные колебания, передававшиеся в виде сильных шумов.

Эдисон упорно работал над улучшением фонографа. Особенно много проблем встретил он с воспроизведением звука «с», который никак не хотел записываться. Он сам вспоминал позже:

«В течение семи месяцев я работал почти по 18-20 часов в сутки над одним словом „специя“. Сколько раз я ни повторял в фонограф: специя, специя, специя — прибор упорно твердил мне одно и то же: пеция, пеция, пеция. С ума можно было сойти! Но я не упал духом и настойчиво продолжал свою работу, пока не преодолел затруднения. Насколько трудна была моя задача, вы поймете, если я скажу, что следы, получающиеся на цилиндре в начале слова, имели в глубину не более одной миллионной доли дюйма! Легко делать удивительные открытия, но трудность состоит в усовершенствовании их настолько, чтобы они получили практическую ценность».

После многих экспериментов был найден более или менее подходящий материал для валиков — сплав воска и некоторых растительных смол (этот рецепт Эдисон держал в секрете). В 1878 году он основал специальную фирму по производству фонографов. Одновременно во всех газетах была развернута широкая реклама его изобретения. Уверяли, что фонограф можно будет применять для диктовки писем, издания звуковых книг, воспроизведения музыки, изучения иностранных языков, записи телефонных сообщений и многих других целей.

Но, увы, ни одно из этих обещаний не было исполнено даже в 1889 году, когда был сконструирован новый фонограф, не имевший многих недостатков прежнего.

Принцип его действия остался прежним. Восковой цилиндр приводился во вращение находившимся в ящике K электродвигателем с очень спокойным и равномерным ходом. Регулятор через включение и выключение сопротивлений управлял скоростью вращения цилиндра (125 об/мин). Рычаг, поддерживающий говорную трубку и пластинку, покоился на салазках.

Эти салазки передвигались вдоль направляющего бруска с помощью гайки с винтовой нарезкой, которая лежала на валике главного винта, имевшего мелкую нарезку и образовывавшего ось цилиндра. Нарезка эта представляла образцовое произведение механики и имела сто винтовых ходов на один дюйм. Два рычажка служили для насаживания гайки с главного стержня.

Пластинки фонографа состояли из очень тонкого стекла; из них одна имела острый резец для записи колебаний пластинки на восковом цилиндре, другая — тупой резец для воспроизведения. Третья, несколько более крепкая пластинка, была снабжена маленьким острым резцом для того, чтобы приведенные в негодность восковые цилиндры вновь обтачивать и таким образом пользоваться ими для новых записей. Для усиления звука использовалась труба с раструбом.

Пишущая часть представляла собой вделанную в металлическое кольцо круглую диафрагму, пространство над которой было закрыто крышкой с раструбом. Если говорить в этот раструб, то звуковые волны достигали диафрагмы и приводили ее в колебательное движение. Снизу к середине диафрагмы было прикреплено тонкое пишущее острие, с помощью которого вырезалась на восковой оболочке барабана бороздка, более или менее глубокая, соответственно колебаниям диафрагмы.

Диафрагма со своими принадлежностями поддерживалась на рычаге, который был прикреплен к скользящему приспособлению, и вместе с последним передвигалась при вращении барабана справа налево. Чтобы это передвижение происходило согласно с вращением барабана, на скользящем приспособлении был укреплен второй рычаг, который своим концом покоился на винтовом шпинделе, налегая на него частью гайки.

Таким образом, при движении шпинделя передвигалось скользящее приспособление, а так как шпиндель был соединен бесконечным шнуром с валом барабана, то скользящее приспособление и вместе с ним штифт двигались согласно с его вращением, и штифтик вырезал на восковой массе винтовую линию.

Пока диафрагма не колебалась, штифтик вырезал бороздку равномерной глубины, но как скоро диафрагма начинала колебаться под влиянием звуковых волн, глубина бороздки все время то уменьшалась, то увеличивалась. Эту волнообразную полосу потом использовали для приведения в движение другой подобной диафрагмы, к которой был прикреплен скользящий по бороздке штифтик.

Однако и новый усовершенствованный фонограф не получил широкого практического применения. Кроме высокой цены, распространению его мешало практическое несовершенство. Валик не мог вместить много информации и заполнялся через несколько минут. Более или менее значительная корреспонденция требовала большого числа валиков. После нескольких прослушиваний копия разрушалась. Сама передача аппарата была далека от совершенства. Кроме того, с воскового валика невозможно было получить копии. Всякая запись была уникальной и с порчей валика пропадала навсегда.

Все эти недостатки были благополучно преодолены Эмилем Берлинером, который в 1887 году взял патент на другой звукозаписывающий прибор — граммофон. Хотя принцип устройства граммофона и фонографа был один и тот же, граммофон имел ряд существенных отличий, которые и обеспечили ему широчайшее распространение. Прежде всего, игла в записывающем аппарате Берлинера располагалась параллельно плоскости диафрагмы и чертила извилистые линии (а не борозды, как у Эдисона). Кроме того, вместо громоздкого и неудобного валика Берлинер избрал круглую пластинку.

Запись происходила следующим образом. На диск большого диаметра с бортиком устанавливали предназначенный для записи звука полированный цинковый диск. Сверху на него наливали раствор воска в бензине. Диск-ванна получал вращение от ручки через фрикционную передачу, а система шестерней и ходового винта связывала вращение диска с радиальным ходом записывающей мембраны, укрепленной на стойке. Этим достигалось движение записывающего устройства по спиралеобразной линии.

Когда бензин испарялся, на диске оставался очень тонкий слой воска, и диск был готов к записи. Нанесение звуковой канавки Берлинер производил почти так же, как Эдисон, при помощи записывающей мембраны, снабженной трубкой с небольшим рупором и передававшей свои колебания иридиевому острию.

Главное достоинство записи по способу Берлинера состояло в том, что с диска можно было легко получать копии. Для этого записанный диск прежде всего погружали в водный раствор хромовой кислоты. Там, где поверхность диска была покрыта воском, кислота не оказывала на него никакого воздействия. Только в звуковых канавках, поскольку записывающее острие срезало воск до самой поверхности диска, цинк растворялся под действием кислоты. При этом звуковая канавка протравливалась до глубины около 0, 1 мм. Затем диск промывали и удаляли воск. В таком виде он уже мог служить для воспроизведения звука, но фактически являлся лишь оригиналом для изготовления медных гальванических копий.

Принцип гальванопластики был открыт в 1838 году русским электротехником Якоби. Выше уже упоминались электролиты — жидкости, проводящие через себя электрический ток. Особенностью электролитов является то, что в растворах (или расплавах) их молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому становится возможным электролиз — химическая реакция, которая протекает под воздействием электрического тока.

Для проведения электролиза в ванну помещают металлические или угольные стержни, которые соединяют с постоянным источником тока. (Электрод, подключенный к отрицательному полюсу батареи, называют катодом, а электрод, соединенный с положительным полюсом — анодом.)

Электрический ток в электролите представляет процесс движения ионов к электродам. Положительно заряженные ионы движутся к катоду, а отрицательно заряженные — к аноду. На электродах происходит реакция нейтрализации ионов, которые, отдавая лишние электроны или получая недостающие, превращаются в атомы и молекулы.

К примеру, каждый ион меди получает на катод два недостающих электрона и осаждается на нем в виде металлической меди. При этом осадок дает точное рельефное изображение катода. Это последнее свойство как раз и используется при гальванопластике. С копируемых предметов снимается копия (матрица), представляющая их обратное негативное изображение. Затем копия подвешивается в качестве катода (отрицательного полюса) в гальваническую ванну.

В качестве анода (положительного полюса) берется тот металл, из которого изготовлялась копия. Раствор ванны должен содержать в себе ионы того же металла.

Точно так же действовал Берлинер — он погружал цинковый диск в ванну с раствором медной соли и подключал к нему отрицательный полюс батареи. В процессе электролиза на диске осаждался слой меди толщиной в 3-4 мм, в точности повторявший все детали диска, но с обратным рельефом (то есть на месте канавок получались бугорки, но в точности повторяющие все их извивы).

Затем полученную медную копию отделяли от цинкового диска. Она служила матрицей, с которой можно было отпрессовывать диски-пластинки из какого-нибудь пластического материала. В начале для этой цели применяли целлулоид, эбонит, всевозможные восковые массы и тому подобные вещества.

Самая первая в истории граммофонная пластинка была изготовлена Берлинером в 1888 году из целлулоида. Граммофонные пластинки, поступившие в начале 90-х годов в продажу, были выполнены из эбонита. Оба эти материала не годились для назначенной цели, так как плохо подавались прессовке и потому недостаточно точно воспроизводили рельеф матрицы.

Проделав множество опытов, Берлинер в 1896 году создал специальную шеллачную массу (в состав ее входили шеллак — смола органического происхождения, тяжелый шпат, зола и некоторые другие вещества), которая оставалась потом на протяжении многих десятилетий основным материалом для изготовления пластинок.

Проигрывание пластинок происходило на специальном устройстве — граммофоне. Главной частью звукоснимающего прибора здесь была слюдяная пластинка, сцепленная рычагом с зажимом, в который вставлялись сменные стальные иглы. Между зажимом и корпусом мембраны помещались резиновые прокладки. Первоначально граммофон приводился в движение от руки, а затем стал устанавливаться на ящик с часовым механизмом.

Как записывающее устройство, так и первые граммофоны Берлинера были весьма несовершенны. Шипение, треск и искажения были их постоянными спутниками. Тем не менее это изобретение имело огромный коммерческий успех — за какие-нибудь десять лет граммофоны распространились по всему миру и проникли во все слои общества. К 1901 году было выпущено уже около четырех миллионов пластинок. Фонографы не могли выдержать конкуренции с творением Берлинера, и Эдисону пришлось свернуть их производство.

Граммофонная компания

Берлинер основал «The Gramophone Company» для массового производства своих граммофонных пластинок, а также граммофонов для их воспроизводил. Для продвижения своей граммофонной системы, Берлинер сделал две вещи.

Во-первых, он убеждал популярных артистов записывать свою музыку, используя свою систему. Два известных артиста, подписавших контракт с компанией Berliner, были Энрико Карузо и Нелли Мельба. Второй умный маркетинговый шаг Берлинер был совершен 16июля1900 года, когда он использовал фотографию Франциска Браро в качестве официального товарного знака своей компании«Ниппер». На фотографии была изображена собака сидящая рядом с граммофоном.

Позднее Берлинер продал лицензионные права на патент граммофона и компании Victor Talking Machine Company (RCA), которая впоследствии превратила граммофон в самый успешный продукт в Соединенных Штатах. Между тем, Берлинер продолжал вести дела в других странах. Он основал Berliner Gram-o-phone Company в Канаде, Deutsche Grammophon в Германии и британскую компанию Gramophone Co., Ltd.

Устройство и принцип работы

Граммофон состоит из нескольких узлов, которые не зависят друг от друга.

Привод

Его задача – преобразовать энергию пружины в равномерное вращение диска. Число пружин в разных моделях может составлять от 1 до 3. А для того чтобы диск вращался только в одну сторону, используется храповой механизм. Энергия передается путем зубчатых передач.

Для получения постоянной скорости применяется центробежный регулятор.

Он работает таким образом.

Регулятор получает вращение от барабана с пружиной. На его ось посажено 2 втулки, одна из которых свободно перемещается по оси, а другая – приводная. Втулки соединены между собой пружинами, на которые помещены свинцовые грузики.

При вращении грузики стремятся отдалиться от оси, но этому препятствуют пружины. Возникает сила трения, которая снижает скорость вращения.

Для изменения частоты оборотов в граммофон встроена ручная регулировка скорости, которая составляет 78 оборотов в минуту (для механических моделей).

Мембрана, или звуковая коробка

Мембрана граммофона.

Внутри нее расположена мембрана — пластина толщиной 0,25 мм, которая обычно изготавливается из слюды. С одной стороны к пластине крепится игла звукоснимателя. С другой располагается рупор или раструб.
Между гранями пластины и стенками коробки не должно быть зазоров, иначе они приведут к искажениям звука. Для уплотнения используются резиновые кольца.

Звуковая коробка граммофона.

Игла изготавливается из алмаза или из твердой стали, что является бюджетным вариантом. Она закреплена на мембране через иглодержатель. Иногда для увеличения качества звука добавляется система рычажков.
Игла скользит по звуковой дорожке пластинки и передает на нее колебания. Эти движения преобразуются мембраной в звук.

Для перемещения звуковой коробки по поверхности пластинки предназначен тонарм. Он обеспечивает равномерное давление на пластинку, и от точности его работы зависит качество звука.

Рупор

Рупор граммофона

Он усиливает громкость звука. Его работоспособность зависит от формы и материала изготовления. На рупоре не допускаются гравировки, а материал должен хорошо отражать звук.
В граммофонах ранних выпусков рупор представлял собой большую изогнутую трубу. В поздних моделях он начал встраиваться в звуковую коробку. Громкость при этом сохранялась.

Корпус

Граммофон корпус-дерево

В нем монтируются все элементы. Он выполнен в виде ящика, который сделан из деревянных и металлических деталей. Сначала корпусы были прямоугольными, а затем появились круглые и многогранные.

В дорогих моделях корпус красится, покрывается лаком и полируется. В результате чего устройство выглядит очень презентабельным.

На корпус вынесены заводная рукоятка, элементы управления и другой «интерфейс». На нем закрепляется табличка с указанием фирмы, модели, года выпуска и технических характеристик.

Эволюция устройства граммофона

Фонограф Томаса Эдисона считается прообразом современного граммофона. Это было громоздкое устройство с цилиндрическим оловянным валиком и трубой, которая усиливала звуковые волны. В том месте, где труба сужалась, была прикреплена мембрана с иглой. Острие прочерчивало на валике борозды. След зависел от колебаний, которые воздействовали на механизм. Цилиндр сообщался с ручкой, которая проворачивалась и задавала движение.

Старинный фонограф Томаса Эдисона.

Чувствительность аппарата была очень низкой, и Эдисон начал работать над его усовершенствованием. Олово было заменено на воск, который лучше улавливал и передавал вибрации. Это также позволило делать новые записи, просто разровняв воск. Были изменены основные механизмы устройства: игла и мембрана. Длительность звучания была доведена до трех минут.

Чтобы сгладить неравномерность вращения ручки, был установлен маховик. Затем вращение было заменено действием пружин. В дальнейшем аппарат стал работать за счет электрического тока.

Шарль Кро, вдохновивший Эмиля Берлинера, в 1877 году опубликовал статью о палеофоне. Это устройство походило на фонограф. Сам ученые назвал его «голосом прошлого». В отличие от фонографа, игла в палеофоне перемещалась горизонтально по поверхности стеклянного диска, покрытого сажей.

У Эдисона игла чертила линии вертикально. Когда комбинация звуков была записана, дорожка переносилась на пластину из хрома. Она отличалась большой светочувствительностью. Когда пластинка вращается, игла и мембрана соприкасаются, в результате чего воспроизводится мелодия. Проект Кро не получил финансовой поддержки и остался на бумаге.

Антикварный граммофон Эмиля Берлинера.

Эмиль Берлинер усовершенствовал не только само устройство, но и пластинки для записи. Фотохимический способ призводства он заменил методом травления кислотой. Такое воздействие на цинковую пластинку увеличило скорость выпуска записей, а также позволило увеличить громкость звучания. Производство встало на поток, когда ученый разработал процесс штамповки. В качестве материала для изготовления пластинок к граммофону стал использоваться эбонит, вскоре его заменили шеллаком.

Усовершенствованная конструкция и методы производства сделали граммофон популярным во всех странах. На территории Европы и Америки стали открываться фабрики, производившие музыкальные аппараты. Каждый предприниматель стремился уникализировать свой товар, и захватить рынок. Так во Франции был разработан миниатюрный граммофон, который получил название патефон.

В 60-е годы пластинки стали производить из винила. Время звучания старинного граммофона возросло до 40 минут. Запись делалась с двух сторон грампластинки. Суммарный объем мелодий составлял 80 минут. Качество звука улучшилось за счет ламповых усилителей. Антикварные модели были усовершенствованы звукоснимателями и электропроигрывателями.

Эра граммофонов быстро подошла к концу. На смену тяжеловесным машинам пришли компактные магнитофоны с кассетами, плееры.

Как вам статья?