В настоящее время существует несколько типов микрофонов. Но они похожи на первый микрофон Юза.
Так когда-то разговаривали по телефону
Спустя четверть века после изобретения телефона немецкий физик Герц получил электромагнитные волны, существование которых предсказал великий английский ученый Максвелл.
Велико было торжество научной теории. Но еще значительнее стала победа, когда электромагнитные волны заставили служить человеку.
Одно из величайших открытий в этой области было сделано русским физиком Александром Степановичем Поповым.
Александр Степанович Попов
Изучение электромагнитных волн Герца, как их тогда называли, привело Попова к мысли, что благодаря быстрому распространению в пространстве эти волны можно использовать для передачи сигналов. И он создал первые в мире передатчик и приемник электромагнитных колебаний — радиоволн. Вначале это были сигналы азбуки Морзе: короткие — точки, длинные — тире.
Приемник Попова
Но как быть с музыкой и человеческой речью?
Звуковые колебания можно превратить в колебания электрического тока, но передать их без проводов нельзя. Дело в том, что электромагнитные колебания можно излучать в пространство лишь в том случае, когда их частота будет значительно больше, чем верхний предел числа слышимых колебаний.
Эта трудность была устранена весьма остроумным и в то же время простым способом.
Электрические колебания высокочастотного передатчика сложили с электрическими колебаниями, которые возбуждает звук, и вот эту смесь стали излучать в пространство. Звук как бы оседлал электромагнитную волну. Добравшись на ней до приемника, который отделяет электрические колебания звуковой частоты от электрических колебаний высокой, он поступает в телефон, заставляя пластинку этого аппарата совершать звуковые колебания и излучать звук в окружающее пространство. Так звук садится на «коня», называемого несущей частотой, и мчится на нем до приемника. А там он спрыгивает и двигается самостоятельно, давая нам возможность услышать далекую музыку.
Подарок Эдисона
В Москве, в музее Льва Николаевича Толстого, хранится интересный подарок, который был ему сделан знаменитым изобретателем Томасом Эдисоном.
Томас Эдисон прислал в подарок Льву Николаевичу Толстому слепок со звука, или, как в то время говорили, говорящее письмо.
Каким же образом удалось жителю Америки прислать через океан в далекую от него Россию запись своего голоса?
Звук издают тела, колеблющиеся в какой-либо среде, например в воздухе. Но если на пути распространения звука поместить тонкую пластинку, то она под действием колебания окружающей среды сама приходит в движение. Это явление и было использовано Томасом Эдисоном для записи звука.
Он укрепил на такой пластинке иглу из сапфира; игла едва касалась небольшого цилиндра. При вращении цилиндра она слегка царапала его поверхность, покрытую листом олова. Глубина царапины при этом была одинаковой. Но если на пластинку падала звуковая волна, след иглы становился неравномерным, так как под действием звука пластинка вместе с иглой колебалась и прижимала иглу к поверхности цилиндра с различной силой. Для того чтобы после одного оборота игла не попадала снова в проделанную ею борозду, цилиндр при вращении смещался по оси. И борозда, которую царапала игла на поверхности цилиндра, извивалась спиралью.
Таким образом Эдисону удалось записать речь в виде царапин на поверхности цилиндра. Для ее воспроизведения достаточно было поместить такую же иглу в начале борозды. При вращении цилиндра игла начинает скользить вдоль борозды, все время подпрыгивая, и заставляет пластинку, к которой она прикреплена, колебаться. А колеблющаяся пластинка прекрасно воспроизводила записанную ранее речь.
Этот прибор был назван фонографом. Его вскоре усовершенствовали. Оловянную поверхность цилиндра заменили восковой, что значительно удешевило прибор.
Фонограф Эдисона по сути дела был усовершенствованием такого же устройства для записи звука, изобретенного в 1859 году англичанином Скоттом.
Прибор Скотта назывался фонавтографом. В нем звук записывался на закопченную бумагу иглой, соединенной с пластинкой — мембраной.
Вся беда фоноавтографа была в том, что воспроизвести записанный звук было совершенно невозможно. Запись по сути дела пропадала. Но вскоре прибор был усовершенствован, и вращающийся цилиндр заменен пластинкой, на которую заранее были нанесены борозды одинаковой глубины. Эти борозды образовали сворачивающуюся спираль.
На приготовленной таким образом восковой пластинке производилась запись резцом. Но колебания резца происходили не по глубине, а поперек борозды. Этот прибор изобрел в 1894 году немецкий физик Берлинер. Он был назван граммофоном.
Граммофон имел огромное преимущество перед фонографом Эдисона, так как была открыта возможность копировать звук, записанный на диск.
Первый граммофон
В настоящее время запись делают на дисках из мягкого материала. Затем пластинка копируется на металл, а после этого делаются ее оттиски. Таким образом можно получить много экземпляров одной и той же записи звуков и разослать «живые письма» во все части света.
Такое письмо и подарил Эдисон Льву Николаевичу Толстому. Звук по почте был перевезен через океан в Россию. Вместе с «письмом» Толстой получил фонограф и запас восковых валиков для записи звуков. Льву Николаевичу подарок очень понравился. На одном из валиков были записаны его слова, обращенные к ученикам-школьникам.
И теперь в музее имени великого писателя можно услышать его живую речь.
Заря звукового кино
«Великий немой» — немое кино — не долго удовлетворял людей. Люди на экране во всем напоминали живых. Но они не умели говорить. И ученые всех стран начали лихорадочно искать способы, как научить людей на экране говорить. Для этого было использовано несколько совершенно различных по своей природе явлений.
Вы все, без сомнения, хорошо знакомы с фотографией. Рассматривая фотопленку, легко заметить, что резких границ между темными и светлыми местами нет. Вместо них существует плавный переход. Это значит, что светочувствительная пленка способна различать слабый и сильный свет. На это обстоятельство и обратили внимание, когда решили осуществить запись звука при помощи света. Для этого сначала необходимо было превратить звуковые колебания в колебания электрического тока, питающего лампочку. В цепь этой лампочки включили микрофон.
Перед лампой двигалась фотографическая пленка. После обработки пленки на ней оказалась светлая полоса различной прозрачности. Где больше упало света, полоса была темней, а там, где света упало меньше, — светлей. Одним словом, так получают негатив. Ведь прозрачность пленки обратна силе звука — чем сильнее звук, тем света будет больше, а на пленке эта часть будет затемненной. Значит, надо пленку отпечатать. Эта новая позитивная пленка и будет фотографией звука. Так записывается звук на кинопленку.
Схема записи звука на пленку
Теперь познакомимся с тем, каким образом, имея фотографию звука, осуществить его воспроизведение. Освещая эту фотографию обычным светом, можно получить свет мигающий. Для этого достаточно пропускать узкий пучок света от лампочки постоянной яркости через движущуюся пленку. Так как полоса различной прозрачности, то прошедший свет будет то ярче, то тусклее.
Схема воспроизведения звука
Но как теперь этот мигающий свет, колебания яркости которого совпадают с колебанием мембраны микрофона, превратить в звук?
Знаменитый немецкий физик Генрих Герц открыл интереснейшее явление, названное фотоэффектом.
Это явление заключалось в том, что, как оказалось, световые лучи могут выбивать из различных тел заряженные частицы — электроны. Вы, наверное, слышали это слово — фотоэлемент. Так называется прибор, использующий это явление.
Простейший фотоэлемент представляет собой стеклянный сосуд, внутри которого расположены две пластинки. Одна из них, которая освещается светом, соединяется с отрицательным полюсом электрической батареи и поэтому заряжена отрицательно. Другая пластина соединяется с положительным полюсом батареи.
Под действием света с отрицательно заряженной пластинки вылетают электроны, которые тотчас притягиваются другой, положительно заряженной пластинкой. Таким образом, в сосуде появляется направленное движение зарядов — электрический ток. Сила тока в цепи изменяется в такт с изменением количества света, падающего на отрицательно заряженную пластинку.