Попытки создания музыкальных инструментов, использующих электричество для формирования звука, насчитывают уже несколько веков. Сложно себе представить, что их изобретатели являлись современниками И. С. Баха, Г. Генделя, Д. Скарлатти, Г. Телемана.
Некоторые свойства электричества (атмосферные явления, биоэлектричество у рыб, способность отдельных материалов накапливать статический заряд, электропроводность металлов и жидкостей) были известны человеку с древности, но научное изучение их в современном понимании началось только в XVII веке. Отто фон Герике в 1663 году построил простейший электрогенератор. Исследователь описывал свойство одноименно заряженных предметов отталкиваться и наблюдал свечение шара из серы под действием электрического поля. С началом XVIII в. Стивен Грей продемонстрировал передачу электричества на расстоянии, а также выяснил действие заземления.
"Золотой Дионис"
Вероятно, первый в истории электромузыкальный инструмент изобрел чешский священник, врач, музыкант и естествоиспытатель Вацлав Прокоп Дивиш (1698-1765). В течение многих лет он изучал воздействие электричества на организм человека и растений, пытался лечить с его помощью различные заболевания. Был знаком с трудами Михаила Ломоносова, Бенджамина Франклина и независимо от последнего построил громоотвод в 1754 году. Музыкальный инструмент, получивший название "Золотой Дионис", был создан между 1748 и 1753 годами (в некоторых источниках указывается даже 1730 год, но это опровергается как фактами из биографии Дивиша, так и официальным состоянием науки).
До наших дней образец не дошел, а равно нет чертежей и схем с точным описанием принципа работы. Сохранились лишь разрозненные свидетельства современников. Немецкий ученый Иоганн Людвиг Фрикер, посещавший Дивиша и наблюдавший в действии данное устройство, в 1753 году обозначил его как Electrisch-Musicalische Instrument (электромузыкальный инструмент).
"Золотой Дионис" представлял собой деревянный ящик, имеющий в длину 150 см, в ширину 90 см и в высоту 120 см, снабженный тремя клавиатурами и системой педалей. В нем находилось целых 790 стальных струн с гораздо более сложной механикой, чем любые клавишные того времени. Благодаря способности имитировать звучание других инструментов, вплоть до духовых, он носил второе название - "Оркестрион". Сообщается, что изменения тона и прочие спецэффекты достигались пропусканием электричества через струны. Некоторые источники сообщают: "Звук извлекался возбуждением струн от лейденской банки". Другие пишут: "Ударом [молоточка? - прим. авт.] по струнам, как в современных фортепиано".
Чтобы развлечь публику изобретатель давал волю желающим прикоснуться к механизму и почувствовать удар током. Общество Нового времени воспринимало научные открытия как аттракцион. Люди с удовольствием подносили руки к разрядникам, смотрели, как светится фосфор в темноте, натирались им, вдыхали газы прямо из колб, часто с риском для здоровья.
В 1746 году священник и ученый Жан-Антуан Нолле в ответ на предложение короля Людовика XV показать очередной фокус с электричеством, явил придворным, что электричество протекает с очень высокой скоростью, практически мгновенно. До открытия Максвелла оставался целый век. Сначала он выстроил 148 гвардейцев в Большой галерее Версальского дворца, потребовав от них взяться за руки, а первый и последний держали по металлическому проводу. Как только на проводники был подан электрический разряд, вся шеренга дружно подскочила. Затем подопытными стали 200 монахов в Париже, объединенных проволокой в 270-метровую цепь. Монахи тоже вздрогнули и вскрикнули одновременно.
Нолле и Дивиш получали высокие напряжения при помощи электростатической машины, накапливая заряд в лейденских банках. Банку, примитивный конденсатор, в котором обкладками служили металлические стержни, соляной раствор, листы олова, а диэлектриком - стеклянные стенки, создали в 1745 году голландский ученый Питер ван Мушенбрук и его ученик Кюнеус в Лейденском университете. Примерно в одно время, но независимо от них аналогичное устройство изготовил немецкий физик фон Клейст.
Доподлинно неизвестно, как именно был устроен "Золотой Дионис" - "оркестрион" чешского естествоиспытателя. После смерти Дивиша инструмент пополнил собрание экспонатов Венского дворцового музея, а затем был подарен императором Иосифом II органисту Визнеру. Тот некоторое время концертировал, выступая в Вене и других городах. С уходом из жизни Визнера следы уникального творения теряются.
Предположим, на стальные струны подавалось электричество от электрической машины, получаемое трением стеклянных шаров или цилиндров. И за счет разности потенциалов устройство могло выполнять простейшую работу - притягивать, перемещать в пространстве или заставлять колебаться какие-либо легкие предметы. Вероятно, выполнявшие роль медиаторов, молоточков. В то время были широко известны разные конструкции электроскопов, показывавшие наличие электрического поля с помощью стрелки, двух металлических листков или шарика. Либо звучание струн "Золотого Диониса" заметно изменялось под влиянием электромагнетизма.
На фразе об имитации духовых инструментов я вспомнил про изобретение электрооргана Лоуренсом Хаммондом в 30-х гг. XX века. Вращая зубчатое колесико в магнитном поле Хаммонд услышал звук, напоминающий флейту. А еще раньше, в конце XIX века Таддеус Кэхилл запатентовал электромузыкальный инструмент "Телармониум", в котором звук формировался генераторами с массивными роторами - "тонвалами", разделенными на секции. Однако функционирование подобных систем возможно только в паре с излучателем звука, а до Эрстеда и Фарадея, как считается, исследователи были не в силах даже объяснить явление электромагнитной индукции. Но при этом физики XVIII века, без сомнения, практиковали опыты, основанные на взаимосвязи электричества и магнетизма. Например, уже давно было замечено, что удары молний намагничивают железные предметы, нарушают ход часов и изменяют направление стрелок компасов.
Струнная проволока музыкального инструмента, через которую пропускали ток, при определенных условиях могла создавать гул подобно дросселям в современной электронной аппаратуре или высоковольтным линиям электропередач (коронные разряды), а деревянный резонаторный ящик усиливал колебания звуковой частоты. Я бы еще долго строил гипотезы, если бы не одно - нет, два - изобретения.
"Колокола Франклина"
Данную вещь сложно назвать музыкальным инструментом в полном смысле слова. Известный американский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин (тот самый, что с довольным видом взирает на вас со стодолларовых купюр) около 1750 г. стал использовать своеобразное сигнальное устройство - два колокола располагались неподалеку друг от друга, один подключался к шпилю громоотвода, а второй к земле, между ними подвешивался маятник. Под действием грозовых разрядов маятник приходил в движение, ударяя по колоколам. Прототип прибора был изобретен в 1742 г. шотландцем Эндрю Гордоном в Эрфуртском университете в Германии и носил название "Электрические куранты".
В устоявшемся демонстрационном варианте три колокольчика находятся вдоль одной линии, из них два крайних подвешены к металлической рамке на токопроводящей цепи, а центральный подвешен на диэлектрике и соединяется с подставкой. Между ними на диэлектриках установлены два маятника. Один полюс лейденской банки соединяется с рамкой, другой с подставкой. Под действием электромагнитного поля маятник притягивается сначала к положительно заряженному (крайнему) колоколу, касается его, приобретает одноименный заряд, после чего отталкивается обратно к центральному, завязанному на "землю". Действие повторяется до тех пор, пока на колоколах присутствует разность потенциалов.
Электростатические колокола до настоящего времени применяются в звонках, звуковых сигналах, системах аварийного оповещения.
"Электрический клавесин" Жана-Батиста Тилле Делаборда
В отличие от инструмента Дивиша этому изобретению повезло больше. Неизвестно, перенял ли французский исследователь конструкцию, предложенную чешским ученым, или выработал полностью собственную, но он оставил книгу с подробным описанием, а действующие модели мы можем наблюдать по сей день.
В 1759 году Жан-Батист Тилле Делаборд построил "электрический клавесин", а в 1761 г. опубликовал в Париже книгу о нем.
Устройство инструмента больше схоже с карильоном, чем с клавесином. Звук в нем издавали "колокольчики Франклина ", а струны выполняли роль проводников. Вы спросите, чем же данный вариант лучше обыкновенного карильона, где колокола привязаны к клавишам веревками? Отличительной особенностью инструмента Делаборда являлся непрерывный вибрирующий звук. Колокольчики звенели все время, пока была нажата клавиша. Масштабный эффект тремоло напоминал игру оркестра.
Каждой ноте соответствовала пара колокольчиков с общей колотушкой, установленных на железной планке. На планки подавалось напряжение от электрической машины с вращающимся стеклянным шаром. Когда исполнитель нажимал клавишу, один из колокольчиков замыкался на землю, и колотушка приходила в движение.
В настоящее время имеется несколько действующих копий "электрического клавесина" Делаборда. Был даже сайт в интернете, посвященный созданию реконструкций и практической игре на них, с примерами звучания, но в настоящее время он недоступен.
Зато на сайте Национальной библиотеки Франции доступна оригинальная книга XVIII века с иллюстрациями, по которой вы можете сами изготовить такой музыкальный инструмент в домашних условиях.
Рождение светомузыки
XVIII век называют "Веком Просвещения". Ни в одну другую эпоху европейские монархи не питали такой живой интерес к наукам. Они старались превзойти друг друга в образованности, приглашали ко двору самых видных ученых и охотно пользовались последними научными достижениями.
К середине XVIII столетия было известно довольно много устройств, связанных с электричеством. М.В. Ломоносов изготовил простейший измерительный прибор, показывавший степень интенсивности грозовых разрядов. Находящийся в трубке металлический стержень припаян внизу к «металлическому кружку». При ударе «электрическая сила… погонит кружок» из трубки вниз и увлечет за собой металлический стержень с трезубцем, преодолевая сопротивление «проволочной пружины», а «зубцы не допустят» возвращения стержня в исходное положение.
Первый в России громоотвод был установлен в 1772 году на колокольне Петропавловского собора.
Несмотря на примитивные представления об электричестве естествоиспытатели добились значительных успехов. Они экспериментировали с проводниками, свернутыми в спираль, железными опилками, наблюдали свечение электрического разряда в колбе с разреженным воздухом, выясняли электрические свойства различных материалов и растворов. Луиджи Гальвани открыл химические источники тока и заложил основы электрофизиологии.
Электричество пришло на балы и театральные представления. Между влюбленными в самом прямом смысле проскакивали искры. Артисты балета, электризуясь, рисовали в темноте фигуры, под потолком сверкали искусственные молнии. Из бытовых предметов известна трость, набалдашник которой начинал светиться, если ее потрясти.
В следующем столетии эти открытия перейдут на качественно новый уровень. С развитием промышленности и ростом городов потребуются новые источники энергии и связи. Появятся телеграф, телефон, электродвигатель, электрическая лампа и т.д. О развитии электромузыкальных технологий в XIX в. я расскажу в следующий раз.