В предыдущей статье я рассказывал об электромузыкальных инструментах XVIII века и том, как электричество получило применение в сфере искусства и развлечений. Теперь перейдем к достижениям XIX столетия.
Благодаря открытиям XVIII века обществу стало ясно, что электричество тесно связано с другими физическими явлениями (светом, звуком, магнетизмом) и функционированием живых организмов. И вот "Ловласов обветшала слава", отгремел электрический клавесин, возле которого зрители с замиранием сердца наблюдали за снопами искр, сыпавшимися из-под рук исполнителя. Мэри Шелли в 1818 г. опубликовала свою знаменитую книгу "Франкенштейн, или Современный Прометей". Все ученые - и романтики, и реалисты - уже расценивали электроэнергию с практической точки зрения. А что, если ток будет двигать не только лапки лягушек, но и машины, станки, корабли? Если с помощью устройств, подобных электрическим клавесинам Дивиша и Делаборда, передавать сообщения на огромные расстояния в одно мгновение?
Лучше понять свойства электрического тока и электромагнетизма помогли выдающиеся открытия Андре-Мари Ампера, Алессандро Вольты, Георга Ома, Ханса Христиана Эрстеда, Майкла Фарадея, Джеймса Клерка Максвелла. Их научные достижения признаются до сих пор и являются основой общепринятой системы единиц. Б. Якоби построил электродвигатель. Опыт А.Г. Столетова положил начало оптоэлектронным компонентам. В общем, было создано все то, без чего немыслимы современная электроника и электротехника. Активно развивались и другие разделы физики - механика, оптика, акустика, термодинамика. Так Ж. Фурье предложил метод представления сложного сигнала в виде суммы простых гармонических колебаний.
С начала XIX века известны разные конструкции телеграфов - приборов, обеспечивающих связь посредством электрических сигналов, передаваемых по проводам. В качестве сигнальных устройств использовались гальванометры, электрические звонки и т.д. В 1832 г. первая российская телеграфная линия, созданная П. Шиллингом, соединила здания Зимнего дворца и Главного управления путей сообщения.
В 1836 году американский изобретатель Чарльз Графтон Пейдж получил с помощью электричества звук, поместив рядом с катушкой магнит, который, вибрируя, издавал ясно слышимый тон. Пейдж назвал эффект "гальванической музыкой". А когда в 1858 году была проложена трансатлантическая телеграфная линия, ввиду слабости ее сигнала в устройствах связи использовалось стрелочно-звуковое устройство, позволявшее воспринимать телеграфный код на слух.
Синтезатор Г. Гельмгольца
Пожалуй, самая большая роль среди ученых-физиков XIX в. в музыкальной отрасли принадлежит Герману фон Гельмгольцу. Гельмгольц заложил фундаментальные основы таких областей научного знания как акустика, физиология слуха и психоакустика. К 1850 г., исследовав восприятие человеком акустических сигналов и описав феномен акустического резонанса, он создал специальный прибор, названный резонатором Гельмгольца. Это простое устройство в виде медного сосуда сферической формы с узким горлышком послужило началом количественного измерения звуковых колебаний. Резонанс Гельмгольца поныне учитывается при проектировании музыкальных инструментов, акустических систем и оборудовании помещений. Уже в 1875 г. данные исследования были использованы при создании нового концертного рояля компанией "Steinway&Sons". Модель запатентована на имя Теодора Стейнвея, старшего сына основателя производства.
В своих работах Гельмгольц провел связь между физическим, физиологическим восприятием звука и музыкальной наукой, теорией музыки, музыкальной эстетикой. Сформулировал определение тембра как совокупности обертонов: «Разница в музыкальном качестве тона (тембре), зависит только от присутствия и силы парциальных тонов (обертонов) и не зависит от разности фаз, с которой эти парциальные тоны вступают в композицию».
Именно Гельмгольц описал первый в истории человечества электронный синтезатор звука. Прибор назван "Большой аппарат Гельмгольца для соединения тембров из десяти гармоник", или "Синтезатор Фурье".
Данное устройство было изготовлено его учеником Рудольфом Кенигом. Инструмент (пока еще служивший лабораторным целям) представлял собой набор камертонов, помещенных рядом с резонаторами и вибрирующих под действием электромагнитов. Система управлялась небольшой клавиатурой.
Музыкальный телеграф Грея
В 1860-х годах американский изобретатель Элайша Грей, работавший над созданием собственного варианта телефона, предложил передавать телеграфные сообщения набором музыкальных тонов. Ранее он заметил, что обыкновенный телеграфный ключ, соединенный с электромагнитом, при разной интенсивности нажатий создает звуковые колебания, изменяющиеся по частоте, напоминающие музыку. А в начале 1870-х гг., экспериментируя в ванной комнате с телеграфным оборудованием, он обнаружил интересный эффект. Подключив один конец вторичной обмотки реотома (коммутационного устройства с колеблющимся якорем) к металлическому листу, лежавшему под ванной, а другой удерживая в руке, Грей коснулся свободной рукой металлического листа и услышал довольно громкий гудящий звук. Когда он водил рукой по поверхности листа, звук усиливался, а при изменении частоты колебаний реотома изменялась и высота звука.
Производимое прибором звучание напоминало скрипку или виолончель. Вскоре Грей усовершенствовал свое творение, установив полосу металла на деку от скрипки.
"Музыкальный телеграф", представленный патентному бюро в 1874 году, состоял из двухтонового передатчика и двух однополюсных электромагнитов с вибрирующим якорем. Каждый якорь замыкал и размыкал платиновый контакт, по которому ток поступал на катушку, а электромагниты обладали различным электрическим сопротивлением. Таким образом якоря колебались с определенной частотой.
Расширенная версия, с которой Грей выступал перед публикой, оснащалась уже 24 осцилляторами (отдельными генераторами тона, настроенными каждый на определенную частоту) и называлась "Гармоническим телеграфом". Органом управления служила клавиатура фортепианного типа. Более простые версии управлялись тоновым колесом.
В 1875 году идею Элайши Грея поддержал Александр Белл, работавший над "Электрической арфой". А уже в 1877 г. состоялся концерт Грея, во время которого сигнал от осцилляторов передавался слушателям по телефонной линии.
Примечательно, что конструкция Грея применялась и дальше. Так в 1892 году доктор Уильям Хатчинсон изготовил "Поющий реотом", стимулировавший участки мозга пациента путем настраиваемых гармонических колебаний.
Устройство применялось в анестезиологии, психотерапии, отоларингологии (диагностике слуха). Оно производилось вплоть до 1910-х гг.
"Музыкальная дуга" Уильяма Дадделла.
Ученые давно заметили, что горение электрической дуги сопровождается характерным шумом. С 1870-х гг. получили распространение дуговые лампы, дававшие мощный поток света. В 1890-х гг. английский физик Уильям Дадделл установил, что путем модуляции напряжения можно извлекать из дугового фонаря звуки определенной высоты, превратив его в музыкальный инструмент.
Управляющая схема состояла из колебательного контура и клавиатуры, изменявшей емкость.
"Телармониум" - инструмент на миллион
Завершает XIX век грандиозное творение американского инженера, юриста и предпринимателя Таддеуша Кэхилла, образованное сочетанием двух слов - "Телефон" и "Гармония". Кэхилл долгое время искал способ передачи музыки, исполняемой на рояле, по телефонным проводам, чтобы одновременно охватить большую аудиторию, но усилителей электрического сигнала еще не существовало. Трансляция игры на обыкновенных акустических инструментах получалась слишком тихой. Тогда он решил создать принципиально новый инструмент, являющийся мощным генератором электрических сигналов звуковой частоты.
Основу устройства составляли "тоновые колеса", "тонвалы" - массивные роторы с разным числом секций (зубьев), вращающиеся рядом с катушками, выполнявшими роль звукоснимателей. Чем больше секций, тем выше частота. Каждый тон формировался парой электромотор - генератор, поэтому инструмент носил второе название "Динамотон".
Как положено юристу, Кэхилл в 1896 году задокументировал работающий прототип, а 6 апреля 1897 г. ему был выдан патент на "ART OF AND APPARATUS FOR GENERATING AND DISTRIBUTING MUSIC ELEСTRICALLY. No. 580,035" (Вид искусства и аппарат по созданию и распространению музыки посредством электричества).
"Телармониум" имел музыкальный диапазон 7 октав, воспроизводил частоты от 40 до 4000 Гц и управлялся тремя мануалами, схожими с пультом органа. Клавиши были чувствительны к силе касания. Для этого использовался механизм, приближающий и отдаляющий катушки относительно тоновых колес. Регистры переключались сложной системой коммутации. Изобретатель, вдохновленный трудами Гельмгольца, использовал термин "синтез". Богатство тембров напоминало классический трубный орган.
Конструкция являлась чрезвычайно громоздкой. Уже опытные образцы весили несколько тонн. А в начале XX в. Кэхилл приступил к реализации самого широкомасштабного проекта. В 1906 году, после четырех лет работы силами полусотни человек, инструмент завершили. Монструозная машина достигала в длину 19 метров и весила 200 тонн. После блестящей премьеры в Массачусетсе, о которой восторженно отозвались все газеты, инструмент разобрали и перевезли по железной дороге в Нью-Йорк в специально отведенный "Телармоник-холл".
На протяжении нескольких лет концерты пользовались успехом. Звук транслировался как в телефонные линии, так и в громкоговорители, представлявшие собой телефонные капсюли, помещенные в раструбы для усиления звука, или дуговые лампы. Сила тока на выходе, достигавшая 1 A, позволяла слушать музыку на расстоянии от телефонной трубки. Из-за столь мощного сигнала периодически происходили сбои телефонных линий, потому телефонные компании направляли создателю счета за восстановление.
При всей уникальности "Телармониум" содержал массу недостатков. Исполнители жаловались на непривычность клавиатурной динамики, отличавшейся от фортепиано и органа. Взыскательных слушателей раздражали наводки и призвуки, поступавшие в линию от плохо экранированных электрических цепей. Инструмент, на постройку которого затратили 200 000 долларов, оказался малопрактичным, сложным и дорогим в обслуживании.
Таддеуш Кэхилл принялся дорабатывать проект. Демонтировав инструмент, он перевез его в мастерскую и в 1911 году создал на его основе третью модель "Телармониума". Она стала последней. Изобретатель понес значительные убытки. Количество слушателей сократилось, пресса больше не отзывалась восторженно, технологии конца XIX века выглядели вчерашним днем. К тому же конкуренцию составляли традиционные духовые органы, уже ставшие электромеханическими - воздух в трубы нагнетался электрическими насосами. Органисты играли без помощников. Воспроизводить грамзаписи и то было практичнее, чем передавать сигнал по телефонным проводам. В 1914 г. проект обанкротился, а в 1916 году "Телармониум" окончательно прекратил существование. Всего на постройку трех инструментов с 1897 по 1914 гг. был истрачен 1 000 000 долларов.
Тем не менее "Телармониум" успел произвести большое впечатление на современников. Марк Твен писал:
«Я вспоминаю две приятные встречи той зимы: одна из них, небольшая вечеринка в доме Клеменса в канун Нового года, с шарадами, рассказами и музыкой. Именно музыка была особенностью этой вечеринки, она передавалась по проводам с помощью нового изобретения, известного как "Телармониум"... Почему "Телармониум" не стал так популярен, как ожидалось, я не знаю. Клеменс был полон энтузиазма по поводу этой идеи...
...Он рассказал, как первым применил в своей работе пишущую машинку; как был одним из первых пользователей авторучки; как он первым установил телефон в частном доме, и как теперь аудитория впервые присутствует при демонстрации музыки Телармониума. Когда он закончил, как раз наступила полночь, и через мгновение в громкоговорителях зазвучали куранты, а затем «Auld Lang Syne» и «America».
В XIX веке были представлены действующие технологии звукового синтеза и заложены научные основы электронной музыки. До современного состояния оставалось совсем немного. XX век ознаменовался появлением такого большого количества электромузыкальных инструментов и жанров, что охватить всех их очень сложно, даже невозможно. Количество музыкальной информации неуклонно растет. Посмотрим, как будет дальше.
