В XV в. в Швейцарии, на родине легендарного Вильгельма Телля, зародилась спортивная стрельба из лука. В конце XIX в. были оформлены современные правила этого вида спорта. Стрельба из лука входила в программу Олимпийских игр начиная с 1900 до 1920 года. И была включена вновь в олимпийскую программу в 1972 году.
Звенящая тетива лука натолкнула людей на создание струнных инструментов – кифары, лютни, скрипки, гитары и многих других.
Лук послужил основой для создания лучкового токарного станка – прародителя всех современных станков. В нем гибкая жердь, соединенная веревкой с педалью, на которую нажимал рабочий, служила накопителем энергии. Затем она отдавала эту энергию на вращение обрабатываемой детали, делая процесс обработки непрерывным.
Магнитофон
Попытки записи звука делались еще в XIX веке.
В 1857 г. Л. Скотт создал фоноавтограф. Принцип его действия заключался в том, что колебания звуковой диафрагмы передавались игле, и та, в свою очередь, вычерчивала на поверхности цилиндра, покрытого сажей, кривую. Фоноавтограф позволял создать видимый образ звука, но не более.
В 1877 г. Эдисон, работая над усовершенствованием телефонного аппарата, создал фонограф, позволявший осуществлять запись и воспроизведение звука.
В фонографе звуковые волны при помощи трубы подводились к мембране из тонкого стекла или слюды, соединенной с иглой – резцом. Игла вычерчивала на быстро вращающемся вале, обернутом оловянной фольгой или бумажной лентой, покрытой слоем воска, винтовую канавку переменной глубины. При воспроизведении звука двигавшаяся по канавке игла совершала механические колебания, и связанная с ней мембрана издавала звук.
Позже Эдисон усовершенствовал свое изобретение, создав специальный сплав из воска и некоторых смол. Но ему не удалось исправить всех недостатков. Валик мог вести запись в течение нескольких минут, после нескольких прослушиваний копия разрушалась, а делать с нее отпечатки было невозможно.
В 1887 г. Э. Берлинер запатентовал граммофон. Он использовал тот же принцип, что и фонограф, но игла в записывающем аппарате располагалась параллельно плоскости мембраны и чертила не бороздки, а извилистые линии. Вместо громоздкого валика использовалась круглая пластинка.
С диска, записанного по способу Берлинера, можно было получать копии. Сначала граммофонные пластинки изготавливались из целлулоида, затем из эбонита. В 1896 г. Берлинер изобрел шеллак, который стал основным материалом для производства грампластинок.
Воспроизведение звука осуществлялось при помощи слюдяной пластинки, соединенной при помощи рычага с зажимом, в который помещались сменные стальные, а затем корундные или алмазные иглы. Сначала скорость вращения пластинки составляла 90–100 об/мин, затем был принят стандарт 78 об/мин.
Граммофон и его портативный вариант патефон были распространены до 40-х годов XX века. Затем им на смену пришли электрические проигрыватели и электрофоны.
Появление магнитной записи звука тесно связано с возникновением фонографа и зарождением радиоэлектроники. Через 11 лет после появления фонографа, в 1888 г., в журнале «The Electrical World» появилась статья американского инженера О. Смита, посвященная усовершенствованию конструкции фонографа Эдисона. В ней были предложены прогрессивные идеи, касающиеся записи звука. Смит изложил новый принцип записи звука – магнитный. В качестве носителя он предложил хлопчатобумажную нить, пронизанную стальными опилками. По замыслу Смита, стальные опилки должны были намагнититься возле проводов микрофонной цепи. Отдельные частички должны были запечатлеть отдельную фазу электрического волнообразного процесса.
Смит не указал способа воспроизведения магнитной фонограммы и не создал действующей конструкции аппарата для магнитной записи звука.
Через десять лет идеей магнитной записи звука увлекся датчанин В. Паульсен. В отличие от О. Смита, он попытался ее реализовать и для этого разработал конструкцию аппарата для магнитной записи звука. 1 декабря 1898 г. Паульсен запатентовал свое изобретение. Его аппарат получил название «телеграфон». Телеграфон представлял собой электромагнитный фонограф. Конструкция телеграфона действительно несколько напоминала аппарат Эдисона: такой же вращающийся цилиндр, но вместо слоя воска, была навита тонкая стальная струна диаметром 0,5 мм. В первых моделях использовалась фортепианная струна, на которую записывался звук. Цилиндр вращался с помощью часового механизма. Записывающая головка, представлявшая собой электромагнит, двигалась вдоль витков со скоростью 2,1 м/с.
Для 40-минутной записи необходимо было 6000 м проволоки. Телеграфон воспроизводил записи в диапазоне частот от 150 до 2500 Гц.
Стирание записи производилось сильным постоянным магнитом. Для этого было достаточно провести им по проволоке.
На Всемирной выставке в Париже в 1900 г. В. Паульсен за конструкцию телеграфона получил Гран-при. В 1901 г. Паульсен создал новый аппарат, значительно отличавшийся от предшественника. Он имел основные черты современных магнитофонов. Запись велась на стальную ленту шириной 3 и толщиной 0,05 мм. Лента сматывалась с одной бобины, наматываясь на другую. При этом она проходила рядом с записывающей и воспроизводящей головками. Запись можно было прослушивать через телефонные трубки.
Воодушевленный успехом Паульсен решил приступить к производству магнитофонов. В 1903 г. он, совместно с американскими бизнесменами, создал Американскую телеграфонную компанию, которая стала производить диктофоны.
Вначале продукция пользовалась успехом. Но конкуренция между первыми магнитофонами и граммофонами закончилась победой последних. Несколько фирм, созданных Паульсеном, обанкротились и прекратили свое существование.
Покупатели отдавали предпочтение граммофонам, поскольку те давали более громкий звук. Усиление слабого электрического сигнала, воспроизводимого телефонным наушником, было невозможно: еще не было изобретена усилительная лампа.
Несмотря на свое несовершенство, магнитофоны продолжали применяться. Так, на международном конгрессе в Копенгагене в 1916 г. доклады записывались на магнитофон. В качестве носителя информации в нем использовался стальной провод. Для записи докладов, общей продолжительностью 14 часов, понадобилось 2500 км провода весом в 100 кг.
Некоторое время в радиовещании применялась записывающая аппаратура, использовавшая ленту из нержавеющей стали.
Поиски оптимального носителя звуков продолжались много лет. Были опробованы биметаллические звуконосители. В них на немагнитную основу из латуни или бронзы гальваническим способом наносился ферромагнитный слой. Эти ленты вышли из употребления, т. к. не обладали хорошими магнитными свойствами.
Магнитофоны имели большие габариты и вес. Так, магнитофон фирмы «Маркони» весил несколько сот килограммов. Стальная лента в нем наматывалась на бобины диаметром 0,5 м. При обрыве ее приходилось соединять электросваркой.
Интерес к магнитофону возобновился с появлением мощных усилителей на электронных лампах. В 1920-х гг. магнитофон уже применялся на американском флоте для ускорения передачи и приема радиотелеграфных сообщений.
Позже магнитофоны начали изготавливать в Германии и Англии. Запись по-прежнему велась на стальную ленту.
Дальнейшее развитие магнитофонов шло по пути создания новых магнитных лент, воспроизводящих, записывающих и стирающих головок; лентопротяжных механизмов.
В 1925 г. для записи звука стали использовать малогабаритные электрические микрофоны.
В том же году советский инженер И. И. Крейчман запатентовал гибкую ленту, сделанную из пластмассы и покрытую магнитным порошком. Но это изобретение осталось незамеченным.
Немец Ф. Пфлеумер, изучая патент В. Паульсена, нашел указание на то, что запись можно вести не только на провод и ленту, но и на диски, покрытые намагниченным порошком. Пфлеумер провел поиск приемлемых магнитных носителей звука. Сначала он применил вместо стальной ленты бумажную, покрытую магнитным материалом. Затем он использовал более удобные пластмассовые ленты.
В 1935 г. на радиовыставке в Берлине были продемонстрированы разработанные совместно фирмами АЕГ и БАСФ промышленные образцы магнитных пластмассовых лент. Такая лента стоила в 5 раз дешевле металлической и обладала отличными магнитными свойствами, ее можно было легко склеивать, у нее был небольшой вес. Там же был показан первый магнитофон «К-1». После этого началось постепенное вытеснение металлических звуконосителей пластмассовыми.
Успехами в магнитной записи звука заинтересовалась военная разведка. Ее сотрудники хотели использовать магнитофон для записи радиоперехватов и прослушивания телефонных разговоров.
В 1938 г. немецкий инженер Е. Шюллер разработал и внедрил в производство новый тип функциональных кольцеобразных головок. Теперь на каждом этапе создания магнитной записи использовалась отдельная головка: записывающая, воспроизводящая и стирающая.
В США конструированием магнитофонов долгое время практически не занимались. Ситуация изменилась после того, как в 1940 г. инженер Кармас разработал новые покрытия для магнитофонных пленок. Они позволили снизить скорость движения пленок в магнитофоне с 76 см/с до 19 и 9,6 см/с. В СССР первый ленточный магнитофон «СМ-45» был создан в 1942 г. Он работал на ферромагнитной ленте. После войны производились модели для радиовещания серии «МЭЗ» и студийные «РМС-16». В 1949 г. в Киеве был выпущен первый советский бытовой магнитофон «Днепр».
Сразу после окончания Второй мировой войны Германия продолжила исследования по совершенствованию принципа магнитной записи звука. На немецком радио применялся магнитофон, работавший на пластмассовой ленте, на которую наносился слой оксида железа. Скорость движения ленты составляла 80 см/с. Это позволяло записывать звук частотой до 10 000 Гц. Лента имела толщину около 0,05 мм и ширину 5 мм.
Разрабатывались также перспективные механизмы протяжки ленты. В 1947 г. появился магнитофон, в котором механизм протяжки ленты имел три электродвигателя. Один служил для подачи ленты, другой для вращения ведущего вала с постоянной скоростью и протягивания ленты, третий – для подмотки ленты. Скорость перемещения ленты была примерно 76 см/с. Это обеспечивало воспроизведение частот в диапазоне от 32 до 9600 Гц.