VII. ТАЗИМЕТР ЭДИСОНА
Это интересное и замечательное устройство является одним из многочисленных изобретений Эдисона, мало известных широкой публике главным образом потому, что сфера его применения ограничивалась высшими ветвями науки. Он никогда не подавал заявку на патент на этот прибор, а передал его в общественное достояние.
Устройство было первоначально предназначено для обнаружения и измерения бесконечно малых степеней температуры, сколь бы удаленными они ни были, и его замысел последовал за исследованиями Эдисона в области угольного телефонного передатчика. Его принцип основан на переменном сопротивлении углерода в зависимости от степени давления, которому он подвергается. С помощью этого прибора можно наблюдать и фиксировать давления, которые в противном случае являются незаметными и необнаружимыми.
Обнаружение малых изменений температур достигается благодаря тем изменениям, которые тепло или холод производят в чувствительном материале, помещенном в контакт с угольной пуговицей, включенной в цепь с батареей и чувствительным гальванометром. На эскизе (рис. 1) частично в разрезе проиллюстрирована форма тазиметра, которую Эдисон взял с собой в Ролинс, Вайоминг, в июле 1878 года в экспедицию для наблюдения полного солнечного затмения.
Вещество, на расширении которого основана работа прибора, представляет собой полоску из чрезвычайно чувствительного к теплу материала, такого как вулканит, показанную под буквой A и прочно зажатую в точке B. Ее нижний конец входит в прорезь металлической пластины C, которая, в свою очередь, опирается на угольную кнопку. Последняя и металлическая пластина соединены в электрическую цепь, включающую батарею и чувствительный гальванометр. Вулканитовая или иная полоска легко подвержена влиянию перепадов температур, расширяясь и сжимаясь вследствие мельчайших изменений. Таким образом, бесконечно малое изменение ее длины за счет расширения или сжатия изменяет давление на уголь и в соответствующей степени влияет на сопротивление цепи, вызывая тем самым отклонение гальванометра; движение стрелки в одном направлении означает расширение, а в другом — сжатие. Полоска A сначала подвергается небольшому давлению, отклоняющему стрелку на несколько градусов от нуля. Любое последующее расширение или сжатие полоски можно легко заметить по дальнейшим движениям стрелки. На практике и для измерений очень деликатного характера тазиметр включается в одно плечо моста Уитстона, как показано буквой A на диаграмме (рис. 2). Гальванометр показан буквой B в проволоке моста, а под буквами C, D и E показаны сопротивления в других плечах моста, которые отрегулированы так, чтобы равняться сопротивлению цепи тазиметра. Батарея показана буквой F. Такое расположение позволяет устранить любые вводящие в заблуждение отклонения, которые могли бы возникнуть из-за изменений в батарее.
Циферблат на передней панели прибора предназначен для указания точного объема физического расширения или сжатия полоски. Это определяется с помощью микрометрического винта S, который перемещает стрелку T перед циферблатом. Этот винт взаимодействует со вторым и аналогичным винтом, который устроен так, чтобы перемещать вулканитовую полоску вверх или вниз. После того как отклонение гальванометра было получено за счет расширения или сжатия полоски вследствие изменения температуры, аналогичное отклонение получается механически путем поворота винта S в ту или иную сторону. Это заставляет вулканитовую полоску сильнее или слабее давить на угольную кнопку и тем самым производит желаемое изменение сопротивления цепи. Когда гальванометр показывает желаемое отклонение, стрелка T укажет на циферблате в десятичных долях дюйма точное расстояние, на которое была перемещена полоска.
С помощью такого прибора Эдисон продемонстрировал наличие тепла в короне во время вышеупомянутого полного солнечного затмения, однако точные определения в то время сделать не удалось, поскольку регулировка тазиметра была слишком тонкой, а отклонения гальванометра в лучшем случае были настолько заметными, что их не удавалось удержать в пределах шкалы. Чувствительность прибора легко понять, если указать, что тепло человеческой руки на расстоянии тридцати футов от конусообразной воронки тазиметра повлияет на гальванометр так, что световое пятно сойдет со шкалы.
Этот прибор также можно использовать для указания мельчайших изменений влажности воздуха, заменив вулканитовую полоску полоской из желатина. При такой настройке увлажненный кусочек бумаги, удерживаемый на расстоянии нескольких футов, вызовет микроскопическое расширение желатиновой полоски, которое создает давление на уголь и вызывает изменение в цепи, достаточное для того, чтобы вывести световое пятно с зеркала гальванометра за пределы шкалы.
Тазиметр использовался для демонстрации тепла от удаленных звезд (солнц), таких как Арктур.
VIII. ФОНОГРАФ ЭДИСОНА
ПЕРВЫЙ патент, когда-либо выданный на устройство для постоянной записи человеческого голоса и других звуков и для их слышимого воспроизведения в любое будущее время, был патентом США № 200 251, выданным Томасу А. Эдисону 19 февраля 1878 года, причем заявка была подана 24 декабря 1877 года. Стоит отметить, что при экспертизе в Патентном ведомстве на заявку не было дано никаких ссылок. Следовательно, это изобретение ознаменовало самое начало совершенно нового искусства, которое вместе с новыми отраслями промышленности, сопутствующими его развитию, впоследствии выросло до положения всемирной известности.
То, что изобретение ночи исключительно фундаментальный характер, также очевидно из того факта, что, хотя все сегодняшние «говорящие машины» очень сильно отличаются по степени проработки от первого грубого, но успешного фонографа Эдисона, их работа абсолютно зависит от применения принципов, изложенных им в патенте № 200 251. Цитируя спецификацию, приложенную к этому патенту, мы обнаруживаем, что Эдисон сказал:
«Изобретение заключается в расположении пластины, диафрагмы или другого гибкого тела, способного вибрировать под воздействием человеческого голоса или других звуков, в сочетании с материалом, способным регистрировать движения такого вибрирующего тела путем тиснения, нанесения углублений или изменения такого материала таким образом, чтобы эти регистрирующие отметки были достаточны для того, чтобы заставить вторую вибрирующую пластину или тело прийти в движение под их воздействием и тем самым воспроизвести движения первого вибрирующего тела».
Сразу станет очевидно, что эти слова идеально описывают базовый принцип каждого современного фонографа или другой говорящей машины независимо от ее производителя или торговой марки.
Первая модель фонографа Эдисона показана на следующей иллюстрации.
Она состояла из металлического цилиндра с нарезанной на нем от одного конца до другого спиральной канавкой для углублений. Этот цилиндр был установлен на валу, поддерживаемом двумя стойками. Вал на одном конце был оснащен рукояткой, с помощью которой цилиндр вращался. Имелись две диафрагмы, по одной с каждой стороны цилиндра: одна для записи, а другая для воспроизведения речи или других звуков. К каждой диафрагме была прикреплена игла. С помощью иглы, прикрепленной к записывающей диафрагме, в листе оловянной фольги, натянутом по периферической поверхности цилиндра, делались углубления, когда диафрагма вибрировала под воздействием речи или других звуков. Игла на другой диафрагме впоследствии следовала за этими углублениями, воспроизводя тем самым исходные звуки.
Каким бы грубым ни казался этот первый вариант по сравнению с машинами более поздней разработки и совершенствования, он воплощал в себе их фундаментальные основы и с самого момента своего запуска был по сути полноценным, практичным фонографом.
Следующим шагом на пути эволюции усовершенствованного фонографа сегодняшнего дня стала другая форма машины из оловянной фольги, как видно на иллюстрации.
Следует отметить, что это была лишь усовершенствованная форма первой модели и она воплощала в себе несколько механических модификаций, среди которых было использование только одной диафрагмы для записи и воспроизведения. Такой был общий тип фонографа, используемый для выставочных целей в Америке и других странах в течение трех-четырех лет, непосредственно следовавших за датой этого изобретения.
При работе машины записывающая диафрагма подводилась почти вплотную к цилиндру, так что по мере вибрации диафрагмы под воздействием голоса игла протыкала или оставляла волнообразную запись в оловянной фольге, находившейся на цилиндре. Цилиндр непрерывно вращался во время записи и при вращении одновременно продвигался вперед. Таким образом, запись формировалась на оловянной фольге непрерывной спиральной линией. Для воспроизведения этой записи было достаточно снова начать сначала и заставить иглу проследовать по ее пути в спиральной линии. Игла, быстро соприкасаясь с записанными волнами, вибрировала вверх и вниз, вызывая соответствующие вибрации диафрагмы. Таким образом, в воздухе возникали звуковые волны, подобные тем, которые были вызваны исходными звуками, воспроизводя тем самым оригинальную речь.
Современный фонограф работает точно так же, единственное различие заключается в деталях отделки. Вместо оловянной фольги используется восковой цилиндр, на котором запись нарезается режущим инструментом, прикрепленным к диафрагме, в то время как воспроизведение осуществляется с помощью тупого стилуса, аналогичным образом прикрепленного.
Режущий инструмент и стилус — это устройства, изготовленные из сапфира, драгоценного камня, уступающего по твердости только алмазу, и их необходимо вырезать и формировать с абсолютной точностью с помощью алмазной пыли, причем большая часть работы выполняется под мощными микроскопами. Микроскопические пропорции этих устройств станут очевидны при беглом взгляде на прилагаемые иллюстрации, на которых объект слева представляет собой обычную булавку, а объекты справа — режущий инструмент и воспроизводящий стилус, все в натуральную величину.
На следующей иллюстрации (рис. 4) на верхнем эскизе, значительно увеличенном, показан режущий или записывающий инструмент в момент создания записи, быстро вибрирующий под действием диафрагмы; а на нижнем эскизе, аналогично увеличенном, представлен стилус, движущийся по созданной таким образом записи в процессе воспроизведения.
С конца лета 1878 года и до осени 1887 года Эдисон был чрезвычайно занят проблемами электрического освещения, электрической железной дороги и другими задачами и практически не уделял внимания фонографу. Следовательно, непосредственно перед последним периодом прибор все еще находился в своем «фольгированном» веке; но затем он начал уделять серьезное внимание разработке усовершенствованного типа, который имел бы большее коммерческое значение. Практические результаты слишком хорошо известны, чтобы требовать дальнейших комментариев. О том, что его усилия не были ограничены по масштабу, можно судить по тому факту, что с осени 1887 года по настоящее время ему было выдано в Соединенных Штатах сто четыре патента, касающихся фонографа и его принадлежностей.
Какими бы интересными ни были эти многочисленные изобретения, излагать все эти патенты на нынешних страницах было бы излишней работой, поскольку они представляют не только зарождение, но и постепенное развитие и рост фонографа воскового типа от его младенчества до современной усовершенствованной машины и записей, ныне столь широко известных во всем мире. Тем не менее, из этих многочисленных изобретений мы выберем два или три в качестве примеров изобретательности и важности их влияния на достижение нынешнего совершенства результатов.
Одной из трудностей воспроизведения на протяжении многих лет была проблема, возникавшая при поддержании идеального контакта стилуса с волнообразной записью, чтобы воспроизводилась каждая мельчайшая вибрация. Следует помнить, что самый глубокий разрез записывающего инструмента составляет всего около одной трети толщины папиросной бумаги. Следовательно, вполне очевидно, что малейшая неровность поверхности воска будет достаточной для возникновения ложных вибраций и, таким образом, приведет к искажению воспроизводимой музыки или других звуков. Чтобы исправить это, Эдисон добавил приспособление, называемое «плавающим грузом» и показанное под буквой A на иллюстрации выше.
Функция плавающего груза заключается в том, чтобы автоматически удерживать стилус в тесном контакте с записью, обеспечивая тем самым точность воспроизведения. Груз прижимает стилус к работе, но из-за своей массы он не может реагировать на чрезвычайно быстрые вибрации стилуса. Поэтому они передаются на диафрагму.
Некоторые из самых замечательных изобретений Эдисона раскрыты в ряде интересных патентов, касающихся дублирования записей фонографа. С коммерческой точки зрения было бы явно невозможно получить музыкальную запись у исполнителя высокого класса и продавать такой оригинал публике, так как его стоимость могла составлять от ста до нескольких тысяч долларов. Следовательно, необходимо предусмотреть способ, с помощью которого дубликаты можно было бы делать достаточно дешево, чтобы позволить публике приобретать их по разумной цене.
Создание идеальной оригинальной музыкальной или иной записи — дело немалой сложности, требующее специальных технических знаний и навыков, накопленных за много лет реального опыта; но при точном копировании или дублировании такой записи с ее многими миллионами микроскопических волн и подволн трудности возрастают колоссально. Дубликаты должны быть микроскопически идентичны оригиналу, они должны быть свободны от ложных вибраций или других дефектов, несмотря на то, что и оригинал, и дубликаты выполнены из столь легко повреждаемого материала, как воск; кроме того, процесс должен быть дешевым и коммерческим, а не возможностью научной лаборатории.
Для изготовления дубликатов было очевидно необходимо сначала получить матрицу, содержащую запись в негативной или обратной форме. С нее можно было формовать или отливать позитивные копии, которые были бы идентичны оригиналу. Хотя искусство гальванопластики само собой напрашивалось в качестве средства создания такой матрицы, на самом пороге возникло казалось бы непреодолимое препятствие. Воск, будучи непроводником, не поддается гальванопластике, если предварительно не нанесена проводящая поверхность. Покрытия, обычно используемые при гальваническом осаждении, были совершенно исключены из-за грубости, так как самые глубокие волны записи имели глубину менее одной тысячной дюйма, а многие из них, вероятно, в десять-сто раз мельче. Эдисон наконец решил нанести предварительное металлические покрытие бесконечно малой толщины и добился этой цели с помощью замечательного процесса, известного как вакуумное осаждение. С его помощью он нанес на оригинальную запись пленку золота толщиной, вероятно, не превышающей одну трехсоттысячную долю дюйма, или в несколько сотен раз меньше глубины средней волны. Три такие слоя, положенные один поверх другого, составили бы лист толщиной не толще папиросной бумаги.
Процесс заключается в помещении в вакуум двух листьев или электродов из золота, а между ними — оригинальной записи. С помощью индукционной катушки осуществляется постоянный разряд электричества высокого напряжения между электродами. Металл испаряется этим разрядом и переносится им прямо к оригинальной записи и осаждается на ней, образуя тем самым упомянутую выше мельчайшую золотую пленку. Запись постоянно вращается до тех пор, пока вся ее поверхность не будет покрыта. Секционная диаграмма аппарата (рис. 6) поможет лучше понять этот остроумный процесс.
После того как золотая пленка сформирована описанным выше способом, на нее гальваническим путем наносится тяжелая подложка из более дешевого металла, образуя тем известую прочную матрицу, из которой оригинальная запись извлекается путем разрушения или усадки.
Дубликаты записей в любом количестве теперь могут быть изготовлены из этой матрицы путем окружения ее рубашкой с холодной водой и погружения в расплавленный воскоподобный материал. Он застывает на поверхности записи точно так же, как растопленное масло собирается на холодном ноже, и когда матрица удаляется, излишки воска выпадают, оставляя тяжелое отложение материала, образующего дубликат записи. Эдисон создал множество остроумных изобретений, обеспечивающих разнообразие быстрых и экономичных методов дублирования, включая методы усадки недавно изготовленной копии для облегчения ее быстрого извлечения из матрицы; методы рассверливания, формирования ребер на внутренней стороне и множество других важных и существенных деталей, для подробного описания которых не хватит места. Упомянутые выше являются лишь справедливыми примерами упорной и эффективной работы, которую он проделал, чтобы довести фонограф до его нынешнего состояния совершенства.
При чтении главы X предыдущего повествования читатель, несомненно, отметил четкое понимание Эдисоном практического применения фонографа, о чем свидетельствуют его пророческие высказывания в статье, написанной им для North American Review в июне 1878 года. Учитывая несовершенство прибора в то время, следует признать, что проницательность Эдисона, подтвержденная последующими событиями, была весьма замечательной. Не менее замечательным было его глубоко практическое понимание механических возможностей будущих типов машины, поскольку в одном из его ранних английских патентов (№ 1644 от 1878 года) мы находим дисковую форму фонографа, которая примерно десять-пятнадцать лет спустя считалась новой разработкой в этом искусстве. Эта дисковая форма также была охвачена заявкой Эдисона на патент США, поданной в 1879 году. Эта заявка столкнулась с некоторыми чисто незначительными техническими возражениями в Патентном ведомстве и, по-видимому, перешла в разряд «заброшенных» из-за отсутствия преследования, вероятно, из-за того, что о ней забыли в условиях колоссального давления, возникшего в связи с разработкой системы электрического освещения.
IX. ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ
ХОТЯ вклад Эдисона в человеческий комфорт и прогресс обширен по количеству и необычайно велик и всеобъемлющ по охвату и разнообразию, всеобщий вердикт мира указывает на его лампу накаливания и систему распределения электрического тока как на центральные и венечные достижения его жизни до этого времени. Эта точка зрения кажется вполне оправданной, если учесть те удивительные изменения в условиях современной жизни, которые были вызваны широким применением этих изобретений, а также гигантские отрасли промышленности, которые выросли и подпитывались их всемирным применением. То, что он в данном случае был истинным пионером и создателем, очевидно при рассмотрении этого вопроса, поскольку патент США № 223 898, выданный Эдисоном 27 января 1880 года на лампу накаливания, носил столь фундаментальный характер, что открыл совершенно новое и чрезвычайно важное искусство — искусство электрического освещения накаливанием. Это утверждение не может быть успешно опровергнуто, поскольку оно было с избытком подтверждено после многих лет дорогостоящих судебных разбирательств. Если бы потребовались дальнейшие доказательства, достаточно указать на тот факт, что после тридцати лет упорного и практического применения этого искусства самыми острыми умами мира каждая лампа накаливания, созданная с тех пор, включая современные, по-прежнему зависит от использования сущностей, раскрытых в вышеупомянутом патенте, а именно: нити накала высокого сопротивления, заключенной в герметичную стеклянную колбу, из которой откачан воздух, с токопроводящими проводами, проходящими через стекло.